过程控制及其MATLAB实现 第二版
作者：方康玲 主编
出版时间：2013年版
内容简介
　　本书为国家精品课程“过程控制与集散系统”配套教材。本书系统地介绍了有关过程控制的理论与技术。全书共分13章，内容包括概述、过程控制系统建模方法、过程控制系统设计、PID调节原理、串级控制、特殊控制方法、补偿控制、关联分析与解耦控制、模糊控制、预测控制、先进控制和集散控制系统。本书从基本概念出发，深入浅出地阐述了过程控制系统的本质与特点，同时配合大量的应用实例，力图使学生掌握过程控制系统分析、设计和优化的基本原理和方法。
目 录
第1章 概述
1.1 过程控制的任务
1.2 过程控制系统的组成与特点
1.2.1 过程控制系统组成
1.2.2 过程控制系统特点
1.3 过程控制系统的性能指标
1.4 过程控制的进展
1.4.1 过程控制装置进展
1.4.2 过程控制策略与算法的进展
本章小结
习题
第2章 过程控制系统建模方法
2.1 过程控制系统建模概念
2.1.1 建模概念
2.1.2 过程控制系统建模的两种基本方法
2.2 机理建模方法
2.2.1 单容对象的传递函数
2.2.2 具有纯延迟的单容对象特性
2.2.3 无自平衡能力的单容对象特性
2.2.4 多容对象的动态特性
2.3 测试建模方法
2.3.1 对象特性的实验测定方法
2.3.2 测定动态特性的时域法
2.3.3 测定动态特性的频域法
2.3.4 测定动态特性的统计相关法
2.3.5 最小二乘法
本章小结
习题
第3章 过程控制系统设计
3.1 过程控制系统设计步骤
3.2 确定控制变量与控制方案
3.2.1 确定控制目标
3.2.2 确定控制方案
3.3 过程控制系统硬件选择
3.3.1 控制装置
3.3.2 测量仪表和传感器的选型原则
3.4 节流元件计算
3.4.1 流量计算有关的基本概念
3.4.2 流量计类型
3.4.3 节流元件
3.5 调节阀选择
3.5.1 调节阀计算基础
3.5.2 调节阀的流量特性
3.5.3 调节阀口径计算
3.6 计算举例
3.6.1 角接取压标准孔板计算
3.6.2 蝶阀计算
本章小结
习题
第4章 PID调节原理
4.1 PID控制概述
4.2 比例调节(P调节)
4.2.1 比例调节的动作规律和比例带
4.2.2 比例调节的特点——有差调节
4.2.3 比例带对于调节过程的影响
4.3 积分调节(I调节)
4.3.1 积分调节规律和积分速度
4.3.2 积分调节的特点——无差调节
4.3.3 积分速度对于调节过程的影响
4.4 微分调节(D调节)
4.5 比例积分微分调节(PID调节)
4.5.1 比例积分(PI)调节
4.5.2 比例微分(PD)调节
4.5.3 比例积分微分调节规律及其基本特征
4.6 数字PID控制
4.6.1 数字PID控制算法
4.6.2 改进的数字PID算法
4.7 PID调节器的参数工程整定
4.7.1 PID参数整定的基本原则
4.7.2 PID参数的工程整定方法
4.7.3 PID参数的自整定方法
4.7.4 数字PID参数的整定
4.8 智能PID控制方法
4.8.1 模糊PID控制
4.8.2 神经网络PID控制
4.8.3 专家智能自整定PID控制
本章小结
习题
第5章 串 级 控 制
5.1 串级控制系统的基本原理
5.1.1 串级控制系统的基本概念
5.1.2 串级控制系统的组成
5.1.3 串级控制系统的工作过程
5.2 串级控制系统的特点
5.3 串级控制系统的设计
5.3.1 主、副回路的设计方法
5.3.2 主、副控制器正、反作用方式的确定
5.3.3 防止控制器积分饱和的措施
5.4 串级控制系统的控制器参数整定
5.5 串级控制系统的应用实例
本章小结
习题
第6章 特殊控制方法
6.1 比值控制系统
6.1.1 比值控制系统的基本概念
6.1.2 比值控制系统的分析
6.1.3 比值控制系统设计
6.1.4 比值控制系统的实施
6.1.5 比值控制系统的整定
6.1.6 比值控制系统中的若干问题
6.2 均匀控制系统
6.2.1 均匀控制的概念
6.2.2 均匀控制系统的结构形式
6.2.3 控制器的参数整定
6.3 分程控制系统
6.3.1 基本概念
6.3.2 分程控制的应用
6.3.3 分程阀总流量特性的改善
6.4 选择性控制系统
6.4.1 基本概念
6.4.2 选择性控制系统的类型及应用
6.4.3 选择性控制系统的设计
6.4.4 积分饱和及其防止措施
6.5 阀位控制系统
6.5.1 基本概念
6.5.2 阀位控制系统的应用
6.5.3 阀位控制系统的设计与整定
本章小结
习题
第7章 补偿控制
7.1 补偿控制的基本原理与结构
7.2 前馈控制系统
7.2.1 前馈控制系统的概念
7.2.2 前馈控制系统的基本结构
7.3 大迟延过程系统
7.3.1 延迟对系统品质的影响
7.3.2 Smith预估器
7.3.3 大林(Dahlin)算法
本章小结
习题
第8章 关联分析与解耦控制
8.1 控制回路间的关联
8.1.1 控制回路间的耦合
8.1.2 被控对象的典型耦合结构
