自动调节系统的工程设计方法PDF电子书下载

第1章 受控过程与调节策略概述 1

1.1小偏差调节状态与静态前馈指令 1

1.2串级调节策略和控制作用 3

1.3迟延环节与预估控制方法 6

1.4采用观测数据的直接预测控制方法 8

1.5自适应、自学习控制策略及其应用 9

1.5.1管道输油工艺的介绍 9

1.5.2原油升压控制系统 10

1.5.3原油升温控制系统 11

1.5.4出站油温T0、压力P0的优化确定及环境适应控制策略 12

1.5.5管道使用直径D的变化及经济运行管理 13

1.5.6燃烧控制及送风—引风控制系统 14

1.6附录：流量—液位调节系统的模型分析 16

第2章 闭环调节系统的基本概念 19

2.1闭环反馈系统中的现象 19

2.2物理环节的分类和动态增益、相移计算 22

2.2.1零—极点描述与增益、相位关系 23

2.2.2分类的动态增益、相移的计算 24

2.3单回路调节器的工作参数计算 28

2.3.1比例调节器情况 28

2.3.2积分调节器情况 29

2.3.3比例—积分调节器情况 30

第3章 调节系统的控制性能判据 32

3.1误差的平方积分准则 32

3.2固定增益的误差积分准则 36

3.3误差的平方积分的递推公式 38

3.3.1基本关系 38

3.3.2系统阶数1≤k≤5的Ik的计算公式 39

3.3.3公式的降阶验证 44

第4章 串级调节系统的基本特性 46

4.1内环路受控过程 46

4.2典型的外环路系统受控过程 47

4.2.1外环路工艺对象的分类 47

4.2.2给水—水位控制系统的描述 48

4.3串级系统的基本特性 50

4.4串级系统的内、外环路的隔离度 60

4.4.1内—外环路的耦合及隔离概念 60

4.4.2给水串级系统的分析 61

4.4.3一般串级系统内、外回路的隔离度 62

4.5评述 63

4.6控制执行装置的模型描述 64

4.6.1执行器装置的特性分析 64

4.6.2线性系统的零点、极点描述和频率响应 70

第5章 能控性与控制周期 74

5.1控制周期（T0）定义 74

5.2控制周期是不可控环节 75

5.3典型工业过程的实例分析 76

5.3.1旋转机械系统的控制周期分析 76

5.3.2给水系统的控制周期分析 78

5.4模拟系统的信号延时与控制周期 79

5.4.1模拟系统的信号延时 79

5.4.2模拟调节器和信号延时估算 81

第6章 调节系统的优化设计方法 82

6.1串级调节系统的内环路设计 82

6.2控制周期T0对内环路调节性能的影响 85

6.2.1T0＝200ms情况 86

6.2.2T0＝500ms情况 87

6.3外环路调节系统的设计 88

6.3.1外环路调节系统的设计方法 88

6.3.2锅炉给水—水位系统的设计 89

6.3.3T0＝0情况 91

6.3.4T0＝200ms情况 93

6.3.5 T0＝500ms情况 93

6.4闭环工作周期与内、外环路系统的隔离度 95

6.5抗负荷扰动的调节策略设计 96

6.6调节系统优化设计的一般认识 98

第7章 快速受控过程的调节系统设计 100

7.1汽轮机受控过程与控制系统的结构 100

7.2转速测量的技术要求与实现方法 102

7.2.1转速测量的技术要求 102

7.2.2测量方法分析 102

7.3内环路控制系统的设计与选择 104

7.3.1内环路受控过程模型 104

7.3.2内环路的工作参数与性能 104

7.4外环路调节系统的设计 109

7.4.1外环路采用模拟控制装置情况 110

7.4.2外环路采用数字控制装置情况 111

7.5评述 114

第8章 大时间常数受控过程的调节控制与优化设计 115

8.1迟延时间过程与串级调节策略 115

8.1.1迟延过程控制系统的描述 115

8.1.2常规调节策略的系统特性 116

8.2惯性时间过程与串级调节策略 118

8.2.1惯性过程的比例调节 119

8.2.2惯性过程的积分调节 119

8.2.3惯性过程的比例—积分调节 121

8.3惯性过程的单回路调节 122

8.4大时间常数过程控制系统的一般特性 124

8.5迟延过程的预估控制思想 125

8.5.1 Smith预估控制 125

8.5.2预估器Gs（s）的插入方式 126

8.6模型精确的预估控制性能 128

8.6.1外环路系统的工作周期 128

8.6.2精确模型下的Smith预估控制性能 128

8.7预估模型的参数误差影响 131

8.8采用模型预测的控制方法 135

8.9采用观测值的直接预测控制 137

8.9.1预估技术与预测控制方法 137

8.9.2测量数据的曲线拟合和变量预测 138

8.9.3预测控制的实现 140

8.9.4算法实现及仿真 141

8.10附注：函数逼近与曲线拟合 143

8.10.1正交函数空间及其基本性质 144

8.10.2内积和Hilbert空间概念 145

8.10.3最小二乘曲线拟合的算法 148

第9章 工程中的多变量控制系统 150

9.1线性化与状态空间模型 150

