过程控制及其MATLAB实现 第2版PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1 过程控制的任务 1

1.2 过程控制系统的组成与特点 2

1.2.1 过程控制系统组成 2

1.2.2 过程控制系统特点 3

1.3 过程控制系统的性能指标 4

1.4 过程控制的进展 5

1.4.1 过程控制装置进展 5

1.4.2 过程控制策略与算法的进展 7

本章小结 7

习题 7

第2章 过程控制系统建模方法 8

2.1 过程控制系统建模概念 8

2.1.1 建模概念 8

2.1.2 过程控制系统建模的两种基本方法 9

2.2 机理建模方法 10

2.2.1 单容对象的传递函数 10

2.2.2 具有纯延迟的单容对象特性 12

2.2.3 无自平衡能力的单容对象特性 13

2.2.4 多容对象的动态特性 13

2.3 测试建模方法 16

2.3.1 对象特性的实验测定方法 16

2.3.2 测定动态特性的时域法 17

2.3.3 测定动态特性的频域法 22

2.3.4 测定动态特性的统计相关法 24

2.3.5 最小二乘法 31

本章小结 34

习题 35

第3章 过程控制系统设计 38

3.1 过程控制系统设计步骤 38

3.2 确定控制变量与控制方案 38

3.2.1 确定控制目标 38

3.2.2 确定控制方案 39

3.3 过程控制系统硬件选择 40

3.3.1 控制装置 40

3.3.2 测量仪表和传感器的选型原则 40

3.4 节流元件计算 40

3.4.1 流量计算有关的基本概念 40

3.4.2 流量计类型 42

3.4.3 节流元件 42

3.5 调节阀选择 46

3.5.1 调节阀计算基础 46

3.5.2 调节阀的流量特性 50

3.5.3 调节阀口径计算 53

3.6 计算举例 58

3.6.1 角接取压标准孔板计算 59

3.6.2 蝶阀计算 61

本章小结 62

习题 63

第4章 PID调节原理 64

4.1 PID控制概述 64

4.2 比例调节（P调节） 65

4.2.1 比例调节的动作规律和比例带 65

4.2.2 比例调节的特点——有差调节 66

4.2.3 比例带对于调节过程的影响 67

4.3 积分调节（I调节） 67

4.3.1 积分调节规律和积分速度 67

4.3.2 积分调节的特点——无差调节 68

4.3.3 积分速度对于调节过程的影响 69

4.4 微分调节（D调节） 69

4.5 比例积分微分调节（PID调节） 70

4.5.1 比例积分（PI）调节 70

4.5.2 比例微分（PD）调节 73

4.5.3 比例积分微分调节规律及其基本特征 75

4.6 数字PID控制 77

4.6.1 数字PID控制算法 77

4.6.2 改进的数字PID算法 79

4.7 PID调节器的参数工程整定 81

4.7.1 PID参数整定的基本原则 81

4.7.2 PID参数的工程整定方法 83

4.7.3 PID参数的自整定方法 89

4.7.4 数字PID参数的整定 90

4.8 智能PID控制方法 91

4.8.1 模糊PID控制 92

4.8.2 神经网络PID控制 92

4.8.3 专家智能自整定PID控制 94

本章小结 94

习题 95

第5章 串级控制 97

5.1 串级控制系统的基本原理 97

5.1.1 串级控制系统的基本概念 97

5.1.2 串级控制系统的组成 99

5.1 .3 串级控制系统的工作过程 99

5.2 串级控制系统的特点 100

5.3 串级控制系统的设计 104

5.3.1 主、副回路的设计方法 104

5.3.2 主、副控制器正、反作用方式的确定 107

5.3.3 防止控制器积分饱和的措施 108

5.4 串级控制系统的控制器参数整定 110

5.5 串级控制系统的应用实例 112

本章小结 114

习题 114

第6章 特殊控制方法 116

6.1 比值控制系统 116

6.1.1 比值控制系统的基本概念 116

6.1.2 比值控制系统的分析 116

6.1.3 比值控制系统设计 119

6.1.4 比值控制系统的实施 120

6.1.5 比值控制系统的整定 124

6.1.6 比值控制系统中的若干问题 125

6.2 均匀控制系统 127

6.2.1 均匀控制的概念 127

6.2.2 均匀控制系统的结构形式 128

6.2.3 控制器的参数整定 130

6.3 分程控制系统 131

6.3.1 基本概念 131

6.3.2 分程控制的应用 132

6.3.3 分程阀总流量特性的改善 134

6.4 选择性控制系统 136

6.4.1 基本概念 136

6.4.2 选择性控制系统的类型及应用 137

6.4.3 选择性控制系统的设计 140

6.4.4 积分饱和及其防止措施 140

6.5 阀位控制系统 141

6.5.1 基本概念 141

6.5.2 阀位控制系统的应用 142

6.5.3 阀位控制系统的设计与整定 143

本章小结 144

习题 144

第7章 补偿控制 146

7.1 补偿控制的基本原理与结构 146

7.2 前馈控制系统 146

7.2.1 前馈控制系统的概念 146

7.2.2 前馈控制系统的基本结构 148

7.3 大迟延过程系统 151

7.3.1 延迟对系统品质的影响 151

7.3.2 Smith预估器 151

7.3.3 大林（Dahlin）算法 155

本章小结 160

习题 160

第8章 关联分析与解耦控制 162

8.1 控制回路间的关联 162

8.1.1 控制回路间的耦合 162

8.1.2 被控对象的典型耦合结构 163

8.1.3 耦合程度分析方法 164

8.2 相对增益矩阵 165

8.2.1 相对增益矩阵的定义 165

8.2.2 相对增益的计算 166

8.2.3 第二放大系数qij的直接计算法 167

8.2.4 相对增益矩阵的特性 168

8.3 减少及消除耦合的方法 170

8.4 解耦控制系统设计 172