8.1.3 耦合程度分析方法
8.2 相对增益矩阵
8.2.1 相对增益矩阵的定义
8.2.2 相对增益的计算
8.2.3 第二放大系数qij的直接计算法
8.2.4 相对增益矩阵的特性
8.3 减少及消除耦合的方法
8.4 解耦控制系统设计
8.4.1 前馈补偿解耦法
8.4.2 反馈解耦法
8.4.3 对角阵解耦法
8.4.4 单位阵解耦法
本章小结
习题
第9章 模糊控制
9.1 概述
9.1.1 模糊的基本概念
9.1.2 模糊控制系统
9.2 模糊集合的基本概念
9.2.1 模糊集合
9.2.2 模糊集的基本运算
9.3 模糊关系
9.3.1 普通关系
9.3.2 模糊关系
9.3.3 模糊变换
9.3.4 模糊决策
9.4 模糊推理
9.4.1 模糊逻辑
9.4.2 模糊语言算子
9.4.3 模糊推理
9.5 模糊控制器原理及设计
9.5.1 模糊控制系统的组成
9.5.2 模糊控制原理
9.5.3 模糊控制系统设计
9.6 工业电阻炉温度模糊控制系统
9.6.1 系统简介
9.6.2 电阻炉温度模糊控制器设计
9.6.3 控制效果
9.7 浮选过程模糊控制系统
9.7.1 浮选工艺过程
9.7.2 浮选过程模糊控制器设计
9.7.3 控制效果
本章小结
习题
第10章 预测控制
10.1 模型预测控制的基本原理
10.2 动态矩阵控制DMC
10.2.1 预测模型
10.2.2 滚动优化
10.2.3 反馈校正
10.2.4 算法实现
10.2.5 参数选择
10.2.6 DMC的主要特征和优点
10.3 模型算法控制MAC
10.3.1 具有简易性能指标的MAC算法
10.3.2 具有一般性能指标的MAC算法
10.3.3 算法实现
10.3.4 MAC的主要特征和优点
10.4 广义预测控制算法
10.4.1 广义预测控制基本理论
10.4.2 基于Toeplitz预测方程的广义预测控制算法
本章小结
习题
第11章 先进控制
11.1 自适应控制
11.1.1 自适应控制概述
11.1.2 模型参考自适应控制
11.1.3 自校正控制
11.2 智能控制
11.2.1 智能控制基础
11.2.2 智能控制的理论结构
11.2.3 递阶控制
11.2.4 基于知识的专家控制
11.2.5 仿人智能控制
11.2.6 神经控制
11.3 鲁棒控制
11.3.1 基本概念
11.3.2 H∞优化与鲁棒控制
11.3.3 标准H∞控制
11.3.4 H∞控制的求解
本章小结
习题
第12章 集散控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)
12.1 DCS概述
12.1.1 DCS的产生过程
12.1.2 DCS的发展历程
12.1.3 DCS的特点
12.1.4 DCS的体系结构
12.2 集散系统的通信技术及体系结构
12.2.1 数据通信原理
12.2.2 数据通信系统结构
12.2.3 通信协议
12.3 和利时MACS系统
12.3.1 MACS组态原理
12.3.2 应用系统组态
12.4 国产集散系统——HS2000
12.4.1 HS2000系统的基本特点
12.4.2 HS2000系统的基本组成
12.4.3 HS2000系统的硬件配置
12.4.4 HS2000系统的现场控制站配置
12.4.5 HS2000系统的软件组态
12.5 HS2000 DCS工程建立步骤
12.5.1 工程分析
12.5.2 工程建立
12.5.3 定义设备组态工具
12.6 和利时MACS集散系统在工业锅炉中的应用
12.6.1 概述
12.6.2 硬件配置
12.6.3 控制系统简介
12.6.4 DCS控制系统软件设计
12.6.5 系统组成
12.6.6 系统调试
12.6.7 结语
12.7 大型集散控制系统——TDC3000
12.7.1 TDC3000系统的结构特性
12.7.2 TDC3000系统的数据采集和控制
12.7.3 TDC3000系统的软件组态
12.8 现场总线控制系统
12.8.1 现场总线和FCS的产生
12.8.2 FCS的体系结构
本章小结
习题
第13章 过程控制MATLAB仿真
13.1 基于MATLAB的系统建模
13.1.1 典型工业过程的阶跃响应仿真
13.1.2 一阶系统作图法建模及仿真
13.1.3 一阶系统两点法建模及仿真
13.1.4 二阶系统两点法建模及仿真
13.2 基于MATLAB的PID控制仿真
13.2.1 P、I、D及其组合控制的仿真
13.2.2 抗积分饱和控制方法及仿真
13.2.3 改进的微分控制方法及仿真
13.3 基于MATLAB的串级控制仿真
13.4 基于MATLAB的补偿控制仿真
13.4.1 前馈控制仿真
13.4.2 Smith预估补偿控制仿真
13.4.3 多变量系统的前馈补偿解耦
13.5 基于MATLAB的模糊控制仿真
13.6 基于MATLAB的预测控制仿真
13.6.1 动态矩阵控制(DMC)仿真
13.6.2 广义预测控制(GPC)仿真
本章小结
习题
参考文献