本书是一本综合性、工程性及实用性很强的专业课教材，将过程控制系统与计算机实现方法相结合，分为上、下两篇：上篇详细介绍各种常规过程控制系统的构成、特点、设计和应用；下篇介绍过程控制系统的计算机实现方法。本书内容简洁明了、通俗易懂、图文并茂、重点突出，在强调系统构成和工作原理的基础上，侧重于实际工程应用。
本书可作为面向应用的本科院校电气与电子信息类的测控技术与仪器、自动化等专业教材；也可作为企业或科研单位从事过程控制工程设计与维护人员知识培训与继续教育的参考用书。

上篇 过程控制系统
第1章 过程控制概述
1.1 过程控制发展概况
1.2 过程控制的任务及要求
1.3 过程控制系统的组成、特点及分类
1.3.1 过程控制系统的组成
1.3.2 过程控制系统的特点
1.3.3 过程控制系统的分类
1.4 过程控制系统的过渡过程和性能指标
1.4.1 过程控制系统的静态与动态
1.4.2 过程控制系统的过渡过程
1.4.3 过程控制系统的性能指标
1.5 过程控制系统设计概述
思考题与习题
第2章 被控过程的数学模型
2.1 过程建模的基本概念
2.1.1 被控过程的数学模型及其作用
2.1.2 被控过程的动态特性
2.1.3 被控过程数学模型的建立方法
2.1.4 被控过程数学模型的类型
2.2 机理法建模
2.2.1 机理法的基本原理
2.2.2 单容过程的数学模型
2.2.3 双容过程的数学模型
2.3 实验法建模
2.3.1 阶跃响应曲线法
2.3.2 脉冲响应曲线法
2.4 MATLAB辅助建模示例
思考题与习题
第3章 单回路控制系统
3.1 单回路控制系统概述
3.1.1 单回路控制系统的构成
3.1.2 控制系统的工程表示
3.2 单回路控制系统的设计
3.2.1 被控参数的选择
3.2.2 控制参数的选择
3.2.3 被控参数的测量与变送
3.2.4 执行器的选择
3.2.5 调节器控制规律的选择
3.2.6 调节器正、反作用的确定
3.3 单回路控制系统的调试
3.3.1 控制系统的投运
3.3.2 调节器参数的工程整定
3.4 常见控制系统分析
3.4.1 温度控制系统
3.4.2 压力控制系统
3.4.3 流量控制系统
3.4.4 液位控制系统
3.4.5 成分控制系统
3.5 单回路控制系统设计实例
3.5.1 喷雾式干燥设备控制系统设计
3.5.2 储槽液位控制系统设计
3.6 单回路控制系统的仿真分析
思考题与习题
第4章 串级控制系统
4.1 串级控制系统的基本概念
4.1.1 串级控制系统的结构
4.1.2 串级控制系统的工作过程
4.2 串级控制系统的特点
4.3 串级控制系统的适用场合
4.4 串级控制系统的设计与应用
4.4.1 主、副被控参数的选取
4.4.2 控制参数的选择
4.4.3 主、副调节器调节规律的选择
4.4.4 主、副调节器正、反作用方式的选择
4.5 串级控制系统的整定
4.6 串级控制系统的仿真分析
思考题与习题
第5章 比值控制系统
5.1 比值控制系统概述
5.2 比值控制系统的类型
5.2.1 开环比值控制系统
5.2.2 单闭环比值控制系统
5.2.3 双闭环比值控制系统
5.2.4 变比值控制系统
5.2.5 串级和比值控制组合的系统
5.2.6 具有逻辑关系的比值控制系统
5.3 比值控制系统的设计
5.3.1 主、副流量的确定
5.3.2 控制方案的选择
5.3.3 调节器控制规律的确定
5.3.4 流量变送器的选用
5.3.5 比值系数的计算
5.3.6 比值控制系统中的非线性补偿
5.3.7 比值控制系统中的动态补偿
5.3.8 比值控制系统的实现
5.4 比值控制系统的整定
5.5 比值控制系统的应用实例
5.6 比值控制系统的仿真分析
思考题与习题
第6章 前馈控制系统
6.1 前馈控制的基本原理
6.2 前馈控制系统的特点
6.3 前馈控制系统的结构形式
6.3.1 静态前馈控制系统
6.3.2 动态前馈控制系统
6.3.3 前馈-反馈控制系统
6.3.4 前馈-串级控制系统
6.4 前馈控制规律及其实施
6.4.1 常用前馈调节器模型
6.4.2 前馈控制规律的实施
6.5 前馈控制系统的选用原则及系统设计
6.5.1 前馈控制系统的选用原则
6.5.2 前馈控制系统的设计
6.6 前馈控制系统的应用实例
6.6.1 锅炉汽包水位控制系统
6.6.2 蒸发过程浓度控制系统
6.7 前馈-反馈控制系统的仿真分析
思考题与习题
第7章 选择性控制系统
7.1 选择性控制系统概述
7.2 选择性控制系统的类型
7.2.1 开关型选择性控制系统
7.2.2 连续型选择性控制系统
7.2.3 混合型选择性控制系统
7.3 选择性控制系统的设计
7.4 积分饱和及其防止措施
思考题与习题
第8章 其他控制系统
8.1 均匀控制系统
8.1.1 均匀控制的原理及特点
8.1.2 均匀控制系统的设计
