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第1章 虚拟过程仿真实验平台概述 1

1.1 虚拟过程仿真实验平台架构 1

1.1.1 虚拟过程仿真系统组成 1

1.1.2 操作组态界面 1

1.1.3 控制系统构建 3

1.2 仿真系统软件 4

1.2.1 Matlab简介 4

1.2.2 Simulink简介 5

1.2.3 组态王简介 5

1.2.4 OPC技术简介 7

1.3 虚拟过程仿真实验平台运行步骤 15

1.3.1 组态程序与Simulink程序的匹配 16

1.3.2 虚拟仿真实验系统启动顺序 17

1.3.3 虚拟仿真实验系统停止顺序 17

1.3.4 仿真实验平台运行注意事项 17

第2章 过程控制系统 18

2.1 简单控制系统 18

2.2 过程控制动态性能指标 19

2.3 串级控制系统 20

2.3.1 基本概念 20

2.3.2 串级控制系统的设计 22

2.3.3 串级控制系统的投运和整定 23

2.4 常用的过程整定 24

2.4.1 比例积分微分控制整定 24

2.4.2 串级控制PID参数整定 27

2.5 前馈-反馈控制系统 30

2.5.1 前馈-反馈控制系统的概念 30

2.5.2 前馈-反馈控制系统的设计 31

2.5.3 前馈-反馈控制系统的参数整定 32

2.6 选择控制系统 33

2.6.1 选择控制系统的概述 33

2.6.2 选择控制系统的分类 33

2.6.3 选择控制系统的设计 34

2.6.4 选择控制系统的参数整定 35

2.7 比值控制系统 35

2.7.1 比值控制系统的定义 35

2.7.2 比值控制系统的分类 36

2.7.3 比例控制器的参数整定 42

2.8 均匀控制系统 43

2.8.1 均匀控制系统的由来 43

2.8.2 均匀控制系统的简介 44

2.8.3 均匀控制系统的实现方案 45

2.8.4 均匀控制的参数整定 48

2.9 三冲量控制系统 48

2.9.1 锅炉三冲量简介 48

2.9.2 锅炉三冲量的工作原理 49

2.9.3 锅炉三冲量的调节过程 50

2.10 Smith预估控制系统 50

2.10.1 大滞后系统简介 50

2.10.2 大滞后系统的特点及常规控制策略 51

2.11 解耦控制系统 53

2.11.1 耦合现象 53

2.11.2 解耦控制系统的应用 53

2.12 分程控制系统 55

2.12.1 分程控制系统的概念 55

2.12.2 分程控制系统的实现 55

2.12.3 分程控制系统的应用 55

2.12.4 分程控制系统的设计与控制器参数的整定 58

第3章 控制算法 59

3.1 PID控制器原理及特点 59

3.1.1 常规PID控制 59

3.1.2 增量PID控制 60

3.2 串级PID控制 61

3.3 神经网络PID控制 61

3.3.1 函数信号与误差信号的计算 63

3.3.2 神经网络训练算法 63

3.4 模糊PID控制 65

3.4.1 模糊PID控制方式简介 65

3.4.2 模糊PID算法 65

3.4.3 模糊PID参数调试 66

3.5 预测控制 67

3.6 前馈-反馈控制 68

3.7 解耦控制 71

第4章 复杂过程控制虚拟实验 74

4.1 双容水箱液位串级PID控制及抗干扰实验 74

4.1.1 实验目的 74

4.1.2 实验设备 74

4.1.3 实验工艺流程 74

4.1.4 实验内容与实验步骤 75

4.1.5 实验结果分析 80

4.1.6 实验注意事项 80

4.1.7 思考题 80

4.2 双容水箱双闭环比值PID控制实验 81

4.2.1 实验目的 81

4.2.2 实验设备 81

4.2.3 实验工艺流程 81

4.2.4 实验内容与实验步骤 82

4.2.5 实验结果分析 87

4.2.6 实验注意事项 87

4.2.7 思考题 87

4.3 电加热水箱温度与流量的前馈-反馈控制实验 88

