1．绪论 1
目录 1
A 过程和过程计算机 5
2．数字计算机控制（过程计算机、微处理机） 5
3．离散时间系统 9
3.1 离散时间信号 9
3.1.1 离散时间函数 差分方程 9
3.1.2 脉冲序列 12
3.2 离散时间函数的拉氏变换 13
3.2.1 拉氏变换 13
3.2.2 采样定理 13
3.2.3 保持元件 15
3.3.1 z变换概述 16
3.3 z变换 16
3.3.2 z变换定理 17
3.3.3 z反变换 17
3.4 卷积和与z传递函数 17
3.4.1 卷积和 17
3.4.2 脉冲传递函数和z传递函数 18
3.4.3 z传递函数的性质 20
3.5 极点和稳定性 22
3.5.1 z平面中极点的位置 22
3.5.2 稳定条件 24
3.5.3 经过双线性变换的稳定准则 24
3.6 状态变量表达法 25
3.7.1 工艺过程的基本类型 34
3.7 过程的数学模型 34
3.7.2 从连续时间模型确定离散时间模型 36
3.7.3 离散时间信号过程模型的简化 40
3.7.4 过程模型化和过程识别 43
B 确定性扰动的控制系统 45
4．确定性控制系统 45
5．参数最优化调节器 50
5.1 连续PID调节器微分方程的离散化 50
5.2 低阶参数最优化离散控制算法 51
5.2.1 一阶和二阶控制算法 53
5.2.2 规定初始操作变量的控制算法 56
5.3 离散PID控制算法的修正 57
5.4 仿真结果 58
5.4.1 试验过程 59
5.4.2 二阶控制算法的仿真结果 60
5.5 参数最优化控制算法采样周期的选择 71
5.6 参数最优化控制算法的整定规则 73
6．相消调节器 79
7.有限回复时间调节器（临界阻尼） 82
7.1 普通阶次的临界阻尼调节器 82
7.2 增加阶次的临界阻尼调节器 85
7.3 临界阻尼调节器采样周期的选择 88
8．状态调节器 90
8.1 对初始值最优的状态调节器 90
8.2 对外扰动最优的状态调节器 97
8.3 给定特征方程的状态调节器 100
8.4 模式状态控制 101
8.5 有限回复时间状态调节器（临界阻尼） 105
8.6 状态观测器 106
8.7 有观测器的状态调节器 108
8.7.1 初始值观测器 109
8.7.2 外扰动观测器 110
8.8 降维状态观测器 116
8.9 加权矩阵和采样周期的选择 119
8.9.1 状态调节器和观测器的加权矩阵 119
8.9.2 采样周期的选择 120
9．用于大死时过程的调节器 121
9.1 有死时过程的模型 121
9.2 用于有死时过程的确定性调节器 122
9.2.1 有大死时和附加动特性的过程 122
9.2.2 纯死时过程 123
9.3 不同调节器用于有死时过程的控制性能和灵敏度的比较 126
10．恒定调节器控制参数可变过程 133
10.1 闭环系统的灵敏度 133
10.2 参数大范围变化过程的控制 137
11．克服确定性扰动的各种调节器的比较 139
11.1 调节器结构比较：极点和零点 139
11.1.1 规定极点的一般线性调节器 140
11.1.2 低阶参数最优调节器 141
11.1.3 一般相消调节器 142
11.1.4 临界阻尼调节器 142
11.1.5 预估调节器 143
11.1.6 状态调节器 144
11.2 比较性能用的特征值 146
11.3 控制算法性能比较 147
11.4 动态控制因子的比较 154
11.5 控制算法使用小结 158
C 随机扰动的控制系统 160
12．随机控制系统 160
12.1 初步介绍 160
12.2 随机信号过程的数学模型 160
12.2.1 基本定理 160
12.2.2 马尔柯夫信号过程 162
12.2.3 标量随机差分方程 163
13．随机扰动参数最优调节器 165
14．随机扰动最小方差调节器 167
14.1 无死时过程的广义最小方差调节器 167
14.2 有死时过程的广义最小方差调节器 172
14.3 无余差最小方差调节器 175
14.3.1 附加积分作用项 175
14.3.2 控制偏差的最小化 176
14.4 纯死时过程的最小方差调节器 176
14.5 最小方差调节器的仿真结果 177
15．随机扰动状态调节器 181
15.1 对自噪声最优状态调节器 181
15.2 有状态估计对白噪声最优的状态调节器 183
15.3 有状态估计对外扰动最优的状态调节器 184
15.4 状态估计（卡尔曼滤波器） 187
15.4.1 两个向量测量值的加权平均 189
15.4.2 向量状态的递推估计 190
16．串级控制系统 194
D 多回路控制系统 194
17．前馈控制 199
17.1 相消前馈控制 200
17.2 参数最优前馈控制 202
