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第1章 概述1

1.1 过程控制的任务1

1.2 过程控制系统的组成与特点2

1.2.1 过程控制系统组成2

1.2.2 过程控制系统特点3

1.3 过程控制系统的性能指标4

1.4 过程控制的进展5

1.4.1 过程控制装置进展5

1.4.2 过程控制策略与算法的进展7

本章小结7

习题7

第2章 过程控制系统建模方法8

2.1 过程控制系统建模概念8

2.1.1 建模概念8

2.1.2 过程控制系统建模的两种基本方法9

2.2 机理建模方法10

2.2.1 单容对象的传递函数10

2.2.2 具有纯延迟的单容对象特性12

2.2.3 无自平衡能力的单容对象特性13

2.2.4 多容对象的动态特性13

2.3 测试建模方法16

2.3.1 对象特性的实验测定方法16

2.3.2 测定动态特性的时域法17

2.3.3 测定动态特性的频域法22

2.3.4 测定动态特性的统计相关法24

2.3.5 最小二乘法31

本章小结34

习题35

第3章 过程控制系统设计38

3.1 过程控制系统设计步骤38

3.2 确定控制变量与控制方案38

3.2.1 确定控制目标38

3.2.2 确定控制方案39

3.3 过程控制系统硬件选择40

3.3.1 控制装置40

3.3.2 测量仪表和传感器的选型原则40

3.4 节流元件计算40

3.4.1 流量计算有关的基本概念40

3.4.2 流量计类型42

3.4.3 节流元件42

3.5 调节阀选择46

3.5.1 调节阀计算基础46

3.5.2 调节阀的流量特性50

3.5.3 调节阀口径计算53

3.6 计算举例58

3.6.1 角接取压标准孔板计算59

3.6.2 蝶阀计算61

本章小结62

习题63

第4章 PID调节原理64

4.1 PID控制概述64

4.2 比例调节（P调节）65

4.2.1 比例调节的动作规律和比例带65

4.2.2 比例调节的特点——有差调节66

4.2.3 比例带对于调节过程的影响67

4.3 积分调节（I调节）67

4.3.1 积分调节规律和积分速度67

4.3.2 积分调节的特点——无差调节68

4.3.3 积分速度对于调节过程的影响69

4.4 微分调节（D调节）69

4.5 比例积分微分调节（PID调节）70

4.5.1 比例积分（PI）调节70

4.5.2 比例微分（PD）调节73

4.5.3 比例积分微分调节规律及其基本特征75

4.6 数字PID控制77

4.6.1 数字PID控制算法77

4.6.2 改进的数字PID算法79

4.7 PID调节器的参数工程整定81

4.7.1 PID参数整定的基本原则81

4.7.2 PID参数的工程整定方法83

4.7.3 PID参数的自整定方法89

4.7.4 数字PID参数的整定90

4.8 智能PID控制方法91

4.8.1 模糊PID控制92

4.8.2 神经网络PID控制92

4.8.3 专家智能自整定PID控制94

本章小结94

习题95

第5章 串级控制97

5.1 串级控制系统的基本原理97

5.1.1 串级控制系统的基本概念97

5.1.2 串级控制系统的组成99

5.1 .3 串级控制系统的工作过程99

5.2 串级控制系统的特点100

5.3 串级控制系统的设计104

5.3.1 主、副回路的设计方法104

5.3.2 主、副控制器正、反作用方式的确定107

5.3.3 防止控制器积分饱和的措施108

5.4 串级控制系统的控制器参数整定110

5.5 串级控制系统的应用实例112

本章小结114

习题114

第6章 特殊控制方法116

6.1 比值控制系统116

6.1.1 比值控制系统的基本概念116

6.1.2 比值控制系统的分析116

6.1.3 比值控制系统设计119

6.1.4 比值控制系统的实施120

6.1.5 比值控制系统的整定124

6.1.6 比值控制系统中的若干问题125

6.2 均匀控制系统127

6.2.1 均匀控制的概念127

6.2.2 均匀控制系统的结构形式128

6.2.3 控制器的参数整定130

6.3 分程控制系统131

6.3.1 基本概念131

6.3.2 分程控制的应用132

6.3.3 分程阀总流量特性的改善134

6.4 选择性控制系统136

6.4.1 基本概念136

6.4.2 选择性控制系统的类型及应用137

6.4.3 选择性控制系统的设计140

6.4.4 积分饱和及其防止措施140

6.5 阀位控制系统141

6.5.1 基本概念141

6.5.2 阀位控制系统的应用142

6.5.3 阀位控制系统的设计与整定143

本章小结144

习题144

第7章 补偿控制146

7.1 补偿控制的基本原理与结构146

7.2 前馈控制系统146

7.2.1 前馈控制系统的概念146

7.2.2 前馈控制系统的基本结构148

7.3 大迟延过程系统151

7.3.1 延迟对系统品质的影响151

7.3.2 Smith预估器151

7.3.3 大林（Dahlin）算法155

本章小结160

习题160

第8章 关联分析与解耦控制162

8.1 控制回路间的关联162

8.1.1 控制回路间的耦合162

8.1.2 被控对象的典型耦合结构163

8.1.3 耦合程度分析方法164

8.2 相对增益矩阵165

8.2.1 相对增益矩阵的定义165

8.2.2 相对增益的计算166

8.2.3 第二放大系数qij的直接计算法167

8.2.4 相对增益矩阵的特性168

8.3 减少及消除耦合的方法170

8.4 解耦控制系统设计172

8.4.1 前馈补偿解耦法172

