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第1章　过程控制系统概述1

1.1 引言1

1.2　过程控制系统的发展1

1.2.1　基地式仪表控制系统2

1.2.2　单元组合式仪表控制系统2

1.2.3　计算机集中式数字控制系统4

1.2.4　集散式控制系统（DCS）5

1.2.5　现场总线控制系统（FCS）8

1.2.6　计算机综合自动化系统（CIPS）14

1.2.7　计算机集成制造系统（CIMS）15

1.3　过程控制系统的组成17

1.3.1　过程控制系统的组成17

1.3.2　过程控制系统的特点20

1.3.3　过程控制系统的分类20

1.4　过程控制系统的性能指标21

1.4.1　过渡过程性能指标21

1.4.2　误差性能指标22

1.5　过程控制理论的发展现状23

1.6　过程控制系统仿真25

1.6.1　计算机仿真基本概念25

1.6.2　仿真在过程控制中的应用26

1.6.3　Simulink与过程控制系统仿真28

第2章　过程控制系统数学模型31

2.1 引言31

2.2　过程模型概述31

2.2.1　过程建模的目的和要求31

2.2.2　过程模型32

2.2.3 自平衡过程与非自平衡过程33

2.3　过程控制系统建模33

2.3.1　过程建模的方法33

2.3.2　阶跃响应法建模34

2.3.3　过程模型的特点39

2.4　单容过程数学模型40

2.4.1　无自平衡单容过程40

2.4.2 自平衡单容过程41

2.5　多容过程数学模型42

2.5.1　有相互影响的双容过程42

2.5.2　无相互影响的多容过程44

2.6　模型参数对控制性能的影响45

2.6.1　静态增益的影响46

2.6.2　时间常数的影响46

2.7.1　温度过程模型特性47

2.6.3　时滞的影响47

2.7　常见工业过程模型特性47

2.7.2　流量过程模型特性48

2.7.3　压力过程模型特性50

第3章 PID控制52

3.1 引言52

3.2　PID控制的基本原理52

3.2.1　PID控制概述52

3.2.2 比例（P）控制53

3.2.3 比例微分（PD）控制55

3.2.5　比例积分（PI）控制57

3.2.4　积分（I）控制57

3.2.6　比例积分微分（PID）控制59

3.3　数字PID控制59

3.3.1　理想微分PID控制59

3.3.2　实际微分PID控制60

3.4　改进的数字PID控制61

3.4.1　积分项改进的数字PID控制61

3.4.2　数字变PID控制61

3.4.3　Ziegler-Nichols整定方法62

3.4.4　临界比例度法67

3.4.5　衰减曲线法71

第4章　串级控制系统76

4.1 引言76

4.2　串级控制系统概述76

4.2.1　基本概念76

4.2.2　基本组成77

4.2.3 串级控制的特点79

4.3　串级控制系统性能分析80

4.3.1　抗扰性能80

4.3.2　动态性能81

4.3.3　工作频率83

4.3.4　自适应能力85

4.4　串级控制系统设计86

4.4.1　副回路选择86

4.4.2　主副控制器的设计88

4.4.3　抗积分饱和的措施90

4.5　串级控制系统控制器参数整定91

4.5.1　逐次逼近法91

4.5.2　两步法91

4.5.3　一步法91

4.6.1 串级控制与单回路控制的比较仿真92

4.6　串级控制系统仿真研究92

4.6.2　串级控制系统的参数整定仿真96

4.6.3 串级控制系统设计仿真99

第5章 比值控制系统102

5.1 引言102

5.2　比值控制系统概述102

5.2.1 比值控制系统的特点103

5.2.2　比值控制系统的类型103

5.2.3 比值系数的计算110

5.3.2　主从物料的选择112

5.3　比值控制系统的设计112

5.3.1 比值控制系统的选用原则112

5.3.3 比值控制系统的工程整定113

5.4　比值控制系统的仿真研究114

5.4.1 单闭环比值控制系统仿真114

5.4.2　双闭环比值控制系统仿真118

5.4.3　变比值控制系统仿真122

6.2　前馈控制系统概述127

6.2.1　前馈控制系统的结构127

6.1 引言127

第6章　前馈控制系统127

6.2.2　前馈控制系统的特点129

6.2.3　前馈控制系统的类型130

6.3　前馈控制系统的设计137

6.3.1 前馈控制系统的选用原则137

6.3.2　前馈控制系统的工程整定138

6.4　前馈控制系统仿真研究144

6.4.1 静态前馈控制系统仿真144

6.4.2　动态前馈控制系统仿真148

6.4.3　前馈－反馈复合控制系统仿真152

6.4.4　前馈－串级复合控制系统仿真159

第7章　纯滞后系统163

7.1 引言163

7.2　纯滞后系统概述163

7.3　纯滞后系统的设计166

7.3.1　常规控制系统166

7.3.2　史密斯补偿控制168

7.4　纯滞后系统仿真176

7.4.1　微分先行控制仿真176

7.4.2　中间微分控制仿真182

7.4.3　史密斯补偿控制仿真184

7.4.4　增益自适应性补偿控制仿真188

7.4.5　改进型史密斯补偿控制仿真193

第8章　解耦控制系统196

8.1 引言196

8.2　解耦控制系统196

8.2.1 解耦控制系统的特点197

8.2.2　相对增益197

8.3 解耦控制系统设计202

8.3.1　解耦控制系统分类及解耦方法202

8.3.2　解耦控制方案203

8.3.3　解耦控制中的问题206

8.4 解耦控制系统仿真208

8.4.1　前馈补偿解耦控制208

8.4.2　反馈补偿解耦控制213

8.4.3　对角阵解耦控制217

第9章　典型生产过程控制系统225

9.1 引言225

9.2　燃烧过程控制系统225

9.2.1　燃烧过程控制系统概述225

9.2.2　燃烧过程控制系统Simulink仿真226

9.3.1 pH控制系统概述233

9.3　pH控制系统233

9.3.2 pH控制系统Simulink仿真235

9.4　精馏控制系统242

9.4.1　精馏控制系统概述242

9.4.2　精馏工艺的基本控制方案243

9.4.3　精馏控制系统Simulink仿真246

第10章　先进过程控制系统252

10.1 引言252

10.2　先进过程控制概述252

10.3 自适应控制252

10.3.1　模型参考自适应控制253

10.3.2 自校正调节器254

10.4　预测控制255

10.4.1 预测模型256

10.4.2　滚动优化257

10.4.3　反馈校正257

10.5　智能控制258

10.5.1　专家控制259

10.5.2　模糊控制260

10.5.3　人工神经网络控制263

参考文献269