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第1章 概述 1

1.1过程控制实验装置 1

1.1.1被控对象 2

1.1.2操作台 3

1.1.3上位机 9

1.2DCS控制系统 11

1.2.1 DCS系统硬件 11

1.2.2 DCS系统软件 16

1.3仿真软件 18

1.3.1 MATLAB简介 18

1.3.2 Simulink简介 22

1.4基于组态软件和OPC技术的数字仿真 24

1.4.1组态软件简介 25

1.4.2OPC技术简介 28

1.4.3仿真实验原理 31

1.4.4仿真实验步骤 32

练习题 48

第2章 基础实验 49

2.1实验一：控制仪表调试 49

2.2实验二：电动调节阀特性测试 51

2.3实验三：交流变频调速装置的调试 53

2.4实验四：锅炉进水流量定值调节仪表系统调试 55

2.5实验五：并联管路压力定值调节仪表系统调试 58

2.6实验六：锅炉液位定值调节仪表系统调试 61

2.7实验七：DCS系统组态设计 63

2.8实验八：基于OPC接口技术的组态设计 66

2.9实验九：基于组态软件和OPC技术的调节阀特性测试 68

练习题 69

第3章 被控对象数学模型的测试 70

3.1基本知识 70

3.1.1被控过程传递函数的一般形式 70

3.1.2建立过程数学模型的基本方法 71

3.2物理仿真实验 77

3.2.1实验一：自衡单容对象的数学模型测试 77

3.2.2实验二：自衡双容对象的数学模型测试 83

3.2.3实验三：非自衡单容对象的数学模型测试 89

3.2.4实验四：非线性对象的数学模型测试 93

3.3基于MATLAB的数字仿真实验 95

3.3.1实验一：利用MATLAB根据作图法建立一阶系统数学模型 95

3.3.2实验二：利用MATLAB根据计算法建立一阶系统数学模型 97

3.3.3实验三：利用MATLAB根据计算法建立二阶系统数学模型 99

3.4基于组态软件和OPC技术的数字仿真实验 101

3.4.1实验一：双容对象的数学建模和模型测试 101

3.4.2实验二：电加热水箱对象的数学建模和模型测试 104

练习题 108

第4章 简单控制系统实验 110

4.1基本知识 110

4.1.1简单控制系统的设计 110

4.1.2简单控制系统的参数整定 116

4.1.3简单控制系统的投运 120

4.2物理仿真实验 121

4.2.1实验一：单回路液位控制系统的实验 121

4.2.2实验二：单回路流量控制系统的实验 126

4.2.3实验三：单回路压力控制系统的实验 130

4.2.4实验四：单回路温度控制系统的实验 134

4.3基于MATLAB的数字仿真实验 137

4.3.1实验一：利用MATLAB根据动态特性参数法对控制器参数整定 137

4.3.2实验二：利用MATLAB根据稳定边界法对控制器参数整定 140

4.3.3实验三：利用Simulink对PID控制器参数自整定 142

4.4基于组态软件和OPC技术的数字仿真实验 146

4.4.1实验一：单回路液位控制系统实验 146

4.4.2实验二：单回路电加热水箱温度控制系统实验 149

4.4.3实验三：单回路双容水箱液位控制系统实验 151

练习题 153

第5章 复杂控制系统实验 155

5.1基本知识 155

5.1.1串级控制系统 155

5.1.2前馈控制系统 160

5.1.3大迟延控制系统 166

5.1.4比值控制系统 168

5.1.5选择性控制系统 174

5.1.6解耦控制系统 176

5.2物理仿真实验 180

5.2.1实验一：串级控制系统的实验 180

5.2.2实验二：前馈-反馈控制系统的实验 184

5.2.3实验三：比值控制系统的实验 188

5.2.4实验四：解耦控制系统的设计 191

5.3基于MATLAB的数字仿真实验 193

5.3.1实验一：利用MATLAB/Simulink对串级控制系统进行仿真 193

5.3.2实验二：利用MATLAB对前馈-反馈控制系统进行仿真 200

5.3.3实验三：利用MATLAB对大时延补偿控制系统进行仿真 202

5.3.4实验四：利用MATLAB对单闭环比值控制系统进行仿真 204

5.3.5实验五：利用MATLAB对双闭环比值控制系统进行仿真 206

5.3.6实验六：利用MATLAB对选择性控制系统进行仿真 208

5.3.7实验七：利用MATLAB对多变量系统进行前馈解耦的仿真 210

5.3.8实验八：利用MATLAB对多变量系统进行对角阵解耦的仿真 212

5.4基于组态软件和OPC技术的数字仿真实验 215

5.4.1实验一：电加热水箱温度与流量前馈-反馈控制实验 215

5.4.2实验二：双容水箱液位串级控制系统实验 218

5.4.3实验三：双闭环流量比值控制系统实验 220

练习题 222

第6章 综合型实验 224

6.1锅炉给水对象的特点和分析 224

6.2锅炉给水控制系统的设计 225

6.2.1确定控制目标 225

6.2.2确定控制方案 226

6.2.3主副调节器的选型 227

6.2.4实验模型的构造 227

6.2.5给水控制系统的整定和投运 230

6.3锅炉汽包给水系统的仿真实验研究 231

6.3.1物理仿真实验 231

6.3.2基于MATLAB的数字仿真实验 238

6.3.3基于OPC接口技术和组态软件的仿真实验 241

练习题 244

第7章 设计型实验 246

7.1广义被控对象的测试 246

7.1.1调节阀流量特性测试实验 246

7.1.2单容（一阶）对象的数学模型的测试实验 248

7.1.3双容及三容对象的数学模型的测试实验 252

7.2简单控制系统的设计 254

7.2.1流量控制系统 254

7.2.2压力控制系统 256

7.2.3液位控制系统 261

7.2.4温度控制系统 270

7.3复杂控制系统的设计 271

7.3.1串级控制系统 271

7.3.2前馈控制系统 274

7.3.3比值控制系统 280

7.3.4均匀控制系统 282

7.3.5解耦控制系统 284

练习题 288

参考文献 290