1 概述 1
1.1 生产过程自动化的发展概况 1
1.2 过程控制的要求和任务 2
1.3 过程控制系统的组成与分类 3
1.3.1 过程控制系统的组成 3
1.3.2 过程控制系统分类 4
1.4 过程控制系统的性能指标 4
1.4.1 稳态与动态 4
1.4.2 自动调节的过渡过程 4
1.4.3 品质指标 6
1.5 自动控制技术在材料成形领域中的应用 7
1.5.1 自动控制技术在（薄板坯）连铸生产过程中的应用 7
1.5.2 自动控制技术在板带轧制生产过程中的应用 8
1.5.3 自动控制技术在高速线材轧制生产过程中的应用 8
1.5.4 自动化控制技术在百米高速重轨生产过程中的应用 9
复习思考题 9
2 过程控制系统的动态数学模型 10
2.1 古典与现代控制理论研究方法 10
2.1.1 数学模型的概念 10
2.1.2 按照系统的数学模型对过程系统分类 10
2.1.3 不同控制理论的研究方法 11
2.2 拉氏变换及反变换 12
2.2.1 拉氏变换定义 12
2.2.2 常用函数的拉氏变换 12
2.2.3 拉氏变换的基本性质 15
2.2.4 拉氏反变换 18
2.2.5 用拉氏变换解线性微分方程 20
2.3 传递函数 21
2.3.1 传递函数的定义 21
2.3.2 传递函数的基本性质 22
2.3.3 传递函数的方块图 23
2.3.4 方块图等效变换 26
2.3.5 信号流图及梅逊公式 29
2.3.6 常见典型环节的传递函数 30
复习思考题 34
3 PIID控制及其调节过程 35
3.1 PID控制概述 35
3.2 PID调节规律 36
3.2.1 双位调节 36
3.2.2 比例调节（P） 37
3.2.3 积分调节（I） 39
3.2.4 微分调节（D） 40
3.2.5 比例积分调节（PI） 41
3.2.6 比例微分调节（PD） 43
3.2.7 比例积分微分调节（PID） 44
3.3 PID调节规律对系统过渡过程的影响 45
3.3.1 比例带对过渡过程的影响 45
3.3.2 积分时间对过渡过程的影响 47
3.3.3 微分时间对过渡过程的影响 47
3.3.4 几种调节作用过程曲线比较 48
3.4 PID调节器参数的工程整定 49
3.4.1 PID参数整定基本原则 49
3.4.2 PID参数整定方法 49
3.5 加热炉PID温度控制的MATLAB仿真 51
3.5.1 加热炉控制系统概述 51
3.5.2 输入输出的控制 52
3.5.3 PID控制算法的改进 53
3.5.4 PID参数整定 54
3.5.5 线性系统仿真 55
复习思考题 62
4 控制系统的状态空间分析 63
4.1 现代控制理论的优越性 63
4.2 状态空间描述 64
4.2.1 基本概念 64
4.2.2 系统的状态空间表示式 64
4.2.3 系统在不同输入作用下状态空间表达式 65
4.2.4 状态方程的解及转移矩阵 68
4.2.5 传递矩阵与系统交连的解耦 71
4.3 系统的可控性和可观测性 75
4.3.1 可控性与可观测性问题的提出 76
4.3.2 可控性 77
4.3.3 可观测性 78
4.3.4 可控性与可观测性的判定条件 78
4.4 可控性及可观测性与传递函数零极点对消的关系 80
4.4.1 状态方程中出现零极点对消现象 80
4.4.2 输出方程中出现零极点对消现象 82
4.5 多变量系统的反馈 83
4.5.1 多变量反馈系统的状态空间描述 83
4.5.2 多变量反馈系统的可控性与可观测性 84
4.6 极点配置 85
4.6.1 可控标准形与可观测标准形 85
4.6.2 极点配置的实际应用 88
复习思考题 91
5 系统的建模方法 92
5.1 系统辨识 92
5.1.1 系统辨识的基本概念 92
5.1.2 系统辨识的一般步骤 93
5.2 传递函数的建立 94
5.2.1 过渡响应法 94
5.2.2 频率响应法 97
5.3 状态方程的建立 99
5.3.1 最小二乘法的基本原理 99
5.3.2 最小二乘法的递推算法 102
复习思考题 106
6 最优控制系统与自适应控制系统 107
6.1 最优控制系统 107
6.1.1 最优控制与性能指标 107
