过程控制及其MATLAB实现

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DMC10.2.1 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MAC10.3.1 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——HS200012.4.1 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——TDC300012.7.1 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

　　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。【作者简介】　　方康玲，武汉科技大学信息工程学院教授，主要研究领域为自动化，国家精品课程“过程控制‘主要负责人，主持编写《过程控制》、《模糊控制系统》等多本教材。