基础篇 2
第1章 过程控制及仿真概述 2
1.1过程控制系统概述 2
1.1.1系统结构 2
1.1.2系统特点 5
1.1.3系统分类 5
1.2过程控制系统的性能指标 6
1.2.1过渡过程性能指标 7
1.2.2误差性能指标 8
1.3过程控制理论的发展现状 9
1.4过程控制系统仿真基础 10
1.4.1计算机仿真基本概念 11
1.4.2仿真在过程控制中的应用 12
1.5 MATLAB/Simulink 在过程仿真中的优势 15
1.6本章小结 16
第2章MATLAB计算与仿真基础 17
2.1 MATLAB概述 17
2.1.1 MATLAB发展历程 17
2.1.2 MATLAB系统构成 18
2.1.3 MATLAB常用工具箱 18
2.2 MATLAB桌面操作环境 19
2.2.1启动和退出 19
2.2.2主菜单 20
2.2.3命令窗口 24
2.2.4工作空间 25
2.2.5文件管理 26
2.2.6帮助系统 27
2.3 MATLAB数值计算基础 27
2.3.1 MATLAB数值类型 27
2.3.2矩阵运算 30
2.4关系运算和逻辑运算 33
2.5符号运算 34
2.5.1符号运算基础 34
2.5.2控制系统中常用的符号运算 34
2.6复数和复变函数运算 35
2.6.1复数运算基础 36
2.6.2拉普拉斯变换及逆变换 39
2.6.3 Z变换及逆变换 40
2.7 MATLAB的图形绘制 42
2.8 MATLAB程序设计基础 45
2.8.1 MATLAB程序类型 45
2.8.2 MATLAB程序流程控制 46
2.8.3 MATLAB程序基本设计原则 48
2.9本章小结 49
第3章Simulink仿真基础 50
3.1 Simulink仿真概述 50
3.1.1 Simulink的启动与退出 50
3.1.2 Simulink模块库 51
3.2 Simulink仿真模型及仿真过程 56
3.2.1 Simulink仿真模型组成 56
3.2.2 Simulink仿真的基本过程 57
3.3 Simulink模块的处理 58
3.3.1 Simulink模块参数设置 58
3.3.2 Simulink模块基本操作 60
3.3.3 Simulink模块连接 62
3.4 Simulink仿真设置 63
3.4.1仿真器参数设置 64
3.4.2工作空间数据导入／导出设置 66
3.5 Simulink仿真举例 67
3.6本章小结 70
习题与思考 71
第4章Simulink高级仿真技术 72
4.1 Simulink子系统及其封装 72
4.1.1创建子系统 72
4.1.2封装子系统 73
4.1.3封装的查看和解封装 75
4.1.4子系统实例 75
4.2 S函数设计与应用 78
4.2.1 S函数设计模板 78
4.2.2 S函数设计举例 80
4.3使用Simulink仿真命令 84
4.4 Simulink仿真建模的要求 85
4.5 Simulink控制系统仿真实例 86
4.6本章小结 94
习题与思考 94
第5章 过程控制系统建模 95
5.1过程模型概述 95
5.1.1过程建模的目的和要求 95
5.1.2过程模型类型 96
5.1.3自衡过程与非自衡过程 97
5.2常见的过程模型类型 97
5.2.1自衡非振荡过程 97
5.2.2无自衡非振荡过程 98
5.2.3自衡振荡过程 99
5.2.4具有反向特性的过程 99
5.3过程建模基础 100
5.3.1过程建模法分类 100
5.3.2阶跃响应法建模 101
5.3.3过程模型的特点 105
5.4单容过程模型 106
5.4.1无自衡单容过程 106
5.4.2自衡单容过程 108
5.5多容过程模型 110
5.5.1有相互影响的双容过程 110
5.5.2无相互影响的双容过程 112
5.6模型参数对控制性能的影响 114
5.6.1静态增益的影响 115
5.6.2时间常数的影响 115
5.6.3时滞的影响 116
5.7本章小结 116
习题与思考 117
实战篇 120
第6章PID控制 120
6.1 PID控制概述 120
6.2 PID控制算法 121
