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第1章 绪论 1

1.1 过程控制系统的发展简史 1

1.2 过程控制系统组成及特点 1

1.2.1 过程控制系统组成 1

1.2.2 过程控制系统特点 3

1.3 过程控制系统的分类 4

1.4 过程控制系统的性能指标 5

1.5 过程控制系统设计 6

1.6 过程控制策略与算法的进展 7

思考题与习题 8

第2章 过程控制系统建模方法 9

2.1 过程模型概念及其建模方法 9

2.1.1 概述 9

2.1.2 建模方法 10

2.1.3 机理建模方法 11

2.2 过程机理建模方法 14

2.2.1 自衡过程与非自衡过程 14

2.2.2 单容过程模型 14

2.2.3 单容过程模型仿真 17

2.2.4 多容过程模型 18

2.2.5 多容过程模型仿真 23

2.3 测试建模方法 24

2.3.1 对象特性的试验测定方法 25

2.3.2 测定动态特性的时域法 25

2.3.3 测量动态特性的频域法 30

2.3.4 测量动态特性的统计相关法 31

2.3.5 最小二乘法 35

思考题与习题 37

第3章 PID常规过程控制规律 39

3.1 PID控制器概述 39

3.2 比例控制 40

3.2.1 比例控制规律 40

3.2.2 控制器的正作用和反作用 41

3.2.3 比例增益对闭环系统过渡过程的影响 41

3.3 积分控制与比例积分控制 43

3.3.1 积分控制 44

3.3.2 比例积分控制 45

3.4 微分控制与比例微分控制 48

3.4.1 微分控制 49

3.4.2 比例微分控制 50

3.5 比例积分微分控制 51

3.6 离散比例积分微分控制 53

3.6.1 离散比例积分微分控制算法 53

3.6.2 离散比例积分微分控制算法的改进 54

3.7 PID调节器参数的工程整定 55

3.7.1 PID参数的工程整定方法 55

3.7.2 PID参数的自整定方法 61

思考题与习题 62

第4章 简单过程控制系统的分析与设计 64

4.1 简单过程控制系统的结构组成 64

4.2 简单过程控制系统的分析 66

4.2.1 被控变量的选择 67

4.2.2 对象特性对控制质量的影响及操纵变量的选择 67

4.2.3 调节阀的选择 73

4.2.4 控制器控制规律及控制器作用方向的选择 79

4.3 简单控制系统的投运 82

4.3.1 投运前的准备工作 82

4.3.2 系统投运的过程 82

4.4 简单控制系统设计举例 83

4.4.1 喷雾式干燥设备控制系统设计 83

4.4.2 贮槽液位控制系统设计 86

思考题与习题 87

第5章 常用复杂控制系统 89

5.1 串级控制系统 89

5.1.1 串级控制系统基本概念 89

5.1.2 串级控制系统组成 91

5.1.3 串级控制系统特点 92

5.1.4 串级控制系统设计 96

5.1.5 串级控制系统参数整定 99

5.1.6 串级控制系统仿真实例 101

5.2 前馈控制系统 107

5.2.1 前馈控制系统基本概念 107

5.2.2 前馈控制系统基本结构 109

5.3 大滞后过程控制系统 113

5.3.1 常规控制方案 113

5.3.2 Smith预估补偿控制方案 115

5.3.3 采样控制方案 116

5.4 解耦控制系统 117

5.4.1 系统的关联分析 118

5.4.2 相对增益矩阵 119

5.4.3 减少与解除耦合的方法 124

5.4.4 解耦控制系统设计 126

思考题与习题 130

第6章 实现特殊工艺要求的复杂控制系统 131

6.1 比值控制系统 131

6.1.1 基本概念 131

6.1.2 比值控制方案及其分析 132

6.1.3 比值控制系统设计 135

6.1.4 比值控制系统的实施 136

6.1.5 比值控制系统的参数整定和投运 140

6.1.6 注意的问题 141

6.1.7 比值控制系统的工业应用实例 141

6.1.8 比值控制系统的MATLAB／Simulink仿真 142

6.2 均匀控制系统 146

6.2.1 基本原理 146

6.2.2 控制方案 146

6.2.3 系统整定 149

6.3 分程控制系统 150

6.3.1 基本原理 150

6.3.2 控制方案 151

6.3.3 系统设计 152

6.3.4 分程控制系统的工业应用 153

6.4 选择性控制系统 157

6.4.1 基本概念 157

6.4.2 控制方案 158

6.4.3 系统设计 159

6.4.4 选择性控制系统的工业应用实例 160

6.5 阀位控制系统 161

6.5.1 基本原理 161

6.5.2 系统设计 162

6.5.3 阀位控制系统的工业应用实例 164

思考题与习题 165

第7章 先进控制技术 169

7.1 自适应控制 169

7.1.1 增益可变自适应控制系统 169

7.1.2 模型参考自适应控制系统 170

7.1.3 自校正控制系统 179

7.2 预测控制 182

7.2.1 预测控制的基本原理 182

7.2.2 预测控制算法 184

7.2.3 动态矩阵算法MATLAB仿真 191

7.3 模糊控制 203

7.3.1 模糊控制系统的基本结构 204

7.3.2 模糊PID控制 207

7.3.3 模糊PID控制的MATLAB／Simulink仿真 208

7.3.4 模糊控制在纺织工程中的应用 211

7.4 神经网络控制 216

7.4.1 神经网络的基本原理 217

7.4.2 神经网络控制的结构 220

7.4.3 碳纤维生产过程的神经网络性能预测 223

7.4.4 基于神经网络的故障监测和诊断 228

思考题与习题 233

第8章 过程控制系统工程实践 234

8.1 化纤过程控制系统应用 234

8.1.1 化纤生产工艺流程及其过程控制系统 234

8.1.2 干喷湿纺法纺丝过程的浓度-温度-液位解耦控制 236

8.1.3 聚丙烯腈纤维多级牵伸过程协同控制 242

8.2 直拉式单晶硅生长炉过程控制系统应用 248

8.2.1 直拉式单晶硅生长炉工艺流程及其控制目标 248

8.2.2 直拉式单晶硅生长炉过程控制系统 250

8.2.3 直拉式单晶硅生长炉关键技术 253

8.2.4 直拉式单晶硅生长炉具体方案 256

思考题与习题 262

参考文献 263