MATLAB/Simulink与过程控制系统仿真

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

1.5 MATLAB/Simulink在过程仿真中的优势

1.6 本章小结

第2章 MATLAB计算与仿真基础

2.1 MATLAB概述

2.1.1 MATLAB发展历程

2.1.2 MATLAB系统构成

2.1.3 MATLAB常用工具箱

2.2 MATLAB桌面操作环境

2.2.1 启动和退出

2.2.2 主菜单

2.2.3 命令窗口

2.2.4 工作空间

2.2.5 文件管理

2.2.6 帮助系统

2.3 MATLAB数值计算基础

2.3.1 MATLAB数值类型

2.3.2 矩阵运算

2.4 关系运算和逻辑运算

2.5 符号运算

2.5.1 符号运算基础

2.5.2 控制系统中常用的符号运算

2.6 复数和复变函数运算

2.6.1 复数运算基础

2.6.2 拉普拉斯变换及逆变换

2.6.3 Z变换及逆变换

2.7 MATLAB的图形绘制

2.8 MATLAB程序设计基础

2.8.1 MATLAB程序类型

2.8.2 MATLAB程序流程控制

2.8.3 MATLAB程序基本设计原则

2.9 本章小结

第3章 Simulink仿真基础

3.1 Simulink仿真概述

3.1.1 Simulink的启动与退出

3.1.2 Simulink模块库

3.2 Simulink仿真模型及仿真过程

3.2.1 Simulink仿真模型组成

3.2.2 Simulink仿真的基本过程

3.3 Simulink模块的处理

3.3.1 Simulink模块参数设置

3.3.2 Simulink模块基本操作

3.3.3 Simulink模块连接

3.4 Simulink仿真设置

3.4.1 仿真器参数设置

3.4.2 工作空间数据导入/导出设置

3.5 Simulink仿真举例

3.6 本章小结

习题与思考

第4章 Simulink高级仿真技术

4.1 Simulink子系统及其封装

4.1.1 创建子系统

4.1.2 封装子系统

4.1.3 封装的查看和解封装

4.1.4 子系统实例

4.2 S函数设计与应用

4.2.1 S函数设计模板

4.2.2 S函数设计举例

4.3 使用Simulink仿真命令

4.4 Simulink仿真建模的要求

4.5 Simulink控制系统仿真实例

4.6 本章小结

习题与思考

第5章 过程控制系统建模

5.1 过程模型概述

5.1.1 过程建模的目的和要求

5.1.2 过程模型类型

5.1.3 自衡过程与非自衡过程

5.2 常见的过程模型类型

5.2.1 自衡非振荡过程

5.2.2 无自衡非振荡过程

5.2.3 自衡振荡过程

5.2.4 具有反向特性的过程

5.3 过程建模基础

5.3.1 过程建模法分类

5.3.2 阶跃响应法建模

5.3.3 过程模型的特点

5.4 单容过程模型

5.4.1 无自衡单容过程

5.4.2 自衡单容过程

5.5 多容过程模型

5.5.1 有相互影响的双容过程

5.5.2 无相互影响的双容过程

5.6 模型参数对控制性能的影响

5.6.1 静态增益的影响

5.6.2 时间常数的影响

5.6.3 时滞的影响

5.7 本章小结

习题与思考

实战篇

第6章 PID控制

6.1 PID控制概述

6.2 PID控制算法

6.2.1 比例（P）控制

6.2.2 比例积分（PI）控制

6.2.3 比例微分（PD）控制

6.2.4 比例积分微分（PID）控制

6.3 PID控制器参数整定

6.3.1 Ziegler-Nichols整定法

6.3.2 临界比例度法

6.3.3 衰减曲线法

6.4 本章小结

习题与思考

第7章 串级控制系统

7.1 串级控制系统概述

7.1.1 基本概念

7.1.2 基本组成

7.1.3 串级控制的特点

7.2 串级控制系统性能分析

7.2.1 抗扰性能

7.2.2 动态性能

7.2.3 工作频率

7.2.4 自适应能力

7.3 串级控制系统设计

7.3.1 副回路选择

7.3.2 主、副控制器的设计

7.4 串级控制参数整定

7.4.1 逐次逼近法

7.4.2 两步法

7.4.3 一步法

7.5 综合仿真实例

7.5.1 串级与单回路控制对比仿真

7.5.2 串级控制的参数整定仿真

7.5.3 串级控制系统设计仿真

7.6 本章小结

习题与思考

第8章 比值控制系统

8.1 比值控制系统概述

8.1.1 比值控制系统特点

8.1.2 比值控制系统的类型

8.1.3 比值系数计算

8.2 比值控制系统设计

8.2.1 比值控制方式的选择

8.2.2 主从物料的选择

8.2.3 比值控制系统工程整定

8.3 综合仿真实例

8.3.1 单闭环比值控制系统仿真

8.3.2 双闭环比值控制系统仿真

8.3.3 变比值控制系统仿真

8.3.4 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 前馈控制系统

9.1 前馈控制系统概述

9.1.1 系统结构

9.1.2 系统特点

9.1.3 系统分类

9.2 前馈控制系统设计

9.2.1 前馈控制系统选择原则

9.2.2 工程整定

9.3 综合仿真实例

9.3.1 静态前馈系统仿真

9.3.2 动态前馈系统仿真

9.3.3 前馈-反馈复合系统仿真

9.3.4 前馈-串级复合系统仿真

9.3.5 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 纯滞后系统

10.1 纯滞后系统概述

10.2 纯滞后系统的设计

10.2.1 改进的常规控制方案

10.2.2 补偿控制方案

10.3 综合仿真实例

10.3.1 微分先行控制仿真

10.3.2 中间微分控制仿真

10.3.3 史密斯补偿控制仿真

10.3.4 增益自适应补偿控制仿真

10.3.5 改进型史密斯补偿控制仿真

10.3.6 参数摄动对系统影响仿真

10.4 本章小结

习题与思考

第11章 解耦控制系统

11.1 解耦控制系统概述

11.1.1 系统特点

11.1.2 相对增益

11.2 解耦控制系统设计

11.2.1 系统分类及解耦方法

11.2.2 解耦控制方案

11.2.3 解耦控制中的问题

11.3 综合仿真实例

11.3.1 前馈补偿解耦控制

11.3.2 反馈补偿解耦控制

11.3.3 对角阵解耦控制

11.3.4 参数摄动对系统影响仿真

11.4 本章小结

习题与思考

综合篇

第12章 典型工业过程仿真实训

12.1 燃烧过程控制系统

12.1.1 系统特点

12.1.2 综合仿真实例

12.2 pH值控制系统

12.2.1 系统特点

12.2.2 综合仿真实例

12.3 精馏控制系统

12.3.1 系统特点

12.3.2 基本控制方案

12.3.3 综合仿真实例

12.4 本章小结

习题与思考

参考文献

《高等院校电子信息类教材：MATLAB\Simulink与过程控制系统仿真（修订版）》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、MATLAB计算与仿真基础、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；综合篇包括典型工业过程仿真实训。