8.4.2 反馈解耦法173

8.4.3 对角阵解耦法174

8.4.4 单位阵解耦法176

本章小结177

习题178

第9章 模糊控制180

9.1 概述180

9.1.1 模糊的基本概念180

9.1.2 模糊控制系统180

9.2 模糊集合的基本概念181

9.2.1 模糊集合181

9.2.2 模糊集的基本运算182

9.3 模糊关系184

9.3.1 普通关系185

9.3.2 模糊关系185

9.3.3 模糊变换187

9.3.4 模糊决策188

9.4 模糊推理189

9.4.1 模糊逻辑189

9.4.2 模糊语言算子189

9.4.3 模糊推理191

9.5 模糊控制器原理及设计193

9.5.1 模糊控制系统的组成193

9.5.2 模糊控制原理193

9.5.3 模糊控制系统设计194

9.6 工业电阻炉温度模糊控制系统205

9.6.1 系统简介205

9.6.2 电阻炉温度模糊控制器设计206

9.6.3 控制效果208

9.7 浮选过程模糊控制系统209

9.7.1 浮选工艺过程209

9.7.2 浮选过程模糊控制器设计210

9.7.3 控制效果212

本章小结213

习题213

第10章 预测控制215

10.1 模型预测控制的基本原理215

10.2 动态矩阵控制DMC216

10.2.1 预测模型216

10.2.2 滚动优化217

10.2.3 反馈校正218

10.2.4 算法实现220

10.2.5 参数选择221

10.2.6 DMC的主要特征和优点223

10.3 模型算法控制MAC223

10.3.1 具有简易性能指标的MAC算法223

10.3.2 具有一般性能指标的MAC算法227

10.3.3 算法实现229

10.3.4 MAC的主要特征和优点230

10.4 广义预测控制算法231

10.4.1 广义预测控制基本理论231

10.4.2 基于Toeplitz预测方程的广义预测控制算法238

本章小结242

习题242

第11章 先进控制243

11.1 自适应控制243

11.1.1 自适应控制概述243

11.1.2 模型参考自适应控制243

11.1.3 自校正控制247

11.2 智能控制255

11.2.1 智能控制基础255

11.2.2 智能控制的理论结构255

11.2.3 递阶控制256

11.2.4 基于知识的专家控制259

11.2.5 仿人智能控制261

11.2.6 神经控制263

11.3 鲁棒控制268

11.3.1 基本概念268

11.3.2 H∞优化与鲁棒控制269

11.3.3 标准H∞控制270

11.3.4 H∞控制的求解271

本章小结276

习题276

第12章 集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS）277

12.1 DCS概述277

12.1.1 DCS的产生过程277

12.1.2 DCS的发展历程279

12.1.3 DCS的特点280

12.1.4 DCS的体系结构282

12.2 集散系统的通信技术及体系结构284

12.2.1 数据通信原理284

12.2.2 数据通信系统结构291

12.2.3 通信协议294

12.3 和利时MACS系统299

12.3.1 MACS组态原理299

12.3.2 应用系统组态307

12.4 国产集散系统——Hs2000310

12.4.1 HS2000系统的基本特点310

12.4.2 HS2000系统的基本组成310

12.4.3 HS2000系统的硬件配置312

12.4.4 HS2000系统的现场控制站配置313

12.4.5 HS2000系统的软件组态315

12.5 HS2000 DCS工程建立步骤318

12.5.1 工程分析318

12.5.2 工程建立318

12.5.3 定义设备组态工具320

12.6 和利时MACS集散系统在工业锅炉中的应用322

12.6.1 概述322

12.6.2 硬件配置323

12.6.3 控制系统简介323

12.6.4 DCS控制系统软件设计325

12.6.5 系统组成325

12.6.6 系统调试328

12.6.7 结语328

12.7 大型集散控制系统——TDC3000328

12.7.1 TDC3000系统的结构特性328

12.7.2 TDC3000系统的数据采集和控制330

12.7.3 TDC3000系统的软件组态338

12.8 现场总线控制系统343

12.8.1 现场总线和FCS的产生343

12.8.2 FCS的体系结构348

本章小结350

习题350

第13章 过程控制MATLAB仿真353

13.1 基于MATLAB的系统建模353

13.1.1 典型工业过程的阶跃响应仿真353

13.1.2 一阶系统作图法建模及仿真359

13.1.3 一阶系统两点法建模及仿真361

13.1.4 二阶系统两点法建模及仿真362

13.2 基于MATLAB的PID控制仿真364

13.2.1 P、I、D及其组合控制的仿真364

13.2.2 抗积分饱和控制方法及仿真367

13.2.3 改进的微分控制方法及仿真370

13.3 基于MATLAB的串级控制仿真373

13.4 基于MATLAB的补偿控制仿真376

13.4.1 前馈控制仿真376

13.4.2 Smith预估补偿控制仿真378

13.4.3 多变量系统的前馈补偿解耦380

13.5 基于MATLAB的模糊控制仿真382

13.6 基于MATLAB的预测控制仿真385

13.6.1 动态矩阵控制（DMC）仿真385

13.6.2 广义预测控制（GPC）仿真386

本章小结390

习题391

参考文献392