《過程控制及其MATLAB實現(第2版)》是2013年9月電子工業出版社出版的圖書，作者是方康玲。
基本介紹
- 書名：過程控制及其MATLAB實現(第2版)
- 作者：方康玲
- ISBN：9787121211614
- 頁數：384頁
- 定價：49.9元
- 出版社：電子工業出版社
- 出版時間：2013年9月
- 開本：16開
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書為國家精品課程“過程控制與集散系統”配套教材。本書系統地介紹了有關過程控制的理論與技術。全書共分13章，內容包括概述、過程控制系統建模方法、過程控制系統設計、PID調節原理、串級控制、特殊控制方法、補償控制、關聯分析與解耦控制、模糊控制、預測控制、先進控制和集散控制系統。
本書從基本概念出發，深入淺出地闡述了過程控制系統的本質與特點，同時配合大量的套用實例，力圖使學生掌握過程控制系統分析、設計和最佳化的基本原理和方法。
圖書目錄
目 錄
第1章 概述 1
1.1 過程控制的任務 1
1.2 過程控制系統的組成與特點 2
1.2.1 過程控制系統組成境匙白 2
1.2.2 過程控制系統特點 3
1.3 過程控制系統的性能指標 4
1.4 過程控制槳套的進展 5
1.4.1 過程控制裝置進展 5
1.4.2 過程控制策略與算法的進展 7
本章小結 7
習題 7
第2章 過程控制系統建模方法 8
2.1 過程控制系統建模概念 8
2.1.1 建模概念 8
2.1.2 過程控制系統建模的兩種基本方法 9
2.2 機理建模方法 10
2.2.1 單容對象的傳遞函式 10
2.2.2 具有純延遲的單容對象特性 12
2.2.3 無自平衡能力的單容對象特灑譽捉性 13
2.2.4 多容對象的動態特性 13
2.3 測試建模方法 16
2.3.1 對象特性的實驗測定方法 16
2.3.2 測定動態特性的時域法 17
2.3.3 測定動態特性的頻域法 22
2.3.4 測定動態特性的統計相關法 24
2.3.5 最小二乘法 31
本章小結 34
習題 35
第3章 過程控制系統設計 38
3.1 過程控制系統設計步驟 38
3.2 確定控制變數與控制方案 38
3.2.1 確定控制目標 38
3.2.2 確定犁辣陵察控制方案 39
3.3 過程控制系統硬體選擇 40
3.3.1 控制裝置 40
3.3.2 測量儀表和感測器的選型原則 40
3.4 節流元件計算 40
3.4.1 流量計算有關的基本概念 40
3.4.2 流量計類型 42
3.4.3 節流元件 42
3.5 調節閥選擇 46
3.5.1 調節閥計算基礎 46
3.5.2 調節閥的流量特性故仔束 50
3.5.3 調節閥口徑計算 53
3.6 計算舉例 58
3.6.1 角接取壓標準孔板計算 59
3.6.2 蝶閥計算 61
本章小結 62
習題 63
第4章 PID調節原理 64
4.1 PID控制概述 64
4.2 比例調節(P調節) 65
4.2.1 比例調節的動作規律和比例帶 65
4.2.2 比例調節的特點——有差調節 66
4.2.3 比例帶對於調節過程的影響 67
4.3 積分調節(I調節) 67
4.3.1 積分調節規律和積分速度 67
4.3.2 積分調節的特點——協體犁無差調節 68
4.3.3 積分速度對於調節過程的影殃宙灑跨響 69
4.4 微分調節(D調節) 69
4.5 比例積分微分調節(PID調節) 70
4.5.1 比例積分(PI)調節 70
4.5.2 比例微分(PD)調節 73
4.5.3 比例積分微分調節規律及其基本特徵 75
4.6 數字PID控制 77
4.6.1 數字PID控制算法 77
4.6.2 改進的數字PID算法 79
4.7 PID調節器的參數工程整定 81
4.7.1 PID參數整定的基本原則 81
4.7.2 PID參數的工程整定方法 83
4.7.3 PID參數的自整定方法 89
4.7.4 數字PID參數的整定 90
4.8 智慧型PID控制方法 91
4.8.1 模糊PID控制 92
4.8.2 神經網路PID控制 92
