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1　概述1

1.1　过程控制的任务与目标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2

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　过程控制装置的进展5

1.4.2　过程控制策略与算法的进展6

习题7

2　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个基本方法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13

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14

2.3　测试建模方法17

2.3.1 对象特性的实验测定方法17

2.3.2　测定动态特性的时域法18

2.3.3　测定动态特性的频域法24

2.3.4　测定动态特性的统计相关法26

2.3.5 最小二乘法33

习题37

3　过程控制系统设计40

3.1　过程控制系统设计步骤40

3.2　确定控制变量与控制方案40

3.2.1　确定控制目标40

3.2.2　确定控制方案41

3.3　过程控制系统硬件选择42

3.3.1　控制装置42

3.3.2　测量仪表和传感器的选型原则42

3.4　节流元件计算43

3.4.1　流量计算有关的基本概念43

3.4.2　流量计类型44

3.4.3 节流元件44

3.5　调节阀选择49

3.5.1　调节阀计算基础49

3.5.2　调节阀的流量特性53

3.5.3 调节阀口径计算57

3.6　计算举例62

3.6.1 角接取压标准孔板计算63

3.6.2　蝶阀计算66

习题67

4　PID调节原理69

4.1　PID控制概述69

4.2　比例调节（P调节）70

4.2.1 比例调节的动作规律和比例带70

4.2.2 比例调节的特点——有差调节71

4.2.3 比例带对于调节过程的影响72

4.3　积分调节（I调节）73

4.3.1　积分调节规律和积分速度73

4.3.2　积分调节的特点——无差调节74

4.3.3　积分速度对于调节过程的影响74

4.4　微分调节（D调节）75

4.5 比例积分微分调节（PID调节）76

4.5.1 比例积分（PI）调节76

4.5.2 比例微分（PD）调节79

4.5.3 比例积分微分调节规律及其基本特征81

4.6　数字PID控制83

4.6.1 数字PID控制算法83

4.6.2 改进的数字PID算法85

4.7　PID调节器的参数工程整定87

4.7.1　PID参数整定的基本原则87

4.7.2　PID参数的工程整定方法89

4.7.3　PID参数的自整定方法95

4.7.4　数字PID参数的整定97

4.8　智能PID控制方法98

4.8.1 模糊PID控制98

4.8.2　神经网络PID控制99

4.8.3 专家智能自整定PID控制100

习题101

5　串级控制104

5.1　基本概念104

5.1.1 串级控制的提出104

5.1.2 串级控制系统的组成106

5.1.3 串级控制系统的工作过程107

5.2　串级控制系统的分析与设计108

5.2.1 串级控制系统的分析108

5.2.2 串级控制系统的设计116

5.3 串级控制系统整定方法124

5.3.1　逐步逼近法125

5.3.2　两步整定法125

5.3.3　一步整定法126

5.4　应用举例128

5.4.1 克服变化剧烈和幅度大的干扰128

5.4.2　克服对象的纯滞后129

5.4.3　克服对象的容量滞后129

5.4.4　克服对象的非线性130

5.4.5 自校正设定值131

习题132

6　特殊控制方法134

6.1 比值控制系统134

6.1.1 比值控制原理134

6.1.2 比值控制系统设计139

6.1.3　比值控制系统整定144

6.2　均匀控制系统145

6.2.1　均匀控制的概念145

6.2.2 均匀控制系统的结构形式146

6.2.3　控制器的参数整定149

6.3　分程控制系统150

6.3.1　基本概念150

6.3.2　分程控制的应用151

6.3.3 实施中的几个问题153

6.4 自动选择性控制系统155

6.4.1　基本概念155

6.4.2 选择性控制系统的类型155

6.4.3　抗积分饱和158

6.4.4　控制器选择与参数整定159

6.5　应用举例159

习题163

7　补偿控制165

7.1　补偿控制的基本原理与结构165

7.2　前馈控制系统166

7.2.1　前馈控制系统的概念166

7.2.2　前馈控制系统的基本结构167

7.3　大迟延过程系统171

7.3.1　延迟对系统品质的影响171

7.3.2　Smith预估器171

7.3.3 大林（Dahlin）算法175

习题180

8　关联分析与解耦控制182

8.1　控制回路间的关联182

8.1.1　控制回路间的耦合182

