1 概述 1
1.1 过程控制的任务与目标 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 2
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 过程控制装置的进展 5
1.4.2 过程控制策略与算法的进展 6
习题 7
2 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个基本方法 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 13
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 14
2.3 测试建模方法 17
2.3.1 对象特性的实验测定方法 17
2.3.2 测定动态特性的时域法 18
2.3.3 测定动态特性的频域法 24
2.3.4 测定动态特性的统计相关法 26
2.3.5 最小二乘法 33
习题 37
3 过程控制系统设计 40
3.1 过程控制系统设计步骤 40
3.2 确定控制变量与控制方案 40
3.2.1 确定控制目标 40
3.2.2 确定控制方案 41
3.3 过程控制系统硬件选择 42
3.3.1 控制装置 42
3.3.2 测量仪表和传感器的选型原则 42
3.4 节流元件计算 43
3.4.1 流量计算有关的基本概念 43
3.4.2 流量计类型 44
3.4.3 节流元件 44
3.5 调节阀选择 49
3.5.1 调节阀计算基础 49
3.5.2 调节阀的流量特性 53
3.5.3 调节阀口径计算 57
3.6 计算举例 62
3.6.1 角接取压标准孔板计算 63
3.6.2 蝶阀计算 66
习题 67
4 PID调节原理 69
4.1 PID控制概述 69
4.2 比例调节（P调节） 70
4.2.1 比例调节的动作规律和比例带 70
4.2.2 比例调节的特点——有差调节 71
4.2.3 比例带对于调节过程的影响 72
4.3 积分调节（I调节） 73
4.3.1 积分调节规律和积分速度 73
4.3.2 积分调节的特点——无差调节 74
4.3.3 积分速度对于调节过程的影响 74
4.4 微分调节（D调节） 75
4.5 比例积分微分调节（PID调节） 76
4.5.1 比例积分（PI）调节 76
4.5.2 比例微分（PD）调节 79
4.5.3 比例积分微分调节规律及其基本特征 81
4.6 数字PID控制 83
4.6.1 数字PID控制算法 83
4.6.2 改进的数字PID算法 85
4.7 PID调节器的参数工程整定 87
4.7.1 PID参数整定的基本原则 87
4.7.2 PID参数的工程整定方法 89
4.7.3 PID参数的自整定方法 95
4.7.4 数字PID参数的整定 97
4.8 智能PID控制方法 98
4.8.1 模糊PID控制 98
4.8.2 神经网络PID控制 99
4.8.3 专家智能自整定PID控制 100
习题 101
5 串级控制 104
5.1 基本概念 104
5.1.1 串级控制的提出 104
5.1.2 串级控制系统的组成 106
5.1.3 串级控制系统的工作过程 107
5.2 串级控制系统的分析与设计 108
5.2.1 串级控制系统的分析 108
5.2.2 串级控制系统的设计 116
5.3 串级控制系统整定方法 124
5.3.1 逐步逼近法 125
5.3.2 两步整定法 125
5.3.3 一步整定法 126
5.4 应用举例 128
5.4.1 克服变化剧烈和幅度大的干扰 128
5.4.2 克服对象的纯滞后 129
5.4.3 克服对象的容量滞后 129
5.4.4 克服对象的非线性 130
5.4.5 自校正设定值 131
习题 132
6 特殊控制方法 134
6.1 比值控制系统 134
6.1.1 比值控制原理 134
6.1.2 比值控制系统设计 139
6.1.3 比值控制系统整定 144
6.2 均匀控制系统 145
6.2.1 均匀控制的概念 145
6.2.2 均匀控制系统的结构形式 146
6.2.3 控制器的参数整定 149
6.3 分程控制系统 150
6.3.1 基本概念 150
6.3.2 分程控制的应用 151
6.3.3 实施中的几个问题 153
6.4 自动选择性控制系统 155
6.4.1 基本概念 155
6.4.2 选择性控制系统的类型 155
6.4.3 抗积分饱和 158
6.4.4 控制器选择与参数整定 159
6.5 应用举例 159
习题 163
7 补偿控制 165
7.1 补偿控制的基本原理与结构 165
7.2 前馈控制系统 166
7.2.1 前馈控制系统的概念 166
7.2.2 前馈控制系统的基本结构 167
7.3 大迟延过程系统 171
7.3.1 延迟对系统品质的影响 171
7.3.2 Smith预估器 171
7.3.3 大林（Dahlin）算法 175
习题 180
8 关联分析与解耦控制 182
8.1 控制回路间的关联 182
8.1.1 控制回路间的耦合 182
8.1.2 被控对象的典型耦合结构 182
