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第一章 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 6

1.2.1 工业过程常用控制装置 6

1.2.2 现场总线 7

1.3 控制系统的性能指标 11

1.3.1 静态与动态 12

1.3.2 控制系统的过渡过程 13

1.3.3 控制系统的性能指标 14

第二章 工业过程数学模型 18

2.1 工业过程稳态数学模型 18

2.1.1 机理建模 18

2.1.2 经验模型 20

2.1.3 机理与经验的组合建模 22

2.2.1 动态数学模型的作用和要求 23

2.2 工业过程动态数学模型概论 23

2.2.2 动态数学模型的类型 25

2.2.3 建立动态数学模型的途径 26

2.3 工业过程动态机理模型 28

2.3.1 动态数学模型的一般列写方法 28

2.3.2 机理模型建立的实例 29

2.4 过程辨识与参数估计 31

2.4.1 阶跃响应法 31

2.4.2 脉冲响应法 33

2.4.3 相关函数法 33

2.4.4 最小二乘参数估计法 41

第三章 常用复杂控制系统 47

3.1 串级控制系统产 47

3.1.1 串级控制系统的基本原理和结构 47

3.1.2 串级控制系统的特点 49

3.1.3 串级控制系统的设计 56

3.1.5 串级控制系统的应用实例 57

3.1.4 串级控制系统控制器参数的整定 57

3.2 比值控制系统 59

3.2.1 基本原理和结构 59

3.2.2 比值系数的计算 61

3.2.3 比值控制系统应用实例 62

3.3 均匀控制系统 64

3.3.1 均匀控制系统的基本原理和结构 64

3.3.2 均匀控制系统的控制规律的选择及参数整定 68

3.4 前馈控制系统 68

3.4.1 基本原理 68

3.4.2 前馈控制的主要结构形式 70

3.4.3 前馈控制系统的设计及工程实施中若干问题 71

3.4.4 应用实例 74

3.5 选择性控制及分程控制系统 78

3.5.1 选择性控制系统基本原理和结构 78

3.5.2 选择性控制系统设计 81

3.5.3 选择性控制系统应用实例 82

3.5.4 分程控制系统 83

第四章 双重控制及采用阀位控制器的系统 85

4.1 双重控制系统 85

4.1.1 基本原理和结构 85

4.1.2 系统分析 86

4.1.3 系统设计与实施中的一些问题 89

4.2 浮动塔压控制系统 90

4.2.1 浮动塔压控制的基本原理 90

4.2.2 浮动塔压控制系统设计中的几个问题 91

4.3 采用阀位控制器的控制系统 94

第五章 纯滞后补偿控制系统 97

5.1 纯滞后对控制质量的影响 97

5.1.1 纯滞后出现在干扰通道 97

5.1.2 纯滞后出现在反馈通道 98

5.1.3 纯滞后出现在前向通道 100

5.1.4 纯滞后同时出现在各通道 100

5.2.1 基本原理和结构 101

5.2 史密斯预估补偿控制方案 101

5.2.2 史密斯预估补偿控制实施中的若干问题 102

5.2.3 应用实例 104

5.3 改进史密斯预估补偿控制 106

5.3.1 增益自适应补偿控制 106

5.3.2 大纯滞后过程的双控制器方案 107

5.4 观测补偿器控制方案 110

5.4.1 基本原理和结构 110

5.4.2 系统分析 112

5.4.3 实施中的几个问题 118

5.4.4 应用实例 119

5.5 纯滞后对象的采样控制 119

5.5.1 基本原理和结构 119

5.5.2 实施中的几个问题 122

5.6.1 内部模型控制的基本结构 123

5.6 内部模型控制(IMC) 123

5.6.2 内部模型控制器的设计 124

5.6.3 带滤波器的内模控制系统的设计 126

5.6.4 内部模型控制的一般结构 127

第六章 解耦控制系统 129

6.1 系统的关联分析 129

6.1.1 系统的关联 129

6.1.2 相对增益 130

6.2 减少与解除耦合途径 133