6.1.2 最优控制问题的数学模型及求解方法 108
6.2 最小值原理 108
6.2.1 最小值原理 108
6.2.2 应用举例 110
6.3 基于二次性能指标的最优控制系统 113
6.3.1 二次型性能指标函数及其最优化控制问题 113
6.3.2 线性二次型最优调节器问题的求解 114
6.4 自适应控制系统 115
6.4.1 自适应控制系统的定义 115
6.4.2 自适应控制系统的基本结构 116
6.4.3 自适应控制系统的分类 116
复习思考题 117
7 控制系统设计与集散控制系统 118
7.1 控制系统设计基本原理 118
7.2 控制系统分类及其控制器 119
7.3 串级控制系统 120
7.3.1 串级控制系统的工作原理 120
7.3.2 串级控制系统的特点 122
7.3.3 串级控制系统的设计 123
7.3.4 串级控制系统的应用 125
7.3.5 多回路串级控制系统 126
7.4 前馈控制系统 126
7.4.1 前馈控制系统的工作原理 127
7.4.2 前馈控制系统的特点 128
7.4.3 前馈控制系统的典型结构形式 128
7.4.4 前馈控制器的设计原则与参数整定 131
7.4.5 多变量系统前馈控制 133
7.5 集散型控制系统 134
7.5.1 集散控制系统的结构 135
7.5.2 集散控制系统的特点 138
7.5.3 集散控制系统的发展及各阶段典型产品 139
7.5.4 集散控制系统在热处理车间的应用 142
复习思考题 144
8 连续式加热炉生产过程自动控制 145
8.1 燃料与空气的比例控制 145
8.2 加热炉炉温控制 146
8.2.1 炉温控制原理 147
8.2.2 双交叉限幅燃烧控制方式 148
8.2.3 回路基本报警、连锁等功能 150
8.3 炉膛压力控制模型 150
8.4 连续式加热炉的集散控制系统 152
8.4.1 控制系统的结构和功能 152
8.4.2 过程控制仪表的结构和功能 153
8.4.3 连续式加热炉集散控制系统实例 155
复习思考题 158
9 板带钢生产过程自动控制 159
9.1 薄板坯生产过程自动化及控制功能 159
9.1.1 包钢CSP工艺介绍 159
9.1.2 CSP过程控制系统组成 160
9.1.3 CSP三级过程控制的控制功能 162
9.2 厚度自动控制 167
9.2.1 板带钢厚度波动的原因 168
9.2.2 轧制过程中厚度变化的基本规律 169
9.2.3 厚度自动控制的基本形式及其控制原理 171
9.3 板形自动控制 184
9.3.1 板形的定量表示方法 184
9.3.2 板形良好的条件及其控制策略 186
9.3.3 板形控制系统组成 189
9.3.4 板形控制基本原理 191
9.4 温度控制 194
9.4.1 轧制过程中温度变化的基本规律 194
9.4.2 带钢热连轧过程中的温降方程 197
复习思考题 200
10 高速线材生产过程自动控制 201
10.1 高速线材轧机控制系统 201
10.1.1 生产概述 201
10.1.2 控制系统的配置 202
10.1.3 系统主要控制功能简介 203
10.2 微张力控制系统 206
10.2.1 基本原理 206
10.2.2 工程实现 208
10.3 飞剪控制系统 209
10.3.1 系统硬件结构 209
10.3.2 飞剪动作执行过程 211
10.3.3 飞剪控制原理 212
10.4 活套控制系统 213
10.4.1 设备配置 214
10.4.2 活套控制方式 215
10.4.3 活套控制过程 216
10.4.4 活套位置与套型控制 217
复习思考题 218
11 百米高速重轨预弯过程自动控制 219
11.1 引言 219
11.2 百米重轨冷前预弯变形的原理 220
11.3 预弯控制系统组成及控制功能 221
11.3.1 预弯变形的冷床设备 221
11.3.2 预弯变形过程 223
11.3.3 预弯控制系统 224
11.4 预弯控制策略 230
11.4.1 预弯控制系统设计 230
11.4.2 预弯控制曲线的设定 233
11.4.3 预弯策略实施及预弯参数整定 238
复习思考题 240
参考文献 241