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第一章简单控制系统
简单控制系统是指那些只有一个被控量、一个操作量，只用一个控制器和一个调节阀所组成的控制回路。简单控制系统只有一个闭合回路，它是过程控制系统中最基本的环节，约占目前工业控制系统的80%以上。即使是复杂控制系统也是在简单控制系统的差础上发展起来的。本章的重点内容是机理建模和PID控制器的工程设计方法。
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●1.1什么是过程控制系统
过程控制系统是一门融合控制理论、工艺知识、计算机技术和仪器仪表等知识相结合而构成的一门应用科学。控制的任务就是在了解工艺流程的静态和动态特性的基础上，采用技术手段，实现过程稳定、安全和经济运行。
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●1.2单回路系统的结构组成及控制指标
掌握控制流程图和控制系统框图的分析方法，根据控制系统过渡过程的单项性能指标和综合性能指标进行系统设计，是控制工程师的基本技能。
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●1.3机理建模
机理建模就是根据生产过程的机理，写出各种平衡方程：物质平衡方程；能量平衡方程；，动量平衡方程；相平衡方程以及反映流体流动、传热、传质、化学反应等基本规律的运动方程，物性参数方程和某些设备的特性方程等，从中获得控制系统设计所需的传递函数模型。
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●1.4测试建模
在无法采用机理建模得到数学模型的情况下，只有依靠实验和测试方法来取得。用实验法测定被控对象的动态特性，构建相应的时域模型，是了解被控对象的一种简单途径，在工程实践中应用较广。
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●1.5单回路控制系统的设计
选择被控变量和操纵变量是单回路控制系统的核心问题。一个典型的单回路控制系统是由被控对象、控制器、检测变送仪表和执行器四部分组成，根据可控程度指标，可以分析它们在克服扰动影响和系统动静态运行中对控制品质的影响。
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●1.6PID控制器设计
应用P、PI、PID控制器时，应考虑对象特性、负荷变化、主要扰动和控制系统要求等具体情况，使温度、液位、流量等被控参数稳定在设定值上。同时，应用工程整定法计算控制器参数，是控制器实施的必备条件。
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第二章复杂控制系统
复杂控制系统，也称为多回路系统。在这种系统中，或是由多个测量值、多个控制器；或者由多个测量值、一个控制器、一个补偿器等组成多个回路的控制系统。控制结构的复杂性，是为了满足工艺对控制质量的高精度要求，或者是更加严格的操作条件。本章从原理、结构和应用三个方面分析7类典型控制结构，重点内容是串级控制系统和前馈控制系统。
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●2.1串级控制系统I
串级控制系统就是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵控制阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。
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●2.2串级控制系统II
应用串级控制系统时，需要考虑主副控制器的正反作用方式、以及抑制积分饱和问题。同时，在控制器参数的整定过程中，必须依据一定的方法和步骤，实现衰减比4:1的调节特性。
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●2.3均匀控制系统
均匀控制系统是液位-流量控制系统，控制要求是在最大干扰作用下，液位在贮罐的上下限内波动，而流量应在一定范围内平稳渐变，避免对后面的工序产生较大干扰。
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●2.4比值控制系统
比值控制是一种保证两种或两种以上的物料按照一定的比例关系进入被控过程的控制模式。选择主动量、从动量，以及比值系数的信号匹配问题，是控制系统实施的关键。
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●2.5前馈控制系统
前馈控制，与反馈控制不同，是一种开环的干扰补偿控制，当干扰刚刚出现而又能测出时，前馈控制器便可以快速地抵消干扰作用。
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●2.6分程控制系统
分程控制就是根据工艺要求，将调节器的输出信号分段，去控制两个或两个以上的调节阀，以使每个调节阀在控制器输出的某段信号范围内全行程动作，提高控制能力。
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●2.7选择控制系统
选择控制通过高值选择器和低值选择器，使得当生产短期处于不正常情况时，自动切换不同的控制系统，使参数脱离极限值，并且当参数恢复正常时，原控制系统自动恢复，避免停车。
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第三章先进控制系统
在先进控制系统中，被控对象的数学模型得到了更加深入和更加广泛的应用。在本章的解耦控制系统中，被控对象的数学模型被用来分析耦合度、建立输入输出变量之间的搭配关系，当然也包括其基本应用模式-补偿器的设计。本章的重点内容是耦合度计算和V型前馈补偿解耦控制系统的设计。
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●3.1相对增益和耦合度分析
对于多输出-多输入对象，根据相对增益矩阵的概念，可以计算耦合度，并依据耦合度判定被控对象的特点和控制系统设计的难易程度。
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●3.2解耦控制系统
通过耦合度计算，可以选择匹配的控制通道，但是不能改变通道间的耦合情况。对于有耦合的复杂系统，通常先设计前馈补偿器，使过程通道之间不再存在耦合，实现解耦。
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第四章热工控制系统
单元发电机组是由锅炉、汽轮发电机和辅助设备组成的庞大的设备群。由于其工艺流程复杂，设备众多，管道纵横交错，有上千个参数需要监视、操作或控制，而且电能生产还要求有高度的安全可靠性和经济性。本章以单元机组为控制对象，讨论4类典型控制系统的构成、工作原理、特点及方案比较。并结合工程实例，阐明控制结构和控制器的整定策略。
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●4.1汽包给水控制
汽包水位间接反映了锅炉蒸汽负荷与给水量之间的平衡关系，维持水位正常是保证锅炉和汽轮机安全运行的必要条件。汽包锅炉给水控制的任务是使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量，以维持汽包水位在规定的范围内。
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●4.2蒸汽温度控制
蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，温度过高或过低都会显著地影响电厂的安全性和经济性。温度控制的目标是维持蒸汽温度在一定范围内，并且保护过热器、再热器，使管壁温度不超过允许的工作温度。
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●4.3燃烧控制系统
燃烧控制的基本任务是既要提供热量适应蒸汽负荷的需要，又要保证燃烧的经济性和锅炉运行的经济性、安全性。每台锅炉燃烧过程的具体控制任务与制粉系统、燃烧方式以及机炉运行方式有着密切的关系。
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●4.4单元机组协调控制
单元机组的输出电功率与负荷要求是否一致反映了机组与外部电网之间能量平衡关系；主汽压力反映了机组内部锅炉和汽轮机之间能量平衡关系。协调控制系统对外保证有较快的负荷响应和调频能力，对内保证主蒸汽压力稳定。
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●4.5控制系统实例
以实际的600MW单元机组为例，根据控制系统SAMA图，分析各系统的控制目标，被控变量和操纵变量选择，以及相应的控制结构和控制流程。