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第1章 绪论 1

1.1控制理论与工程的发展 1

1.2工业过程常用控制装置和现场总线 5

工业过程常用控制装置 6

现场总线 6

1.3控制系统的性能指标 10

稳态与动态 10

控制系统的过渡过程 11

控制系统的性能指标 11

第2章 工业过程数学模型 14

2.1工业过程稳态数学模型 14

机理建模 14

经验建模 16

机理与经验的组合建模 17

2.2工业过程动态数学模型概论 18

动态数学模型的作用和要求 18

动态数学模型的类型 19

典型过程动态特性 20

建立动态数学模型的途径 22

2.3工业过程动态机理模型 24

动态数学模型的一般列写方法 24

串接液位贮槽的数学模型 24

换热器的数学模型 26

二元物系精馏塔的数学模型 27

连续搅拌槽式反应器的数学模型 32

2.4过程辨识与参数估计 34

阶跃响应法 34

脉冲响应法 35

第3章 常用复杂控制系统 36

3.1串级控制系统 36

串级控制系统的基本原理和结构 36

串级控制系统的特点 38

串级控制系统的设计 40

串级控制系统控制器参数整定及投运 41

串级控制系统应用实例 42

3.2比值控制系统 42

基本原理和结构 42

比值系数的计算 44

比值控制系统设计和工程应用中的问题 46

比值控制系统的参数整定和投运 46

比值控制系统应用实例 46

3.3均匀控制系统 48

均匀控制系统的基本原理和结构 48

均匀控制系统的控制规律的选择及参数整定 49

3.4前馈控制系统 50

基本原理 50

前馈-反馈控制系统 51

前馈控制系统的设计及工程实施中的若干问题 52

前馈控制系统的投运和参数整定 53

前馈控制系统的应用实例 53

3.5选择性控制系统 54

基本原理和结构 54

选择性控制系统设计和工程应用中的问题 56

3.6分程控制系统 57

不同工况需要不同的控制手段 58

扩大控制阀的可调范围 59

3.7双重控制系统 59

基本原理和结构 59

双重控制系统设计和工程应用中的问题 60

双重控制系统应用实例 61

3.8差拍控制系统 61

差拍控制系统 61

达林控制算法 62

V.E.控制算法 63

第4章 推断控制 65

4.1简单推断控制 65

内回流控制 65

热焓控制 66

流化床干燥器湿含量推断控制 67

4.2推断控制系统 68

推断控制系统 68

推断反馈控制系统 70

4.3输出可测条件下的推断控制 71

系统组成 71

模型误差对系统性能的影响 72

4.4应用实例 73

脱丁烷塔的推断控制 73

丙烯精馏塔的非线性推断控制系统 75

第5章 软测量技术 77

5.1软测量技术概论 78

机理分析与辅助变量的选择 78

数据采集和处理 78

软测量模型的建立 79

软测量模型的在线校正 79

5.2软测量建模方法——回归分析 80

多元线性和逐步回归 80

主元分析和主元回归（PCA、PCR） 82

部分最小二乘法（PLS） 83

小结 84

5.3软测量建模方法——人工神经网络 85

BP网络 85

RBF网络 88

5.4软测量建模方法——基于核函数方法 93

支持向量机软测量建模 93

Kernel PCR软测量建模 94

Kernel PLS软测量建模 95

混合核函数方法及其在软测量建模中的应用 96

5.5软测量工程设计 98

软测量的设计步骤 98

过程数据预处理 99

数据校正 101

模型校正 103

5.6工业应用实例 103

第6章 基于模型的预测控制 106

6.1预测控制的发展 106

6.2预测控制的基本原理 107

6.3模型算法控制（MAC） 110

预测模型 110

反馈校正 111

设定值与参考轨迹 112

最优控制作用 112

MAC在实施中应注意的若干问题 113

6.4动态矩阵控制（DMC） 114

预测模型 114

反馈校正 116

滚动优化 116

6.5预测函数控制 117

6.6预测控制软件包 120

预测控制软件包的发展 121

IDCOM-M控制器 122

先进控制软件SMCA 123

Honeywell先进控制技术 126

DMCplus先进控制软件 129

6.7预测控制应用 135

先进控制软件包应用 135

延迟焦化装置先进控制 136

模型预测控制在空分装置上的应用 141

第7章 解耦控制系统 146

7.1系统的关联分析 146

系统的关联分析 146

相对增益 147

动态相对增益 149

7.2减少与解除耦合途径 151

被控变量与操纵变量间正确匹配 151

控制器的参数整定 152

减少控制回路 152