4.8.3 專家智慧型自整定PID控制 94
本章小結 94
習題 95
第5章 串 級 控 制 97
5.1 串級控制系統的基本原理 97
5.1.1 串級控制系統的基本概念 97
5.1.2 串級控制系統的組成 99
5.1.3 串級控制系統的工作過程 99
5.2 串級控制系統的特點 100
5.3 串級控制系統的設計 104
5.3.1 主、副迴路的設計方法 104
5.3.2 主、副控制器正、反作用方式的確定 107
5.3.3 防止控制器積分飽和的措施 108
5.4 串級控制系統的控制器參數整定 110
5.5 串級控制系統的套用實例 112
本章小結 114
習題 114
第6章 特殊控制方法 116
6.1 比值控制系統 116
6.1.1 比值控制系統的基本概念 116
6.1.2 比值控制系統的分析 116
6.1.3 比值控制系統設計 119
6.1.4 比值控制系統的實施 120
6.1.5 比值控制系統的整定 124
6.1.6 比值控制系統中的若干問題 125
6.2 均勻控制系統 127
6.2.1 均勻控制的概念 127
6.2.2 均勻控制系統的結構形式 128
6.2.3 控制器的參數整定 130
6.3 分程控制系統 131
6.3.1 基本概念 131
6.3.2 分程控制的套用 132
6.3.3 分程閥總流量特性的改善 134
6.4 選擇性控制系統 136
6.4.1 基本概念 136
6.4.2 選擇性控制系統的類型及套用 137
6.4.3 選擇性控制系統的設計 140
6.4.4 積分飽和及其防止措施 140
6.5 閥位控制系統 141
6.5.1 基本概念 141
6.5.2 閥位控制系統的套用 142
6.5.3 閥位控制系統的設計與整定 143
本章小結 144
習題 144
第7章 補償控制 146
7.1 補償控制的基本原理與結構 146
7.2 前饋控制系統 146
7.2.1 前饋控制系統的概念 146
7.2.2 前饋控制系統的基本結構 148
7.3 大遲延過程系統 151
7.3.1 延遲對系統品質的影響 151
7.3.2 Smith預估器 151
7.3.3 大林(Dahlin)算法 155
本章小結 160
習題 160
第8章 關聯分析與解耦控制 162
8.1 控制迴路間的關聯 162
8.1.1 控制迴路間的耦合 162
8.1.2 被控對象的典型耦合結構 163
8.1.3 耦合程度分析方法 164
8.2 相對增益矩陣 165
8.2.1 相對增益矩陣的定義 165
8.2.2 相對增益的計算 166
8.2.3 第二放大係數qij的直接計算法 167
8.2.4 相對增益矩陣的特性 168
8.3 減少及消除耦合的方法 170
8.4 解耦控制系統設計 172
8.4.1 前饋補償解耦法 172
8.4.2 反饋解耦法 173
8.4.3 對角陣解耦法 174
8.4.4 單位陣解耦法 176
本章小結 177
習題 178
第9章 模糊控制 180
9.1 概述 180
9.1.1 模糊的基本概念 180
9.1.2 模糊控制系統 180
9.2 模糊集合的基本概念 181
9.2.1 模糊集合 181
9.2.2 模糊集的基本運算 182
9.3 模糊關係 184
9.3.1 普通關係 185
9.3.2 模糊關係 185
9.3.3 模糊變換 187
9.3.4 模糊決策 188
9.4 模糊推理 189
9.4.1 模糊邏輯 189
9.4.2 模糊語言運算元 189
9.4.3 模糊推理 191
9.5 模糊控制器原理及設計 193
9.5.1 模糊控制系統的組成 193
9.5.2 模糊控制原理 193
9.5.3 模糊控制系統設計 194
9.6 工業電阻爐溫度模糊控制系統 205
9.6.1 系統簡介 205
9.6.2 電阻爐溫度模糊控制器設計 206
9.6.3 控制效果 208
9.7 浮選過程模糊控制系統 209
9.7.1 浮選工藝過程 209
9.7.2 浮選過程模糊控制器設計 210
9.7.3 控制效果 212
本章小結 213
