过程控制工程及仿真

基础篇

第1章过程控制及仿真概述

1.1过程控制系统概述

1.1.1系统结构

1.1.2系统特点

1.1.3系统分类

1.2过程控制系统的性能指标

1.2.1过渡过程性能指标

1.2.2误差性能指标

1.3过程控制理论的发展现状

1.4过程控制系统仿真基础

1.4.1计算机仿真基本概念

1.4.2仿真在过程控制中的应用

1.5Simulink在过程仿真中的优势

1.6本章小结

第2章Simulink仿真基础

2.1Simulink仿真概述

2.1.1Simulink的启动与退出

2.1.2Simulink模块库

2.2Simulink仿真模型及仿真过程

2.2.1Simulink仿真模型组成

2.2.2Simulink仿真的基本过程

2.3Simulink模块的处理

2.3.1Simulink模块参数设置

2.3.2Simulink模块基本操作

2.3.3Simulink模块连接

2.4Simulink仿真设置

2.4.1仿真器参数设置

2.4.2工作空间数据导入

2.4.2导出设置

2.5Simulink仿真举例

2.6本章小结

习题与思考

第3章Simulink高级仿真技术

3.1Simulink子系统及其封装

3.1.1创建子系统

3.1.2封装子系统

3.1.3封装的查看和解封装

3.1.4子系统实例

3.2S函数设计与应用

3.2.1S函数设计模板

3.2.2S函数设计举例

3.3使用Simulink仿真命令

3.4Simulink仿真建模的要求

3.5Simulink控制系统仿真实例

3.6本章小结

习题与思考

第4章过程控制系统建模

4.1过程模型概述

4.1.1过程建模的目的和要求

4.1.2过程模型类型

4.1.3自衡过程与非自衡过程

4.2常见的过程模型类型

4.2.1自衡非振荡过程

4.2.2无自衡非振荡过程

4.2.3自衡振荡过程

4.2.4具有反向特性的过程

4.3过程建模基础

4.3.1过程建模法分类

4.3.2阶跃响应法建模

4.3.3过程模型的特点

4.4单容过程模型

4.4.1无自衡单容过程

4.4.2自衡单容过程

4.5多容过程模型

4.5.1有相互影响的双容过程

4.5.2无相互影响的双容过程

4.6模型参数对控制性能的影响

4.6.1静态增益的影响

4.6.2时间常数的影响

4.6.3时滞的影响

4.7本章小结

习题与思考

实战篇

第5章PID控制

5.1PID控制概述

5.2PID控制算法

5.2.1比例（P）控制

5.2.2比例积分（PI）控制

5.2.3比例微分（PD）控制

5.2.4比例积分微分（PID）控制

5.3PID控制器参数整定

5.3.1Ziegler-Nichols整定法

5.3.2临界比例度法

5.3.3衰减曲线法

5.4本章小结

习题与思考

第6章串级控制系统

6.1串级控制系统概述

6.1.1基本概念

6.1.2基本组成

6.1.3串级控制的特点

6.2串级控制系统性能分析

6.2.1抗扰性能

6.2.2动态性能

6.2.3工作频率

6.2.4自适应能力

6.3串级控制系统设计

6.3.1副回路选择

6.3.2主、副控制器的设计

6.4串级控制参数整定

6.4.1逐次逼近法

6.4.2两步法

6.4.3一步法

6.5综合仿真实例

6.5.1串级与单回路控制对比仿真

6.5.2串级控制的参数整定仿真

6.5.3串级控制系统设计仿真

6.6本章小结

习题与思考

第7章比值控制系统

7.1比值控制系统基础知识

7.1.1比值控制系统特点

7.1.2比值控制系统的类型

7.1.3比值系数计算

7.2比值控制系统设计

7.2.1比值控制方式的选择

7.2.2主从物料的选择

7.2.3比值控制系统工程整定

7.3综合仿真实例

7.3.1单闭环比值控制系统仿真

7.3.2双闭环比值控制系统仿真

7.3.3变比值控制系统仿真

7.3.4参数摄动对系统影响仿真

7.4本章小结

习题与思考

第8章前馈控制系统

8.1前馈控制系统基础知识

8.1.1系统结构

8.1.2系统特点

8.1.3系统分类

8.2前馈控制系统设计

8.2.1前馈控制系统选择原则

8.2.2工程整定

8.3综合仿真实例

8.3.1静态前馈系统仿真

8.3.2动态前馈系统仿真

8.3.3前馈-反馈复合系统仿真

8.3.4前馈-串级复合系统仿真

8.3.5参数摄动对系统影响仿真

8.4本章小结

习题与思考

第9章纯滞后系统

9.1纯滞后系统基础知识

9.2纯滞后系统的设计

9.2.1改进的常规控制方案

9.2.2补偿控制方案

9.3综合仿真实例

9.3.1微分先行控制仿真

9.3.2中间微分控制仿真

9.3.3史密斯补偿控制仿真

9.3.4增益自适应补偿控制仿真

9.3.5改进型史密斯补偿

9.3.5控制仿真

9.3.6参数摄动对系统影响仿真

9.4本章小结

习题与思考

第10章解耦控制系统

10.1解耦控制系统基础知识

10.1.1系统特点

10.1.2相对增益

10.2解耦控制系统设计

10.2.1系统分类及解耦方法

10.2.2解耦控制方案

10.2.3解耦控制中的问题

10.3综合仿真实例

10.3.1前馈补偿解耦控制

10.3.2反馈补偿解耦控制

10.3.3对角阵解耦控制

10.3.4参数摄动对系统

10.3.4影响仿真

10.4本章小结

习题与思考

综合篇

第11章典型过程控制系统及仿真

11.1燃烧过程控制系统

11.1.1基本理论

11.1.2综合仿真实例

11.2pH值控制系统

11.2.1基本理论

11.2.2综合仿真实例

11.3精馏控制系统

11.3.1基本理论

11.3.2基本控制方案

11.3.3综合仿真实例

11.4本章小结

习题与思考

参考文献

　　本书以仿真应用为中心，系统、详细地讲述了过程控制系统的仿真，并结合MATLAB/Simulink仿真工具的应用，通过大量经典的仿真实例，全面讲述过程控制系统的结构、原理、设计和参数整定等知识。全书分为基础篇、实战篇和综合篇。基础篇包括过程控制及仿真概述、Simulink仿真基础、Simulink高级仿真技术，以及过程控制系统建模；实战篇包括PID控制、串级控制、比值控制、前馈控制、纯滞后和解耦控制系统；综合篇包括典型过程控制系统及仿真。　　本书以仿真应用为中心，系统、详细地讲述了过程控制系统的仿真，并结合MATLAB/Simulink仿真工具的应用，通过大量经典的仿真实例，全面讲述过程控制系统的结构、原理、设计和参数整定等知识。　　全书分为基础篇、实战篇和综合篇。基础篇包括过程控制及仿真概述、Simulink仿真基础、Simulink高级仿真技术，以及过程控制系统建模；实战篇包括PID控制、串级控制、比值控制、前馈控制、纯滞后和解耦控制系统；综合篇包括典型过程控制系统及仿真。　　本书的特点是理论与仿真紧密结合，用仿真实例说话，通过仿真来加深对过程控制理论的理解，帮助读者掌握过程系统的分析、设计与整定等技术，切实缩短书本知识与实际应用的距离。　　本书可作为自动化、信息、机电、测控、化学工程、环境工程、生物工程等专业的教材或参考书，也可供从事过程控制工程的人使用，对从事过程控制应用研究的研究生和研究人员也很有参考价值。