过程控制与集散系统

第1章 概述(1)
1.1 过程控制的任务(1)
1.2 过程控制系统的组成与特点(2)
1.2.1 过程控制系统组成(2)
1.2.2 过程控制系统特点(3)
1.3 过程控制系统的性能指标(4)
1.4 过程控制的进展(5)
1.4.1 过程控制装置进展(5)
1.4.2 过程控制策略与算法的进展(6)
本章小结(6)
习题(7)

第2章 过程控制系统建模方法(8)
2.1 过程控制系统建模概念(8)
2.1.1 建模概念(8)
2.1.2 过程控制系统建模的两种基本方法(9)
2.2 机理建模方法(10)
2.2.1 单容对象的传递函数(10)
2.2.2 具有纯延迟的单容对象特性(12)
2.2.3 无自平衡能力的单容对象特性(13)
2.2.4 多容对象的动态特性(13)
2.3 测试建模方法(16)
2.3.1 对象特性的实验测定方法(16)
2.3.2 测定动态特性的时域法(17)
2.3.3 测定动态特性的频域法(22)
2.3.4 测定动态特性的统计相关法(24)
2.3.5 最小二乘法(31)
本章小结(34)
习题(35)

第3章 过程控制系统设计(38)
3.1 过程控制系统设计步骤(38)
3.2 确定控制变量与控制方案(38)
3.2.1 确定控制目标(38)
3.2.2 确定控制方案(39)
3.3 过程控制系统硬件选择(40)
3.3.1 控制装置(40)
3.3.2 测量仪表和传感器的选型原则(40)
3.4 节流元件计算(40)
3.4.1 流量计算有关的基本概念(40)
3.4.2 流量计类型(42)
3.4.3 节流元件(42)
3.5 调节阀选择(46)
3.5.1 调节阀计算基础(46)
3.5.2 调节阀的流量特性(50)
3.5.3 调节阀口径计算(53)
3.6 计算举例(58)
3.6.1 角接取压标准孔板计算(59)
3.6.2 蝶阀计算(61)
本章小结(62)
习题(63)

第4章 PID调节原理(64)
4.1 PID控制概述(64)
4.2 比例调节(P调节)(65)
4.2.1 比例调节的动作规律和比例带(65)
4.2.2 比例调节的特点——有差调节(66)
4.2.3 比例带对于调节过程的影响(67)
4.3 积分调节(I调节)(67)
4.3.1 积分调节规律和积分速度(67)
4.3.2 积分调节的特点——无差调节(68)
4.3.3 积分速度对于调节过程的影响(69)
4.4 微分调节(D调节)(69)
4.5 比例积分微分调节(PID调节)(70)
4.5.1 比例积分(PI)调节(70)
4.5.2 比例微分(PD)调节(73)
4.5.3 比例积分微分调节规律及其基本特征(75)
4.6 数字PID控制(77)
4.6.1 数字PID控制算法(77)
4.6.2 改进的数字PID算法(79)
4.7 PID调节器的参数工程整定(81)
4.7.1 PID参数整定的基本原则(81)
4.7.2 PID参数的工程整定方法(83)
4.7.3 PID参数的自整定方法(89)
4.7.4 数字PID参数的整定(90)
4.8 智能PID控制方法(91)
4.8.1 模糊PID控制(92)
4.8.2 神经网络PID控制(92)
4.8.3 专家智能自整定PID控制(94)
本章小结(94)
习题(95)

第5章 串级控制(97)
5.1 串级控制系统的基本原理和结构(97)
5.2 串级控制系统的分析(98)
5.2.1 串级控制系统的特点(98)
5.2.2 分析实例(102)
5.3 串级控制系统的设计(103)
5.3.1 主、副回路的设计原则(103)
5.3.2 主、副控制器的选型(104)
5.3.3 主、副控制器正、反作用的选择(105)
5.3.4 串级控制系统的整定(105)
5.4 串级控制系统应用举例(107)
本章小结(109)
习题(110)

第6章 特殊控制方法(111)
6.1 比值控制系统(111)
6.1.1 比值控制系统的基本概念(111)
6.1.2 比值控制系统的分析(111)
6.1.3 比值控制系统设计(114)
6.1.4 比值控制系统的实施(115)
6.1.5 比值控制系统的整定(119)
6.1.6 比值控制系统中的若干问题(120)
6.2 均匀控制系统(122)
6.2.1 均匀控制的概念(122)
6.2.2 均匀控制系统的结构形式(123)
6.2.3 控制器的参数整定(125)
6.3 分程控制系统(126)
6.3.1 基本概念(126)
6.3.2 分程控制的应用(127)
6.3.3 分程阀总流量特性的改善(129)
6.4 选择性控制系统(131)
6.4.1 基本概念(131)
6.4.2 选择性控制系统的类型及应用(132)
6.4.3 选择性控制系统的设计(135)
6.4.4 积分饱和及其防止措施(135)
6.5 阀位控制系统(136)
6.5.1 基本概念(136)
6.5.2 阀位控制系统的应用(137)
6.5.3 阀位控制系统的设计与整定(138)
本章小结(139)
习题(139)

第7章 补偿控制(141)
7.1 补偿控制的基本原理与结构(141)
7.2 前馈控制系统(141)
7.2.1 前馈控制系统的概念(141)
7.2.2 前馈控制系统的基本结构(143)
7.3 大迟延过程系统(146)
7.3.1 延迟对系统品质的影响(146)
7.3.2 Smith预估器(146)
7.3.3 大林(Dahlin)算法(150)
本章小结(155)
习题(155)