9.2工程中的多变量调节策略 152

9.2.1静态工作点与偏差 153

9.2.2偏差分类与校正策略 153

9.3多变量调节控制系统的结构 156

9.3.1多变量调节策略与控制系统结构 156

9.3.2常规调节控制系统的传递函数 157

9.4优化控制与串级调节策略 158

9.4.1稳态偏差的发生与自适应控制策略 158

9.4.2闭环自适应控制策略 160

9.4.3设备的工作效率与运行管理 161

9.5小偏差调节与“无静差”控制的充要条件 162

9.6评述 163

第10章 工程中多变量控制系统的结构设计 164

10.1工程中的多变量控制系统结构与设计工作 164

10.2坐标系选择与相似变换 165

10.3相似变换的不变性与不变量 170

10.3.1相似变换及相似等价类 170

10.3.2相似变换下的传递函数 170

10.3.3相似变换下的特征多项式 171

10.3.4能控性、能观性 172

10.3.5 A矩阵的元素位置和意义 173

10.4特征向量及系统矩阵的标准型 174

10.4.1特征向量与对角矩阵系统 174

10.4.2矩阵的Jordan标准型 175

10.4.3结构说明 176

10.5矩阵化Jordan型的变换算法 177

10.5.1从实例分析变换过程 177

10.5.2情况1：单特征根，q0＝1系统的J型变换 180

10.5.3情况2：单特征根，q0﹥1系统的J型变换 181

10.5.4情况3：一般系统的J型变换 183

10.6多变量控制系统的结构设计 186

10.6.1系统矩阵的结构分类 186

10.6.2 Ja型矩阵的控制系统经济结构 187

10.6.3 Jb型矩阵的控制系统经济结构 188

10.6.4 Jc型矩阵的控制系统经济结构 189

10.7完全可控系统的控制变量数 190

10.7.1情况1：互异特征根λi，且qi＝1 191

10.7.2情况2：单特征根λ0，且q0﹥1 192

10.7.3情况3：输出可控、可观系统的控制变量数 193

10.8工程中多变量控制系统的结构分析 196

10.8.1发电机组控制系统的结构 196

10.8.2子系统结构分析 197

10.9评述 202

第11章 确定性概念与控制系统的实现技术 204

11.1确定性概念与控制精度 205

11.1.1控制周期的时间稳定性与运算精度 205

11.1.2微分算法精度与Ts的稳定性 206

11.1.3积分算法精度与Ts的稳定性 207

11.1.4变化率算法与Ts的稳定性 207

11.1.5一阶惯性算法与Ts的稳定性 208

11.1.6控制任务的调度方式与无逆序程序 209

11.2信号测量与滤波技术 210

11.2.1Γ形滤波器的幅频、相移特性 210

11.2.2双Γ形及π形滤波器的幅频—相移特性 211

11.2.3单频滤波器的幅频、相移特性 213

11.3抗共模干扰技术 214

11.3.1运算放大器的共模增益、共模抑制比 214

11.3.2放大组件的共模扰动抑制原理 215

11.3.3闭环放大系统的共模抑制比 217

11.4信号的故障诊断和冗余切换技术 219

11.4.1输入信号的常用冗余方式 219

11.4.2输入信号的故障诊断 220

11.4.3双冗余信号的故障切换程序 222

11.4.4三冗余信号的故障切换程序 225

11.5模拟输出通道及执行器的故障诊断 226

11.5.1诊断中的子程序 226

11.5.2故障诊断逻辑及程序 227

11.5.3故障后的安全保护及初始化 228

11.6变增益调节器的设计与应用 229

11.7对称的受控过程与平衡调节方法 231

11.7.1程序功能与应用背景 231

11.7.2两侧固有不平衡的校正 232

11.7.3单侧手动方式下的补偿 233

11.7.4调节器反馈跟踪信号分析 233

11.7.5单侧故障时的动态补偿和变增益调节功能 234

11.8控制器的故障诊断与冗余切换技术 234

11.8.1控制器冗余方式及故障概率 235

11.8.2控制器的无扰动切换技术要求 236

11.8.3控制器系统的结构及故障诊断、切换 237

11.8.4切换功能和故障判别准则 239

11.8.5逻辑功能及程序实现 240

第12章 数学证明及线性系统的基本理论 244

12.1误差平方的积分公式证明 244

12.1.1降阶系统和稳定性条件 244

12.1.2稳定性条件及证明 245

12.1.3递推公式及证明 249

12.1.4证明中的细节补充 253

12.2矩阵的秩及几何意义 255

12.2.1矩阵的秩 255

12.2.2矩阵的初等变换与秩的确定 258

12.3状态变量的微分方程与系统的状态转移矩阵 259

12.3.1状态向量和微分方程 259

12.3.2微分方程的解和转移矩阵 261

12.3.3状态转移矩阵 263

12.3.4状态转移矩阵的求解 265

12.3.5特征向量与系统结构 268

12.3.6复特征值及状态演化表示 272

12.3.7重特征根与系统结构 274

参考文献 280