过程控制系统

第1章概述

1.1过程控制的要求与任务

1.2过程控制系统的组成与特点

1.2.1过程控制系统的组成

1.2.2过程控制系统的特点

1.3过程控制系统的性能指标

1.3.1单项性能指标

1.3.2综合性能指标

1.4过程控制系统的设计

1.4.1过程控制系统设计的基本步骤

1.4.2确定控制变量与控制方案

1.4.3过程控制系统硬件选择

1.5过程控制的发展与趋势

1.5.1过程控制装置的进展

1.5.2过程控制策略的进展

本章小结

习题

第2章被控过程的数学模型

2.1过程模型概述

2.1.1被控过程的动态特性

2.1.2数学模型的表达形式与要求

2.1.3建立过程数学模型的基本方法

2.2机理法建模

2.2.1单容对象的传递函数

2.2.2多容对象的传递函数

2.3测试法建模

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

2.4利用MATLAB建立过程模型

本章小结

习题

第3章执行器

3.1气动调节阀的结构

3.1.1气动执行机构

3.1.2阀

3.1.3阀门定位器

3.2调节阀的流量系数

3.2.1调节阀的流量方程

3.2.2流量系数的定义

3.2.3流量系数计算

3.3调节阀结构特性和流量特性

3.3.1调节阀的结构特性

3.3.2调节阀的流量特性

3.3.3调节阀的可调比

3.4气动调节阀的选型

3.4.1调节阀结构形式的选择

3.4.2调节阀气开与气关形式的选择

3.4.3调节阀流量特性的选择

3.4.4调节阀口径的确定

3.5利用MATLAB确定调节阀的口径

本章小结

习题

第4章PID控制原理

4.1PID控制的特点

4.2比例控制(P控制)

4.2.1比例控制的调节规律和比例带

4.2.2比例控制的特点

4.2.3比例带对控制过程的影响

4.3比例积分控制(PI控制)

4.3.1积分控制的调节规律

4.3.2比例积分控制的调节规律

4.3.3积分饱和现象与抗积分饱和的措施

4.4比例积分微分控制(PID控制)

4.4.1微分控制的调节规律

4.4.2比例微分控制的调节规律

4.4.3比例微分控制的特点

4.4.4比例积分微分控制的调节规律

4.5数字PID控制

4.5.1基本的数字PID控制算法

4.5.2改进的数字PID控制算法

4.6利用MATLAB实现PID控制规律

本章小结

习题

第5章简单控制系统

5.1简单控制系统的分析

5.1.1控制系统的工作过程

5.1.2简单控制系统的组成

5.2简单控制系统的设计

5.2.1被控变量和操作变量的选择

5.2.2测量变送装置的选择

5.2.3控制器的选型

5.3简单控制系统的整定

5.3.1控制器参数整定的基本要求

5.3.2PID控制器参数的工程整定

5.3.3PID控制器参数的自整定

5.4简单控制系统的投运

5.5简单控制系统的故障与处理

5.6利用MATLAB对简单控制系统进行仿真

5.6.1利用MATLAB对PID控制器参数进行整定

5.6.2利用Simulink对PID控制器参数进行自整定

本章小结

习题

第6章串级控制系统

6.1串级控制系统的基本概念

6.1.1串级控制的提出

6.1.2串级控制系统的组成

6.1.3串级控制系统的工作过程

6.2串级控制系统的分析

6.2.1增强系统的抗干扰能力

6.2.2改善对象的动态特性

6.2.3对负荷变化有一定的自适应能力

6.3串级控制系统的设计

6.3.1副回路的选择

6.3.2主、副回路工作频率的选择

6.3.3主、副控制器的选型

6.4串级控制系统的整定

6.4.1逐步逼近法

6.4.2两步整定法

6.4.3一步整定法

6.5串级控制系统的投运

6.6利用MATLAB对串级控制系统进行仿真

本章小结

习题

第7章补偿控制系统

7.1补偿控制的原理

7.2前馈控制系统

7.2.1前馈控制的概念

7.2.2前馈控制系统的结构

7.2.3前馈控制系统的设计

7.2.4前馈控制系统的整定

7.3大迟延控制系统

7.3.1大迟延系统的概述

7.3.2大迟延控制系统的设计

7.4利用MATLAB对补偿控制系统进行仿真

本章小结

习题

第8章特殊控制系统

8.1比值控制系统

8.1.1比值控制的概念

8.1.2比值控制系统的类型

8.1.3比值控制系统的设计

8.1.4控制器的选型和整定

8.2均匀控制系统

8.2.1均匀控制的概念

8.2.2均匀控制系统的设计

8.2.3均匀控制系统的整定

8.3分程控制系统

8.3.1分程控制的概念

8.3.2分程控制系统的应用

8.3.3分程控制系统的实施

8.4选择性控制系统

8.4.1选择性控制的概念

8.4.2选择性控制系统的类型

8.4.3控制器的选型和整定

8.5利用MATLAB对特殊控制系统进行仿真

本章小结

习题

第9章解耦控制系统

9.1解耦控制的基本概念

9.1.1控制回路间的耦合

9.1.2被控对象的典型耦合结构

9.2解耦控制系统的分析

9.2.1耦合程度的分析

9.2.2相对增益分析法

9.2.3减少及消除耦合的方法

9.3解耦控制系统的设计

9.3.1前馈补偿解耦法

9.3.2反馈解耦法

9.3.3对角阵解耦法

9.3.4单位阵解耦法

9.4解耦控制系统的实施

9.4.1解耦控制系统的稳定性

9.4.2多变量控制系统的部分解耦

9.4.3解耦控制系统的简化

9.5利用MATLAB对解耦控制系统进行仿真

本章小结

习题

第10章计算机过程控制系统

10.1计算机过程控制系统简介

10.2计算机过程控制系统的组成

10.3计算机过程控制系统的类型

10.4先进过程控制方法

本章小结

习题

附录A仪表位号

参考文献

　　为适应当前工科院校的教学和科研工作的需要。本书将当前在工业生产过程中广泛应用或应用较为成熟的常规控制系统和控制方案，作为重点进行了全面系统的阐述；而对于计算机过程控制系统和先进控制方法，在本书中仅对其进行了简单介绍。因为，随着生产过程控制技术的迅速发展，它们已各自自成体系，大多数的高等院校也已就计算机控制系统和先进控制理论等内容开设了相应的课程。　　本书全面地论述了过程控制系统的要求、组成、性能指标和发展；工业生产过程数学模型的一般表示形式和建模方法；控制器的特性、选型与参数整定；调节阀的设计、选型和计算；简单控制系统的结构和特点及分析、设计和调试等；常用的复杂控制系统，如串级控制、补偿控制、比值控制、均匀控制、分程控制和选择性控制等系统的结构、分析、设计和实施等；多变量解耦控制系统的分析和解耦设计方法；计算机过程控制系统的组成与类型和先进控制策略的简单介绍。　　本书可作为高等院校自动化和信息类其他专业研究生和高年级本科生的教材，也可作为从事自动控制研究、设计和应用的科学技术人员的参考用书。