6.2.1 被控变量与操纵变量间正确匹配 133

6.2.2 控制器的参数整定 135

6.2.3 减少控制回路 136

6.2.4 串接的解耦控制 136

6.2.5 模式控制 137

6.3 串接解耦控制 138

6.3.2 单位矩阵法 139

6.3.3 前馈补偿法 139

6.3.1 对角线矩阵法 139

6.3.4 设计中的有关问题 140

6.4 工业应用实例 141

第七章 自适应控制和鲁棒控制 146

7.1 简单自适应控制系统 146

7.1.1 依据偏差自动调整控制算法 146

7.1.2 依据扰动自动调整控制算法 147

7.1.3 自整定调节器 148

7.2 模型参考型自适应控制系统 151

7.2.1 参数最优化方法 152

7.2.2 基于李雅普诺夫稳定性理论的方法 154

7.2.3 连续搅拌槽反应器的模型参考型自适应控制 155

7.3 自校正控制系统 159

7.3.1 自校正控制器 159

7.3.2 炼油厂蒸馏塔的自校正控制系统 163

7.4 鲁棒控制 165

7.4.1 鲁棒调节器设计方法 166

7.4.2 H°°控制 169

第八章 差拍控制系统 176

8.1 差拍控制系统 176

8.1.1 差拍控制原理 176

8.1.2 示例 178

8.2 达林控制算法 179

8.2.1 参数λ的影响 180

8.2.2 定值控制算法 181

8.3 卡尔曼控制算法 183

8.4 V.E.控制算法 185

第九章 状态反馈控制 189

9.1 状态空间分析基础 189

9.2 状态反馈和极点配置 193

9.2.1 状态反馈的概念 193

9.2.2 状态反馈控制的极点任意配置设计方法 195

9.3 PID控制与状态反馈控制 199

9.4 状态反馈控制频率域设计方法 201

第十章 基于模型的预测控制 207

10.1 预测控制的发展 207

10.2 预测控制的基本原理 208

10.3 模型算法控制(MAC) 211

10.3.1 预测模型 212

10.3.2 反馈校正 214

10.3.3 设定值与参考轨迹 214

10.3.4 最优控制作用 214

10.3.5 MAC在实施中应注意的若干问题 215

10.4 动态矩阵控制 217

10.4.1 预测模型 217

10.4.2 反馈校正 219

10.4.3 滚动优化 220

10.5 预测控制软件包 221

10.5.1 预测控制软件包的发展 222

10.5.2 IDCOM-M控制器 223

10.5.3 多变量DMC控制器技术 226

10.5.4 先进控制软件SMCA 228

10.5.5 DMCplus控制软件包 231

10.5.6 鲁棒多变量预估控制技术 232

10.6 我国预测控制应用 234

10.6.1 近年来引进的部分多变量预测控制软件介绍 234

10.6.2 近年来国内自行开发的部分多变量预测控制软件 235

10.7 工业应用实例 236

10.7.1 常压蒸馏塔多变量预估控制 236

10.7.2 FCCU反再系统多变量预估控制 243

10.7.3 连续重整装置先进多变量预估控制 246

第十一章 推断控制 250

11.1 简单推断控制 250

11.1.1 内回流控制 250

11.1.2 热焓控制 252

11.1.3 流化床干燥器湿含量推断控制 254

11.2 推断控制系统 256

11.2.2 估计器E(s)0 257

11.2.3 推断控制器G1(s) 257

11.2.1 信号分离 257

11.3 推断反馈控制系统 258

11.4 输出可测条件下的推断控制 260

11.4.1 系统组成 260

11.4.2 模型误差对系统性能的影响 260

11.5 应用实例 262

11.5.1 脱丁烷塔的推断控制 262

11.5.2 丙烯精馏塔的非线性推断控制系统 264

第十二章 软测量技术 267

12.1 软测量技术概论 267

12.1.1 机理分析与辅助变量的选择 267

12.1.2 数据采集和处理 268

12.1.3 软测量模型的建立 269

