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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 6

本章小结 6

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

4.1PID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

4.7PID调节器的参数工程整定 81

4.7.1PID参数整定的基本原则 81

4.7.2PID参数的工程整定方法 83

4.7.3PID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和结构 97

5.2串级控制系统的分析 98

5.2.1串级控制系统的特点 98

5.2.2分析实例 102

5.3串级控制系统的设计 103

5.3.1主、副回路的设计原则 103

5.3.2主、副控制器的选型 104

5.3.3主、副控制器正、反作用的选择 105

5.3.4串级控制系统的整定 105

54串级控制系统应用举例 107

本章小结 109

习题 110

第6章 特殊控制方法 111

6.1比值控制系统 111

6.1.1比值控制系统的基本概念 111

6.1.2比值控制系统的分析 111

6.1.3比值控制系统设计 114

6.1.4比值控制系统的实施 115

6.1.5比值控制系统的整定 119

6.1.6比值控制系统中的若干问题 120

6.2均匀控制系统 122

6.2.1均匀控制的概念 122

6.2.2均匀控制系统的结构形式 123

6.2.3控制器的参数整定 125

6.3分程控制系统 126

6.3.1基本概念 126

6.3.2分程控制的应用 127

6.3.3分程阀总流量特性的改善 129

6.4选择性控制系统 131

6.4.1基本概念 131

6.4.2选择性控制系统的类型及应用 132

6.4.3选择性控制系统的设计 135

6.4.4积分饱和及其防止措施 135

6.5阀位控制系统 136

6.5.1基本概念 136

6.5.2阀位控制系统的应用 137

6.5.3阀位控制系统的设计与整定 138

本章小结 139

习题 139

第7章 补偿控制 141

7.1补偿控制的基本原理与结构 141

7.2前馈控制系统 141

7.2.1前馈控制系统的概念 141

7.2.2前馈控制系统的基本结构 143

7.3大迟延过程系统 146

7.3.1延迟对系统品质的影响 146

7.3.2Smith预估器 146

7.3.3大林（Dahlin）算法 150

本章小结 155

习题 155

第8章 关联分析与解耦控制 157

8.1控制回路间的关联 157

8.1.1控制回路间的耦合 157

8.1.2被控对象的典型耦合结构 158

8.1.3耦合程度分析方法 159

8.2相对增益矩阵 160

8.2.1相对增益矩阵的定义 160

8.2.2相对增益的计算 161

8.2.3第二放大系数qij的直接计算法 162

8.2.4相对增益矩阵的特性 163

8.3减少及消除耦合的方法 165

8.4解耦控制系统设计 167

8.4.1前馈补偿解耦法 167

8.4.2反馈解耦法 168

8.4.3对角阵解耦法 169

8.4.4单位阵解耦法 171

本章小结 172

习题 173

第9章 模糊控制 175

9.1概述 175

9.1.1模糊的基本概念 175

9.1.2模糊控制系统 175

9.2模糊集合的基本概念 176

9.2.1模糊集合 176

9.2.2模糊集的基本运算 177

9.3模糊关系 179

9.3.1普通关系 180

9.3.2模糊关系 180

9.3.3模糊变换 182

9.3.4模糊决策 183

9.4模糊推理 184

9.4.1模糊逻辑 184

9.4.2模糊语言算子 184

9.4.3模糊推理 186

9.5模糊控制器原理及设计 188

9.5.1模糊控制系统的组成 188

9.5.2模糊控制原理 188

9.5.3模糊控制系统设计 189

9.6工业电阻炉温度模糊控制系统 200

9.6.1系统简介 200

9.6.2电阻炉温度模糊控制器设计 201

9.6.3控制效果 203

本章小结 204

习题 204

第10章 预测控制 206

10.1模型预测控制的基本原理 206

10.2动态矩阵控制DMC 207

10.2.1预测模型 207

10.2.2滚动优化 208

10.2.3反馈校正 209

10.2.4算法实现 211

10.2.5参数选择 212

10.2.6DMC的主要特征和优点 214

10.3模型算法控制MAC 214

10.3.1具有简易性能指标的MAC算法 214

10.3.2具有一般性能指标的MAC算法 218

10.3.3算法实现 220

10.3.4MAC的主要特征和优点 221

10.4广义预测控制算法 222

10.4.1广义预测控制基本理论 222

10.4.2基于Toeplitz预测方程的广义预测控制算法 229

本章小节 232

习题 233

第11章 先进控制 234

11.1自适应控制 234

11.1.1自适应控制概述 234

11.1.2模型参考自适应控制 234

11.1.3自校正控制 238

11.2智能控制 246

11.2.1智能控制基础 246

11.2.2智能控制的理论结构 246

11.2.3递阶控制 247

11.2.4基于知识的专家控制 250

11.2.5仿人智能控制 252

11.2.6神经控制 254

11.3鲁棒控制 259

11.3.1基本概念 259

11.3.2Hx优化与鲁棒控制 260

11.3.3标准Hx控制 261

11.3.4Hx控制的求解 262

本章小节 267

习题 267

第12章 集散控制系统 268

12.1集散控制系统概论 268

12.1.1集散控制系统的产生 268

12.1.2集散控制系统的结构 270

12.1.3集散控制系统的特点 272

12.1.4集散控制系统的分散方式 274

12.1.5集散控制系统的发展 275

12.2集散系统的通信技术及体系结构 279

12.2.1数据通信原理 280

12.2.2数据通信系统结构 287

12.2.3通信协议 290

12.3和利时MACS系统 295

12.3.1MACS组态原理 295

12.3.2应用系统组态 303

12.4国产集散系统——HS2000 306

12.4.1HS2000系统的基本特点 306

12.4.2HS2000系统的基本组成 306

12.4.3HS2000系统的硬件配置 308

12.4.4HS2000系统的现场控制站配置 309

12.4.5HS2000系统的软件组态 311

12.5HS2000DCS工程建立步骤 313

12.5.1工程分析 313

12.5.2工程建立 313

12.5.3定义设备组态工具 316

12.6和利时MACS集散系统在工业锅炉中的应用 318

12.6.1概述 318

12.6.2硬件配置 319

12.6.3控制系统简介 319

12.6.4DCS控制系统软件设计 320

12.6.5系统组成 321

12.6.6系统调试 323

12.6.7结语 323

12.7大型集散控制系统——TDC3000 324

12.7.1TDC3000系统的结构特性 324

12.7.2TDC3000系统的数据采集和控制 326

12.7.3TDC3000系统的软件组态 334

本章小结 339

习题 340

附录DCS课程设计任务书 342

参考文献 345