6.2.1比例（P）控制 121
6.2.2比例积分（PI控制 123
6.2.3比例微分（PD）控制 125
6.2.4比例积分微分（PID控制 127
6.3 PID控制器参数整定 128
6.3.1 Ziegler-Nichols整定法 128
6.3.2临界比例度法 134
6.3.3衰减曲线法 138
6.4本章小结 142
习题与思考 142
第7章 串级控制系统 144
7.1串级控制系统概述 144
7.1.1基本概念 144
7.1.2基本组成 146
7.1.3串级控制的特点 147
7.2串级控制系统性能分析 148
7.2.1抗扰性能 148
7.2.2动态性能 150
7.2.3工作频率 151
7.2.4自适应能力 154
7.3串级控制系统设计 155
7.3.1副回路选择 155
7.3.2主、副控制器的设计 157
7.4串级控制参数整定 159
7.4.1逐次逼近法 159
7.4.2两步法 160
7.4.3一步法 160
7.5综合仿真实例 161
7.5.1串级与单回路控制对比 仿真 161
7.5.2串级控制的参数整定仿真 165
7.5.3串级控制系统设计仿真 167
7.6本章小结 170
习题与思考 170
第8章 比值控制系统 171
8.1比值控制系统概述 171
8.1.1比值控制系统特点 172
8.1.2比值控制系统的类型 172
8.1.3比值系数计算 179
8.2比值控制系统设计 180
8.2.1比值控制方式的选择 180
8.2.2主从物料的选择 181
8.2.3比值控制系统工程整定 182
8.3综合仿真实例 183
8.3.1单闭环比值控制系统仿真 183
8.3.2双闭环比值控制系统仿真 188
8.3.3变比值控制系统仿真 192
8.3.4参数摄动对系统影响仿真 196
8.4本章小结 199
习题与思考 200
第9章 前馈控制系统 201
9.1前馈控制系统概述 201
9.1.1系统结构 201
9.1.2系统特点 203
9.1.3系统分类 204
9.2前馈控制系统设计 212
9.2.1前馈控制系统选择原则 212
9.2.2工程整定 213
9.3综合仿真实例 218
9.3.1静态前馈系统仿真 219
9.3.2动态前馈系统仿真 223
9.3.3前馈-反馈复合系统仿真 228
9.3.4前馈串级复合系统仿真 233
9.3.5参数摄动对系统影响仿真 236
9.4本章小结 241
习题与思考 241
第10章 纯滞后系统 242
10.1纯滞后系统概述 242
10.2纯滞后系统的设计 244
10.2.1改进的常规控制方案 244
10.2.2补偿控制方案 246
10.3综合仿真实例 254
10.3.1微分先行控制仿真 254
10.3.2中间微分控制仿真 260
10.3.3史密斯补偿控制仿真 262
10.3.4增益自适应补偿控制 仿真 265
10.3.5改进型史密斯补偿控制 仿真 271
10.3.6参数摄动对系统影响仿真 273
10.4本章小结 278
习题与思考 278
第11章 解耦控制系统 279
11.1解耦控制系统概述 279
11.1.1系统特点 280
11.1.2相对增益 280
11.2解耦控制系统设计 285
11.2.1系统分类及解耦方法 285
11.2.2解耦控制方案 286
11.2.3解耦控制中的问题 289
11.3综合仿真实例 290
11.3.1前馈补偿解耦控制 291
11.3.2反馈补偿解耦控制 296
11.3.3对角阵解耦控制 300
11.3.4参数摄动对系统影响仿真 308
11.4本章小结 312
习题与思考 312
综合篇 316
第12章 典型工业过程仿真实训 316
12.1燃烧过程控制系统 316
12.1.1系统特点 316
12.1.2综合仿真实例 318
12.2 pH值控制系统 326
12.2.1系统特点 326
12.2.2综合仿真实例 328
12.3精馏控制系统 336
12.3.1系统特点 337
12.3.2基本控制方案 338
12.3.3综合仿真实例 341
12.4本章小结 348
习题与思考 348
参考文献 349