8.1.2　被控对象的典型耦合结构182

8.1.3　耦合程度的分析方法184

8.2　相对增益矩阵185

8.2.1　相对增益矩阵的定义185

8.2.2　相对增益的计算186

8.2.3 第二放大系数qij的直接计算法188

8.2.4　相对增益矩阵的特性189

8.3　减少及消除耦合的方法190

8.4　解耦控制系统设计193

8.4.1　前馈补偿解耦法193

8.4.2　反馈解耦法194

8.4.3　对角阵解耦法195

8.4.4　单位阵解耦法197

习题199

9　模糊控制201

9.1　概述201

9.1.1　模糊的基本概念201

9.1.2　模糊控制系统201

9.2　模糊集合的基本概念202

9.2.1　模糊集合202

9.2.2　模糊集的基本运算203

9.3　模糊关系206

9.3.1　普通关系206

9.3.2　模糊关系206

9.3.3　模糊变换209

9.3.4　模糊决策209

9.4　模糊推理211

9.4.1　模糊逻辑211

9.4.2　模糊语言算子211

9.4.3　模糊推理212

9.5　模糊控制器原理及设计214

9.5.1　模糊控制系统的组成215

9.5.2　模糊控制原理215

9.5.3　模糊控制系统设计215

9.6　工业电阻炉温度模糊控制系统228

9.6.1 系统简介228

9.6.2 电阻炉温度模糊控制器设计228

9.6.3　控制效果231

习题232

10　先进过程控制方法234

10.1　先进控制概述234

10.2　预测控制235

10.2.1 预测控制产生的历史背景235

10.2.2　模型预测控制的基本原理和数学表达236

10.2.3　常用的预测控制算法239

10.2.4　模型预测控制（MPC）与经典反馈控制方法的比较240

10.3 自适应控制242

10.3.1 自适应控制概述242

10.3.2 两类重要的自适应控制系统243

10.3.3 自适应控制的应用概况244

10.4　智能控制245

10.4.1　递阶控制246

10.4.2　基于知识的专家控制248

10.4.3　仿人智能控制250

10.5　神经控制252

10.5.1　神经控制的基本思想252

10.5.2　神经网络在控制中的主要作用253

10.5.3　神经网络控制的分类254

10.6　鲁棒控制257

习题258

11　计算机过程控制系统259

11.1　计算机过程控制系统组成与分类259

11.1.1 计算机过程控制系统简介259

11.1.2　计算机过程控制系统的组成260

11.1.3 计算机过程控制系统的类型261

11.2　数据通信技术265

11.2.1 异步传送与同步传送266

11.2.2 面向字符和面向位的传送267

11.2.3　平衡与不平衡传输技术270

11.2.4 RS-422/RS-485接口及应用272

11.3　工业网络技术274

11.3.1　工业网络概述274

11.3.2 网络协议及其层次结构280

11.3.3 IEEE802标准282

11.3.4　工业网络的性能评价和选型283

11.4　可编程序控制器（PLC）系统284

11.4.1 可编程序控制器概述284

11.4.2　梯形图287

11.4.3 PLC的指令系统289

11.4.4　PLC系统的设计293

11.4.5 PLC控制系统设计实例295

11.5　现场总线控制系统（FCS）296

11.5.1 现场总线网络系统296

11.5.2 现场总线控制系统（FCS）301

习题305

12　集散控制系统306

12.1　集散控制系统概论306

12.1.1　集散控制系统的产生306

12.1.2　集散控制系统的结构308

12.1.3 集散控制系统的特点310

12.1.4 集散控制系统的分散方式312

12.1.5 集散控制系统的发展314

12.2　和利时MACS系统318

12.2.1 MACS组态原理318

12.2.2 应用系统组态324

12.3 国产集散系统——HS2000327

12.3.1 HS2000系统的基本特点327

12.3.2　HS2000系统的基本组成328

12.3.3 HS2000系统的硬件配置329

12.3.4 HS2000系统的现场控制站配置330

12.3.5 HS2000系统的软件组态333

12.4　HS2000 DCS工程建立步骤336

12.4.1 工程分析336

12.4.2　工程建立336

12.4.3　定义设备组态工具339

12.5 和利时MACS集散系统在工业锅炉中的应用343

12.5.1　概述343

12.5.2　硬件配置343

12.5.3　控制系统简介344

12.5.4　DCS控制系统软件设计345

12.5.5 系统组成345

12.5.6 系统调试348

12.6 大型集散型控制系统——TDC3000349

12.6.1 TDC3000系统的结构特性349

12.6.2　TDC3000系统的数据采集和控制351

12.6.3 TDC3000系统的软件组态360

习题367

附录　DCS课程设计任务书369

参考文献372