17.2.1 不规定操作变量初始值的参数最优前馈控制 202
17.2.2 规定操作变量初始值的参数最优前馈控制 202
17.3 状态变量前馈控制 205
17.4 最小方差前馈控制 205
E 多变量控制系统 208
18．多变量过程的结构 208
18.1 传递函数表达法的结构特性 208
18.1.1 正则结构 208
18.1.2 特征方程与耦合因子 211
18.1.4 主调节器的相互作用 214
18.1.3 外部信号的影响 214
18.1.5 矩阵多项式表达法 216
18.2 状态表达法的结构特性 216
19．参数最优化多变量控制系统 220
19.1 不带耦合调节器的主调节器参数最优化 221
19.1.1 稳定域 222
19.1.2 调节器参数最优化和双变量调节器整定规则 225
19.2 用（无互作用的）耦合调节器解耦 227
19.3 主调节器和耦合调节器的参数最优化 230
20．多变量矩阵多项式控制系统 231
20.1 一般矩阵多项式调节器 231
20.2 矩阵多项式临界阻尼调节器 231
20.3 矩阵多项式最小方差调节器 232
21．多变量状态控制系统 234
21.1 多变量极点配置状态调节器 234
21.2 多变量矩阵黎卡提状态调节器 234
21.3 多变量解耦状态调节器 234
21.4 多变量最小方差状态调节器 235
F 基于过程识别的自适应控制系统 236
22．自适应控制系统——简短的回顾 236
23．动态过程和随机信号的在线识别 238
23.1 过程和信号模型 238
23.2 递推最小二乘法（RLS） 239
23.2.1 动态过程 239
23.2.2 随机信号 243
23.3 递推扩充最小二乘法（RELS） 244
23.4 递推辅助变量法（RIV） 245
23.5 递推最大似然法（RML） 245
23.6 随机近似法（STA） 248
23.7 一种统一的递推参数估计法 248
23.8 递推参数估计法的数值修正 250
24．闭环识别 252
24.1 无扰动时的参数估计 252
24.1.1 间接过程识别（情况a＋c＋e） 253
24.1.2 直接过程识别（情况b＋d＋e） 256
24.2 有扰动时的参数估计 258
24.3 闭环参数估计法 259
24.3.2 无扰动直接过程识别 260
24.3.3 有扰动直接过程识别 260
24.3.1 无扰动间接过程识别 260
25．参数自适应调节器 261
25.1 概述 261
25.2 适合的控制算法 264
25.2.1 临界阻尼控制算法 264
25.2.2 最小方差调节器 264
25.2.3 参数最优调节器 266
25.2.4 极点配置的一般线性调节器 268
25.2.5 状态调节器 268
25.3 参数估计和控制算法（单输入、单输出）的适当组合 269
25.3.1 确定等价参数自适应调节器 269
25.3.2 随机参数自适应调节器 273
25.4 不同的参数自适应调节器通过仿真的比较 276
25.3.3 确定性参数自适应调节器 276
25.5 一些先验因子的选择 284
25.6 应用举例 285
25.6.1 空气加热器的自适应控制 285
25.6.2 pH过程的自适应控制 285
25.7 参数自适应前馈控制 289
25.8 参数自适应多变量调节器 291
G 应用过程计算机和微型机的数字控制 297
26．幅值整量化对数字控制的影响 297
26.1 产生整量化效应的原因 297
26.1.1 模拟输入 297
26.1.2 中央处理单元（CPU） 298
26.1.3 模拟输出 299
26.2.1 变量的整量化效应 300
26.2 各种整量化效应 300
26.2.2 系数的整量化效应 303
26.2.3 中间结果的整量化效应 303
27．扰动的滤波 306
27.1 控制系统中的噪声源和噪声频谱 306
27.2 模拟滤波 308
27.3 数字滤波 309
27.3.1 低通滤波器 310
27.3.2 高通滤波器 312
27.3.3 特殊滤波器 313
28．控制算法和执行机构的组合 316
29．计算机辅助设计控制算法 323
30.1 热交换器的数字控制 326
30．识别和数字控制的实例 326
30.2 回转干燥器的数字控制 328
30.3 蒸汽锅炉的数字控制 336
30.3.1 两输入／两输出过程识别和参数最优调节器的计算机辅助设计 336
（程序包OLID-MIMO，CADCA-MIMO，CAFCA-SISO） 336
30.3.2 可代替的单输入／单输出自整定控制 337
（程序包ADREG） 337
30.3.3 两输入／两输出自适应控制 337
（程序包MACS） 337
30.4 结论 341
附录 343
缩写和符号一览表 348
参考文献 351
术语索引 360