8.1.3 耦合程度的分析方法 184
8.2 相对增益矩阵 185
8.2.1 相对增益矩阵的定义 185
8.2.2 相对增益的计算 186
8.2.3 第二放大系数qij的直接计算法 188
8.2.4 相对增益矩阵的特性 189
8.3 减少及消除耦合的方法 190
8.4 解耦控制系统设计 193
8.4.1 前馈补偿解耦法 193
8.4.2 反馈解耦法 194
8.4.3 对角阵解耦法 195
8.4.4 单位阵解耦法 197
习题 199
9 模糊控制 201
9.1 概述 201
9.1.1 模糊的基本概念 201
9.1.2 模糊控制系统 201
9.2 模糊集合的基本概念 202
9.2.1 模糊集合 202
9.2.2 模糊集的基本运算 203
9.3 模糊关系 206
9.3.1 普通关系 206
9.3.2 模糊关系 206
9.3.3 模糊变换 209
9.3.4 模糊决策 209
9.4 模糊推理 211
9.4.1 模糊逻辑 211
9.4.2 模糊语言算子 211
9.4.3 模糊推理 212
9.5 模糊控制器原理及设计 214
9.5.1 模糊控制系统的组成 215
9.5.2 模糊控制原理 215
9.5.3 模糊控制系统设计 215
9.6 工业电阻炉温度模糊控制系统 228
9.6.1 系统简介 228
9.6.2 电阻炉温度模糊控制器设计 228
9.6.3 控制效果 231
习题 232
10 先进过程控制方法 234
10.1 先进控制概述 234
10.2 预测控制 235
10.2.1 预测控制产生的历史背景 235
10.2.2 模型预测控制的基本原理和数学表达 236
10.2.3 常用的预测控制算法 239
10.2.4 模型预测控制（MPC）与经典反馈控制方法的比较 240
10.3 自适应控制 242
10.3.1 自适应控制概述 242
10.3.2 两类重要的自适应控制系统 243
10.3.3 自适应控制的应用概况 244
10.4 智能控制 245
10.4.1 递阶控制 246
10.4.2 基于知识的专家控制 248
10.4.3 仿人智能控制 250
10.5 神经控制 252
10.5.1 神经控制的基本思想 252
10.5.2 神经网络在控制中的主要作用 253
10.5.3 神经网络控制的分类 254
10.6 鲁棒控制 257
习题 258
11 计算机过程控制系统 259
11.1 计算机过程控制系统组成与分类 259
11.1.1 计算机过程控制系统简介 259
11.1.2 计算机过程控制系统的组成 260
11.1.3 计算机过程控制系统的类型 261
11.2 数据通信技术 265
11.2.1 异步传送与同步传送 266
11.2.2 面向字符和面向位的传送 267
11.2.3 平衡与不平衡传输技术 270
11.2.4 RS-422/RS-485接口及应用 272
11.3 工业网络技术 274
11.3.1 工业网络概述 274
11.3.2 网络协议及其层次结构 280
11.3.3 IEEE802标准 282
11.3.4 工业网络的性能评价和选型 283
11.4 可编程序控制器（PLC）系统 284
11.4.1 可编程序控制器概述 284
11.4.2 梯形图 287
11.4.3 PLC的指令系统 289
11.4.4 PLC系统的设计 293
11.4.5 PLC控制系统设计实例 295
11.5 现场总线控制系统（FCS） 296
11.5.1 现场总线网络系统 296
11.5.2 现场总线控制系统（FCS） 301
习题 305
12 集散控制系统 306
12.1 集散控制系统概论 306
12.1.1 集散控制系统的产生 306
12.1.2 集散控制系统的结构 308
12.1.3 集散控制系统的特点 310
12.1.4 集散控制系统的分散方式 312
12.1.5 集散控制系统的发展 314
12.2 和利时MACS系统 318
12.2.1 MACS组态原理 318
12.2.2 应用系统组态 324
12.3 国产集散系统——HS2000 327
12.3.1 HS2000系统的基本特点 327
12.3.2 HS2000系统的基本组成 328
12.3.3 HS2000系统的硬件配置 329
12.3.4 HS2000系统的现场控制站配置 330
12.3.5 HS2000系统的软件组态 333
12.4 HS2000 DCS工程建立步骤 336
12.4.1 工程分析 336
12.4.2 工程建立 336
12.4.3 定义设备组态工具 339
12.5 和利时MACS集散系统在工业锅炉中的应用 343
12.5.1 概述 343
12.5.2 硬件配置 343
12.5.3 控制系统简介 344
12.5.4 DCS控制系统软件设计 345
12.5.5 系统组成 345
12.5.6 系统调试 348
12.6 大型集散型控制系统——TDC3000 349
12.6.1 TDC3000系统的结构特性 349
12.6.2 TDC3000系统的数据采集和控制 351
12.6.3 TDC3000系统的软件组态 360
习题 367
附录 DCS课程设计任务书 369
参考文献 372