串接的解耦控制 153

模式控制 154

7.3串接解耦控制 155

对角线矩阵法 155

单位矩阵法 155

前馈补偿法 156

设计中的有关问题 156

7.4工业应用实例 157

第8章 纯滞后补偿控制系统 161

8.1纯滞后对控制质量的影响 161

8.2史密斯预估补偿控制方案 162

基本原理和结构 162

史密斯预估补偿控制实施中若干问题 163

应用示例 164

8.3改进史密斯预估补偿控制 165

增益自适应补偿控制 166

大纯滞后过程的双控制器方案 166

8.4观测补偿器控制方案 169

观测补偿控制方案一 169

观测补偿控制方案二 170

观测补偿控制方案三 172

实施中的几个问题 173

应用实例 173

8.5内部模型控制（IMC） 174

内部模型控制的基本结构 174

内部模型控制器的设计 175

带滤波器的内模控制系统的设计 176

内部模型控制的一般结构 178

第9章 自适应控制和鲁棒控制 179

9.1简单自适应控制系统 179

依据偏差来自动调整控制算法 179

依据扰动来自动调整控制算法 180

自整定调节器 180

9.2模型参考型自适应控制系统 183

参数最优化方法 183

基于李雅普诺夫稳定性理论的方法 185

9.3自校正控制系统 186

自校正控制器 187

炼油厂蒸馏塔的自校正控制系统 190

结束语 191

9.4鲁棒控制 191

引言 191

鲁棒调节器设计方法 192

H∞控制 194

第10章 状态反馈控制 199

10.1状态空间分析基础 199

10.2状态反馈和极点配置 202

状态反馈的概念 202

状态反馈控制的极点任意配置设计方法 203

10.3 PID控制与状态反馈控制 206

10.4状态反馈控制系统的频率域设计方法 209

10.5工业应用实例 211

第11章 网络控制系统 214

11.1网络控制系统结构 214

引言 214

网络控制系统结构类型 215

11.2网络控制系统中的基本问题 216

时延 216

包传输（丢包、单包与多包） 217

通信带宽限制 217

控制质量（Quality-of-Control，QoC） 218

实时调度 218

11.3网络控制系统设计 220

概述 220

系统组成 220

数据采集系统 221

速压控制系统及位置控制系统 222

11.4网络控制系统的主要研究方向 224

网络控制系统建模与稳定性分析 224

基于模型的网络控制设计 224

网络控制系统协同设计方法 225

交换式以太网 226

无线网络控制系统 227

网络控制系统仿真（TrueTime、NS） 227

周期性控制与基于事件的控制 228

11.5网络控制系统应用实例 228

第12章 智能控制 232

12.1模糊控制 232

模糊控制系统的基本结构 233

模糊控制的数学基础 234

模糊控制器的设计 239

模糊PID控制器 244

12.2神经网络控制 246

人工神经元和人工神经网络 247

典型神经网络 248

神经网络建模 250

神经网络控制 252

12.3专家系统 253

专家系统 254

专家控制 256

专家控制系统应用示例 259

第13章 故障检测诊断和容错控制 262

13.1故障检测和诊断的基本概念 262

13.2故障检测和诊断的主要方法 263

基于解析模型的故障诊断方法 264

基于信号的故障诊断方法 265

基于知识的故障诊断方法 266

基于SVM技术的故障检测与诊断 270

13.3极具潜力的研究问题 271

13.4故障检测与诊断的应用 273

酮苯脱蜡过程中滤机的状态 273

酮苯脱蜡过程滤机的状态切换 274

滤机运行异常工况的诊断 275

酮苯脱蜡滤机异常工况诊断系统的实现 278

13.5容错控制及应用 279

容错控制设计的主要方法 280

容错控制的应用 285

第14章 典型工业生产过程的先进控制 290

14.1合成氨过程先进控制 290

变换炉的控制 290

转化炉水／碳比控制 291

合成塔的控制 292

合成氨优化控制 294

14.2常减压过程先进控制 296

加热炉的广义预测控制 296

常压蒸馏塔多变量预测控制 297

减压精馏塔智能多变量控制系统 301

14.3催化裂化过程先进控制 303

催化裂化装置多变量预测控制 303

反再系统专家控制系统 305

催化裂化装置故障诊断系统 307

14.4乙烯生产过程先进控制 312

裂解过程的控制 312

乙烯精馏塔控制 315

乙炔加氢反应器控制 319

14.5生化过程先进控制 321

生化过程参数的软测量 322

青霉素发酵过程控制 323

啤酒发酵过程控制 324

典型生化过程的计算机控制 325