4.3.1 实验目的 88

4.3.2 实验设备 88

4.3.3 实验工艺流程 88

4.3.4 实验内容与实验步骤 89

4.3.5 实验结果分析 93

4.3.6 实验注意事项 93

4.3.7 思考题 94

4.4 锅炉三冲量控制实验 94

4.4.1 实验目的 94

4.4.2 实验设备 94

4.4.3 实验工艺流程 94

4.4.4 实验内容与实验步骤 95

4.4.5 实验结果分析 100

4.4.6 实验注意事项 100

4.4.7 思考题 100

4.5 大型储罐分程控制实验 101

4.5.1 实验目的 101

4.5.2 实验设备 101

4.5.3 实验工艺流程 101

4.5.4 实验内容与实验步骤 102

4.5.5 实验结果分析 105

4.5.6 实验注意事项 105

4.5.7 思考题 105

4.6 双位水箱液位与流量均匀控制实验 105

4.6.1 实验目的 105

4.6.2 实验设备 106

4.6.3 实验工艺流程 106

4.6.4 实验内容与实验步骤 107

4.6.5 实验结果分析 110

4.6.6 实验注意事项 110

4.6.7 思考题 111

4.7 反应釜温度与液位解耦控制实验 111

4.7.1 实验目的 111

4.7.2 实验设备 111

4.7.3 实验工艺流程 111

4.7.4 实验内容与实验步骤 112

4.7.5 实验结果分析 120

4.7.6 实验注意事项 121

4.7.7 思考题 121

4.8 三容水箱的Smith预估控制系统实验 121

4.8.1 实验目的 121

4.8.2 实验设备 121

4.8.3 实验工艺流程 121

4.8.4 实验内容与实验步骤 123

4.8.5 实验结果分析 130

4.8.6 实验注意事项 131

4.8.7 思考题 131

4.9 锅炉液位选择控制系统实验 131

4.9.1 实验目的 131

4.9.2 实验设备 131

4.9.3 实验工艺流程 131

4.9.4 实验内容与实验步骤 133

4.9.5 实验结果分析 136

4.9.6 实验注意事项 136

4.9.7 思考题 137

4.10 三容水箱的多变量控制系统实验 137

4.10.1 实验目的 137

4.10.2 实验设备 137

4.10.3 实验工艺流程 137

4.10.4 实验内容与实验步骤 138

4.10.5 实验结果分析 142

4.10.6 实验注意事项 142

4.10.7 思考题 142

第5章 智能过程控制虚拟实验 143

5.1 双容水箱液位串级神经网络控制实验 143

5.1.1 实验目的 143

5.1.2 实验设备 143

5.1.3 实验工艺流程 143

5.1.4 实验内容与实验步骤 145

5.1.5 实验结果分析 150

5.1.6 实验注意事项 150

5.1.7 思考题 150

5.2 双闭环比值BP神经网络PID控制实验 151

5.2.1 实验目的 151

5.2.2 实验设备 151

5.2.3 实验工艺流程 151

5.2.4 实验内容与实验步骤 152

5.2.5 实验结果分析 159

5.2.6 实验注意事项 159

5.2.7 思考题 159

5.3 三容水箱模糊PID控制实验 160

5.3.1 实验目的 160

5.3.2 实验设备 160

5.3.3 实验工艺流程 160

5.3.4 实验内容与实验步骤 161

5.3.5 实验结果分析 166

5.3.6 实验注意事项 166

5.3.7 思考题 166

第6章 虚拟仿真实验附表 167

6.1 单PID控制器调试 167

6.2 双PID控制器调试 167

6.3 Smith预估控制系统 168

6.4 三容水箱模糊PID控制系统 169

6.5 分程控制系统 169

6.6 三冲量控制系统 170

6.7 三容水箱多变量控制系统 170

6.8 选择控制系统 171

参考文献 172