第1章 过程控制系统概述 1
1.1 引言 1
1.2 过程控制系统的发展 1
1.2.1 基地式仪表控制系统 2
1.2.2 单元组合式仪表控制系统 2
1.2.3 计算机集中式数字控制系统 4
1.2.4 集散式控制系统（DCS） 5
1.2.5 现场总线控制系统（FCS） 8
1.2.6 计算机综合自动化系统（CIPS） 14
1.2.7 计算机集成制造系统（CIMS） 15
1.3 过程控制系统的组成 17
1.3.1 过程控制系统的组成 17
1.3.2 过程控制系统的特点 20
1.3.3 过程控制系统的分类 20
1.4 过程控制系统的性能指标 21
1.4.1 过渡过程性能指标 21
1.4.2 误差性能指标 22
1.5 过程控制理论的发展现状 23
1.6 过程控制系统仿真 25
1.6.1 计算机仿真基本概念 25
1.6.2 仿真在过程控制中的应用 26
1.6.3 Simulink与过程控制系统仿真 28
第2章 过程控制系统数学模型 31
2.1 引言 31
2.2 过程模型概述 31
2.2.1 过程建模的目的和要求 31
2.2.2 过程模型 32
2.2.3 自平衡过程与非自平衡过程 33
2.3 过程控制系统建模 33
2.3.1 过程建模的方法 33
2.3.2 阶跃响应法建模 34
2.3.3 过程模型的特点 39
2.4 单容过程数学模型 40
2.4.1 无自平衡单容过程 40
2.4.2 自平衡单容过程 41
2.5 多容过程数学模型 42
2.5.1 有相互影响的双容过程 42
2.5.2 无相互影响的多容过程 44
2.6 模型参数对控制性能的影响 45
2.6.1 静态增益的影响 46
2.6.2 时间常数的影响 46
2.7.1 温度过程模型特性 47
2.6.3 时滞的影响 47
2.7 常见工业过程模型特性 47
2.7.2 流量过程模型特性 48
2.7.3 压力过程模型特性 50
第3章 PID控制 52
3.1 引言 52
3.2 PID控制的基本原理 52
3.2.1 PID控制概述 52
3.2.2 比例（P）控制 53
3.2.3 比例微分（PD）控制 55
3.2.5 比例积分（PI）控制 57
3.2.4 积分（I）控制 57
3.2.6 比例积分微分（PID）控制 59
3.3 数字PID控制 59
3.3.1 理想微分PID控制 59
3.3.2 实际微分PID控制 60
3.4 改进的数字PID控制 61
3.4.1 积分项改进的数字PID控制 61
3.4.2 数字变PID控制 61
3.4.3 Ziegler-Nichols整定方法 62
3.4.4 临界比例度法 67
3.4.5 衰减曲线法 71
第4章 串级控制系统 76
4.1 引言 76
4.2 串级控制系统概述 76
4.2.1 基本概念 76
4.2.2 基本组成 77
4.2.3 串级控制的特点 79
4.3 串级控制系统性能分析 80
4.3.1 抗扰性能 80
4.3.2 动态性能 81
4.3.3 工作频率 83
4.3.4 自适应能力 85
4.4 串级控制系统设计 86
4.4.1 副回路选择 86
4.4.2 主副控制器的设计 88
4.4.3 抗积分饱和的措施 90
4.5 串级控制系统控制器参数整定 91
4.5.1 逐次逼近法 91
4.5.2 两步法 91
4.5.3 一步法 91
4.6.1 串级控制与单回路控制的比较仿真 92
4.6 串级控制系统仿真研究 92
4.6.2 串级控制系统的参数整定仿真 96
4.6.3 串级控制系统设计仿真 99
第5章 比值控制系统 102
5.1 引言 102
5.2 比值控制系统概述 102
5.2.1 比值控制系统的特点 103
5.2.2 比值控制系统的类型 103
5.2.3 比值系数的计算 110
5.3.2 主从物料的选择 112
5.3 比值控制系统的设计 112
5.3.1 比值控制系统的选用原则 112
5.3.3 比值控制系统的工程整定 113
5.4 比值控制系统的仿真研究 114
5.4.1 单闭环比值控制系统仿真 114
5.4.2 双闭环比值控制系统仿真 118
5.4.3 变比值控制系统仿真 122
6.2 前馈控制系统概述 127
6.2.1 前馈控制系统的结构 127
6.1 引言 127
第6章 前馈控制系统 127
6.2.2 前馈控制系统的特点 129
6.2.3 前馈控制系统的类型 130
6.3 前馈控制系统的设计 137
6.3.1 前馈控制系统的选用原则 137
6.3.2 前馈控制系统的工程整定 138
6.4 前馈控制系统仿真研究 144
6.4.1 静态前馈控制系统仿真 144
6.4.2 动态前馈控制系统仿真 148
6.4.3 前馈－反馈复合控制系统仿真 152
6.4.4 前馈－串级复合控制系统仿真 159
第7章 纯滞后系统 163
7.1 引言 163
7.2 纯滞后系统概述 163
7.3 纯滞后系统的设计 166
7.3.1 常规控制系统 166
7.3.2 史密斯补偿控制 168
7.4 纯滞后系统仿真 176
7.4.1 微分先行控制仿真 176
7.4.2 中间微分控制仿真 182
7.4.3 史密斯补偿控制仿真 184
7.4.4 增益自适应性补偿控制仿真 188
7.4.5 改进型史密斯补偿控制仿真 193
第8章 解耦控制系统 196
8.1 引言 196
8.2 解耦控制系统 196
8.2.1 解耦控制系统的特点 197
8.2.2 相对增益 197
8.3 解耦控制系统设计 202
8.3.1 解耦控制系统分类及解耦方法 202
8.3.2 解耦控制方案 203
8.3.3 解耦控制中的问题 206
8.4 解耦控制系统仿真 208
8.4.1 前馈补偿解耦控制 208
8.4.2 反馈补偿解耦控制 213
8.4.3 对角阵解耦控制 217
第9章 典型生产过程控制系统 225
9.1 引言 225
9.2 燃烧过程控制系统 225
9.2.1 燃烧过程控制系统概述 225
9.2.2 燃烧过程控制系统Simulink仿真 226
9.3.1 pH控制系统概述 233
9.3 pH控制系统 233
9.3.2 pH控制系统Simulink仿真 235
9.4 精馏控制系统 242
9.4.1 精馏控制系统概述 242
9.4.2 精馏工艺的基本控制方案 243
9.4.3 精馏控制系统Simulink仿真 246
第10章 先进过程控制系统 252
10.1 引言 252
10.2 先进过程控制概述 252
10.3 自适应控制 252
10.3.1 模型参考自适应控制 253
10.3.2 自校正调节器 254
10.4 预测控制 255
10.4.1 预测模型 256
10.4.2 滚动优化 257
10.4.3 反馈校正 257
10.5 智能控制 258
10.5.1 专家控制 259
10.5.2 模糊控制 260
10.5.3 人工神经网络控制 263
参考文献 269