8.1.3 均匀控制系统的整定
8.2 分程控制系统
8.2.1 分程控制系统概述
8.2.2 分程控制系统的设计
8.2.3 分程控制的工业应用及实例
8.3 阀位控制系统
8.3.1 问题的推出及系统特点
8.3.2 阀位控制系统的结构及工作原理
8.3.3 阀位控制系统的设计
思考题与习题
第9章 过程控制系统的设计实例
9.1 火电厂锅炉过程控制系统设计
9.1.1 工艺过程概述
9.1.2 锅炉控制的要求及主要控制系统
9.1.3

前 言
目前，国内已有不少涉及过程控制内容的教
材，每部教材各有特色。随着传感技术、通信技
术和计算机技术的发展，过程计算机控制已经逐
步取代了传统的仪表控制，计算机控制系统也从
集中控制发展为集散控制和现场总线控制。因此
，有必要在过程控制教材中引入过程计算机控制
的内容，讲述如何利用计算机实现过程控制，重
点放在过程计算机控制系统的工程实现上。
本书将过程控制系统与计算机实现方法相结
合，分为上、下两篇：上篇详细讲述各种常规过
程控制系统，均从产生背景出发介绍系统的构成
、特点、设计和应用；下篇讲述过程控制系统的
计算机实现方法。本书内容全面，写作简洁明了
、通俗易懂、图文并茂、重点突出，在强调系统
构成和工作原理的基础上，更侧重于实际工程应
用。
本书上篇为过程控制系统，第1章重点介绍
过程控制的基本概念、组成、分类及性能指标；
第2章介绍被控过程的数学模型及典型建模方法
；第3～7章分别详细介绍单回路、串级、比值、
前馈及选择性控制系统的构成原理、特点、设计
和应用；第8章介绍均匀、分程及阀位控制系统
的结构特点、设计方法及应用；第9章介绍几个
过程控制系统设计实例。下篇为过程计算机控制
，以上篇为基础介绍过程控制系统的计算机实现
技术与方法，重点介绍直接数字控制系统，包括
过程输入、输出通道技术、数据采集与处理技术
、数字PID控制技术及数字控制器的直接设计方
法；简要介绍集散控制系统和现场总线控制系统
；最后结合实例介绍计算机控制系统的工程设计
方法。
本书由内蒙古科技大学的李文涛任主编；内
蒙古科技大学王志春、李忠虎和浙江大学城市学
院的丁金婷任副主编；桂林电子科技大学信息科
技学院的于新业、浙江大学宁波理工学院的马修
水参编。具体编写分工：李忠虎编写第1、7章及
8.2～8.3节、第9、14章；马修水编写第2章；
李文涛编写第3、5、10章；丁金婷编写第4、6
章及8.1节；王志春编写第11章；于新业编写第
12、13章。全书由李文涛负责统稿及定稿。本书
由天津大学检测技术与自动化装置国家重点学科
带头人、博士生导师王化祥教授任主审。
自2012年出版以来，被多所面向应用的本
科院校的测控技术与仪器、自动化等专业选为“
过程控制”或“过程控制系统”课程的教材，受
到学生的普遍欢迎。近年来，随着高等教育教学
改革的深入，对学生综合能力的培养提出了越来
越高的要求。工程教育专业认证提出的“以学生
为中心（Student Centered）、结果导向教育
（Outcome Based Education）、质量持续改进
（Continuous Quality Improvement）”的核
心理念成为教育教学改革的出发点。为了适应专
业及教学发展的需要，编者于2019年初对本书进
行了修订。
本书作为教材已使用多年，实践证明，大部
分内容满足教学要求。本次修订基本保留了原有
的章节结构，第2章主要增加了MATLAB辅助建模
示例，后续部分章节主要增加了控制系统的仿真
分析，删减了部分过时或繁琐的理论推导等内容
，以便于学生更直观地理解过程控制系统的作用
和不同控制方案的控制效果，深刻领会PID控制
算法及PID参数整定对控制质量的影响。
本书第2、3、4、5、6、10、11章及思考题
与习题由内蒙古科技大学的李文涛修订；第1、7
、8、9、14章由内蒙古科技大学的李忠虎修订；
第12、13章由桂林电子科技大学信息科技学院的
于新业修订；新增的2.4、3.6、4.6、5.6、6.7
节由内蒙古科技大学的王金明编写。全书由李文
涛统稿及定稿。
本书是一本实用性很强的专业课教材，可作
为面向应用的本科院校电气与电子信息类的测控
技术与仪器、自动化、电气工程及其自动化专业
本科生教材；也可作为企业或科研单位从事过程
控制工程设计与维护人员技术培训与继续教育的
参考用书。
本书的出版得到了内蒙古科技大学教材建设
项目资助。天津大学博士生导师王化祥和王江教
授审阅并提出了修改意见。本书的再版修订得到
了内蒙古科技大学信息工程学院内涵建设教学改
革项目的资助；浙江大学宁波理工学院的马修水
为本次修订提出了宝贵建议。在本书编写和修订
过程中，参阅了许多专家的著作，在此一并表示
诚挚的谢意。
由于编者水平所限，书中可能存在错误和不
妥之处，敬请专家及读者批评指正（E-mail：
liwentao0472@163.com）。