12.2.1 多元线性和逐步回归 270

12.1.4 软测量模型的在线校正 270

12.2 软测量建模方法—回归分析 270

12.2.2 主元分析和主元回归(PCA、PCR) 272

12.2.3 部分最小二乘法(PLS) 275

12.3 软测量建模方法—人工神经网络 277

12.3.1 BP网络 278

12.3.2 RBF网络 280

12.4 软测量工程设计 287

12.4.1 软测量的设计步骤 287

12.4.2 过程数据预处理 289

12.4.3 数据校正 291

12.4.4 模型校正 294

12.5 工业应用实例 295

12.5.1 烃类转化反应器出口气体中CH4的软测量 295

12.5.2 催化裂化分馏塔轻柴油凝固点和粗汽油干点的软测量 296

12.5.3 加氢裂化分馏塔柴油倾点和航煤干点的软测量 299

12.5.4 常压一线干点和常三线90％点软测量 304

12.5.5 延迟焦化分馏塔粗汽油干点软测量 305

12.5.6 裂解炉出口乙烯和丙烯收率的软测量 306

12.5.7 氯化氢的软测量 308

12.5.8 聚丙烯腈粘度的软测量 309

12.5.9 乙烯精馏塔塔底乙烯浓度的软测量 312

第十三章 故障检测诊断和容错控制 317

13.1 故障检测和诊断基本概念 317

13.2 故障检测和诊断的主要方法 319

13.2.1 基于动态数学模型的方法 320

13.2.2 基于知识的方法 323

13.3 故障检测与诊断的应用 332

13.4 容错控制及应用 335

13.4.1 容错控制设计的主要方法 335

13.4.2 容错控制的应用 342

14.1 模糊理论的基础知识 349

第十四章 模糊控制 349

14.1.1 模糊集合 350

14.1.2 模糊集合中的基本定义和模糊运算 353

14.1.3 隶属度函数 355

14.1.4 关于模糊集合交和并的运算 358

14.1.5 扩张原理与模糊关系 361

14.1.6 语言变量、模糊蕴含与模糊推理 364

14.2.1 模糊控制器的基本结构 366

14.2 模糊控制的基本原理与设计方法 366

14.2.2 模糊控制器的设计原理 368

14.2.3 基本模糊控制器的设计方法 375

14.3 模糊PID控制器 381

14.3.1 模糊PID控制器 381

14.3.2 模糊自整定PID控制器 384

14.4 自适应模糊控制 390

14.4.1 基于性能反馈的直接自适应模糊控制 390

14.4.2 基于模糊模型求逆的间接自适应模糊控制 396

第十五章 专家系统 408

15.1 专家系统的基本结构 409

15.2 专家系统的类型 410

15.3 知识的表达形式 413

15.4 推理机制 418

15.4.1 推理方法 418

15.4.2 推理机的设计原则 420

15.5 乙烯精馏塔优化专家系统 420

15.6 DCS故障诊断专家系统 425

15.7 专家系统在催化裂化装置的应用 432

15.7.1 过程监控和故障诊断 432

15.7.2 工况判别 434

15.7.3 反再系统先进控制专家系统 435

15.8 聚酯过程开停车专家系统 439

15.8.1 专家控制系统结构 439

15.8.3 系统实现 440

15.8.2 知识基系统 440

第十六章 神经网络控制 442

16.1 基本概念 443

16.2 人工神经网络 443

16.2.1 人工神经网络的拓扑结构 443

16.2.2 人工神经网络的学习方法 448

16.3 基于神经网络的系统建模与辨识 451

16.3.1 利用多层前向网络辨识的一般结构 451

16.3.2 基于BP网络的系统辨识 454

16.3.3 基于Hopfield网络的系统辨识 458

16.3.4 基于Elman动态递归网络的系统辨识 459

16.4 神经网络控制器设计 460

16.4.1 基于单个神经元的自适应控制 463

16.4.2 神经网络PID控制 465

16.4.3 神经网络预测控制 468

16.4.4 神经网络内模控制 471

16.4.5 应用实例 475