第8章 关联分析与解耦控制(157)
8.1 控制回路间的关联(157)
8.1.1 控制回路间的耦合(157)
8.1.2 被控对象的典型耦合结构(158)
8.1.3 耦合程度分析方法(159)
8.2 相对增益矩阵(160)
8.2.1 相对增益矩阵的定义(160)
8.2.2 相对增益的计算(161)
8.2.3 第二放大系数qij的直接计算法(162)
8.2.4 相对增益矩阵的特性(163)
8.3 减少及消除耦合的方法(165)
8.4 解耦控制系统设计(167)
8.4.1 前馈补偿解耦法(167)
8.4.2 反馈解耦法(168)
8.4.3 对角阵解耦法(169)
8.4.4 单位阵解耦法(171)
本章小结(172)
习题(173)

第9章 模糊控制(175)
9.1 概述(175)
9.1.1 模糊的基本概念(175)
9.1.2 模糊控制系统(175)
9.2 模糊集合的基本概念(176)
9.2.1 模糊集合(176)
9.2.2 模糊集的基本运算(177)
9.3 模糊关系(179)
9.3.1 普通关系(180)
9.3.2 模糊关系(180)
9.3.3 模糊变换(182)
9.3.4 模糊决策(183)
9.4 模糊推理(184)
9.4.1 模糊逻辑(184)
9.4.2 模糊语言算子(184)
9.4.3 模糊推理(186)
9.5 模糊控制器原理及设计(188)
9.5.1 模糊控制系统的组成(188)
9.5.2 模糊控制原理(188)
9.5.3 模糊控制系统设计(189)
9.6 工业电阻炉温度模糊控制系统(200)
9.6.1 系统简介(200)
9.6.2 电阻炉温度模糊控制器设计(201)
9.6.3 控制效果(203)
本章小结(204)
习题(204)

第10章 预测控制(206)
10.1 模型预测控制的基本原理(206)
10.2 动态矩阵控制DMC(207)
10.2.1 预测模型(207)
10.2.2 滚动优化(208)
10.2.3 反馈校正(209)
10.2.4 算法实现(211)
10.2.5 参数选择(212)
10.2.6 DMC的主要特征和优点(214)
10.3 模型算法控制MAC(214)
10.3.1 具有简易性能指标的MAC算法(214)
10.3.2 具有一般性能指标的MAC算法(218)
10.3.3 算法实现(220)
10.3.4 MAC的主要特征和优点(221)
10.4 广义预测控制算法(222)
10.4.1 广义预测控制基本理论(222)
10.4.2 基于Toeplitz预测方程的广义预测控制算法(229)
本章小节(232)
习题(233)

第11章 先进控制(234)
11.1 自适应控制(234)
11.1.1 自适应控制概述(234)
11.1.2 模型参考自适应控制(234)
11.1.3 自校正控制(238)
11.2 智能控制(246)
11.2.1 智能控制基础(246)
11.2.2 智能控制的理论结构(246)
11.2.3 递阶控制(247)
11.2.4 基于知识的专家控制(250)
11.2.5 仿人智能控制(252)
11.2.6 神经控制(254)
11.3 鲁棒控制(259)
11.3.1 基本概念(259)
11.3.2 H∞优化与鲁棒控制(260)
11.3.3 标准H∞控制(261)
11.3.4 H∞控制的求解(262)
本章小节(267)
习题(267)

第12章 集散控制系统(268)
12.1 集散控制系统概论(268)
12.1.1 集散控制系统的产生(268)
12.1.2 集散控制系统的结构(270)
12.1.3 集散控制系统的特点(272)
12.1.4 集散控制系统的分散方式(274)
12.1.5 集散控制系统的发展(275)
12.2 集散系统的通信技术及体系结构(279)
12.2.1 数据通信原理(280)
12.2.2 数据通信系统结构(287)
12.2.3 通信协议(290)
12.3 和利时MACS系统(295)
12.3.1 MACS组态原理(295)
12.3.2 应用系统组态(303)
12.4 国产集散系统——HS2000(306)
12.4.1 HS2000系统的基本特点(306)
12.4.2 HS2000系统的基本组成(306)
12.4.3 HS2000系统的硬件配置(308)
12.4.4 HS2000系统的现场控制站配置(309)
12.4.5 HS2000系统的软件组态(311)
12.5 HS2000 DCS工程建立步骤(313)
12.5.1 工程分析(313)
12.5.2 工程建立(313)
12.5.3 定义设备组态工具(316)
12.6 和利时MACS集散系统在工业锅炉中的应用(318)
12.6.1 概述(318)
12.6.2 硬件配置(319)
12.6.3 控制系统简介(319)
12.6.4 DCS控制系统软件设计(320)
12.6.5 系统组成(321)
12.6.6 系统调试(323)
12.6.7 结语(323)
12.7 大型集散控制系统——TDC3000(324)
12.7.1 TDC3000系统的结构特性(324)
12.7.2 TDC3000系统的数据采集和控制(326)
12.7.3 TDC3000系统的软件组态(334)
本章小结(339)
习题(340)
附录 DCS课程设计任务书(342)
参考文献(345)