8.4.1 前馈补偿解耦法 172

8.4.2 反馈解耦法 173

8.4.3 对角阵解耦法 174

8.4.4 单位阵解耦法 176

本章小结 177

习题 178

第9章 模糊控制 180

9.1 概述 180

9.1.1 模糊的基本概念 180

9.1.2 模糊控制系统 180

9.2 模糊集合的基本概念 181

9.2.1 模糊集合 181

9.2.2 模糊集的基本运算 182

9.3 模糊关系 184

9.3.1 普通关系 185

9.3.2 模糊关系 185

9.3.3 模糊变换 187

9.3.4 模糊决策 188

9.4 模糊推理 189

9.4.1 模糊逻辑 189

9.4.2 模糊语言算子 189

9.4.3 模糊推理 191

9.5 模糊控制器原理及设计 193

9.5.1 模糊控制系统的组成 193

9.5.2 模糊控制原理 193

9.5.3 模糊控制系统设计 194

9.6 工业电阻炉温度模糊控制系统 205

9.6.1 系统简介 205

9.6.2 电阻炉温度模糊控制器设计 206

9.6.3 控制效果 208

9.7 浮选过程模糊控制系统 209

9.7.1 浮选工艺过程 209

9.7.2 浮选过程模糊控制器设计 210

9.7.3 控制效果 212

本章小结 213

习题 213

第10章 预测控制 215

10.1 模型预测控制的基本原理 215

10.2 动态矩阵控制DMC 216

10.2.1 预测模型 216

10.2.2 滚动优化 217

10.2.3 反馈校正 218

10.2.4 算法实现 220

10.2.5 参数选择 221

10.2.6 DMC的主要特征和优点 223

10.3 模型算法控制MAC 223

10.3.1 具有简易性能指标的MAC算法 223

10.3.2 具有一般性能指标的MAC算法 227

10.3.3 算法实现 229

10.3.4 MAC的主要特征和优点 230

10.4 广义预测控制算法 231

10.4.1 广义预测控制基本理论 231

10.4.2 基于Toeplitz预测方程的广义预测控制算法 238

本章小结 242

习题 242

第11章 先进控制 243

11.1 自适应控制 243

11.1.1 自适应控制概述 243

11.1.2 模型参考自适应控制 243

11.1.3 自校正控制 247

11.2 智能控制 255

11.2.1 智能控制基础 255

11.2.2 智能控制的理论结构 255

11.2.3 递阶控制 256

11.2.4 基于知识的专家控制 259

11.2.5 仿人智能控制 261

11.2.6 神经控制 263

11.3 鲁棒控制 268

11.3.1 基本概念 268

11.3.2 H∞优化与鲁棒控制 269

11.3.3 标准H∞控制 270

11.3.4 H∞控制的求解 271

本章小结 276

习题 276

第12章 集散控制系统（DCS）和现场总线控制系统（FCS） 277

12.1 DCS概述 277

12.1.1 DCS的产生过程 277

12.1.2 DCS的发展历程 279

12.1.3 DCS的特点 280

12.1.4 DCS的体系结构 282

12.2 集散系统的通信技术及体系结构 284

12.2.1 数据通信原理 284

12.2.2 数据通信系统结构 291

12.2.3 通信协议 294

12.3 和利时MACS系统 299

12.3.1 MACS组态原理 299

12.3.2 应用系统组态 307

12.4 国产集散系统——Hs2000 310

12.4.1 HS2000系统的基本特点 310

12.4.2 HS2000系统的基本组成 310

12.4.3 HS2000系统的硬件配置 312

12.4.4 HS2000系统的现场控制站配置 313

12.4.5 HS2000系统的软件组态 315

12.5 HS2000 DCS工程建立步骤 318

12.5.1 工程分析 318

12.5.2 工程建立 318

12.5.3 定义设备组态工具 320

12.6 和利时MACS集散系统在工业锅炉中的应用 322

12.6.1 概述 322

12.6.2 硬件配置 323

12.6.3 控制系统简介 323

12.6.4 DCS控制系统软件设计 325

12.6.5 系统组成 325

12.6.6 系统调试 328

12.6.7 结语 328

12.7 大型集散控制系统——TDC3000 328

12.7.1 TDC3000系统的结构特性 328

12.7.2 TDC3000系统的数据采集和控制 330

12.7.3 TDC3000系统的软件组态 338

12.8 现场总线控制系统 343

12.8.1 现场总线和FCS的产生 343

12.8.2 FCS的体系结构 348

本章小结 350

习题 350

第13章 过程控制MATLAB仿真 353

13.1 基于MATLAB的系统建模 353

13.1.1 典型工业过程的阶跃响应仿真 353

13.1.2 一阶系统作图法建模及仿真 359

13.1.3 一阶系统两点法建模及仿真 361

13.1.4 二阶系统两点法建模及仿真 362

13.2 基于MATLAB的PID控制仿真 364

13.2.1 P、I、D及其组合控制的仿真 364

13.2.2 抗积分饱和控制方法及仿真 367

13.2.3 改进的微分控制方法及仿真 370

13.3 基于MATLAB的串级控制仿真 373

13.4 基于MATLAB的补偿控制仿真 376

13.4.1 前馈控制仿真 376

13.4.2 Smith预估补偿控制仿真 378

13.4.3 多变量系统的前馈补偿解耦 380

13.5 基于MATLAB的模糊控制仿真 382

13.6 基于MATLAB的预测控制仿真 385

13.6.1 动态矩阵控制（DMC）仿真 385

13.6.2 广义预测控制（GPC）仿真 386

本章小结 390

习题 391

参考文献 392