習題 213
第10章 預測控制 215
10.1 模型預測控制的基本原理 215
10.2 動態矩陣控制DMC 216
10.2.1 預測模型 216
10.2.2 滾動最佳化 217
10.2.3 反饋校正 218
10.2.4 算法實現 220
10.2.5 參數選擇 221
10.2.6 DMC的主要特徵和優點 223
10.3 模型算法控制MAC 223
10.3.1 具有簡易性能指標的MAC算法 223
10.3.2 具有一般性能指標的MAC算法 227
10.3.3 算法實現 229
10.3.4 MAC的主要特徵和優點 230
10.4 廣義預測控制算法 231
10.4.1 廣義預測控制基本理論 231
10.4.2 基於Toeplitz預測方程的廣義預測控制算法 238
本章小結 242
習題 242
第11章 先進控制 243
11.1 自適應控制 243
11.1.1 自適應控制概述 243
11.1.2 模型參考自適應控制 243
11.1.3 自校正控制 247
11.2 智慧型控制 255
11.2.1 智慧型控制基礎 255
11.2.2 智慧型控制的理論結構 255
11.2.3 遞階控制 256
11.2.4 基於知識的專家控制 259
11.2.5 仿人智慧型控制 261
11.2.6 神經控制 263
11.3 魯棒控制 268
11.3.1 基本概念 268
11.3.2 H∞最佳化與魯棒控制 269
11.3.3 標準H∞控制 270
11.3.4 H∞控制的求解 271
本章小結 276
習題 276
12.1 DCS概述 277
12.1.1 DCS的產生過程 277
12.1.2 DCS的發展歷程 279
12.1.3 DCS的特點 280
12.1.4 DCS的體系結構 282
12.2 集散系統的通信技術及體系結構 284
12.2.1 數據通信原理 284
12.2.2 數據通信系統結構 291
12.2.3 通信協定 294
12.3 和利時MACS系統 299
12.3.1 MACS組態原理 299
12.3.2 套用系統組態 307
12.4 國產集散系統——HS2000 310
12.4.1 HS2000系統的基本特點 310
12.4.2 HS2000系統的基本組成 310
12.4.3 HS2000系統的硬體配置 312
12.4.4 HS2000系統的現場控制站配置 313
12.4.5 HS2000系統的軟體組態 315
12.5 HS2000 DCS工程建立步驟 318
12.5.1 工程分析 318
12.5.2 工程建立 318
12.5.3 定義設備組態工具 320
12.6 和利時MACS集散系統在工業鍋爐中的套用 322
12.6.1 概述 322
12.6.2 硬體配置 323
12.6.3 控制系統簡介 323
12.6.4 DCS控制系統軟體設計 325
12.6.5 系統組成 325
12.6.6 系統調試 328
12.6.7 結語 328
12.7 大型集散控制系統——TDC3000 328
12.7.1 TDC3000系統的結構特性 328
12.7.2 TDC3000系統的數據採集和控制 330
12.7.3 TDC3000系統的軟體組態 338
12.8 現場匯流排控制系統 343
12.8.1 現場匯流排和FCS的產生 343
12.8.2 FCS的體系結構 348
本章小結 350
習題 350
第13章 過程控制MATLAB仿真 353
13.1 基於MATLAB的系統建模 353
13.1.1 典型工業過程的階躍回響仿真 353
13.1.2 一階系統作圖法建模及仿真 359
13.1.3 一階系統兩點法建模及仿真 361
13.1.4 二階系統兩點法建模及仿真 362
13.2 基於MATLAB的PID控制仿真 364
13.2.1 P、I、D及其組合控制的仿真 364
13.2.2 抗積分飽和控制方法及仿真 367
13.2.3 改進的微分控制方法及仿真 370
13.3 基於MATLAB的串級控制仿真 373
13.4 基於MATLAB的補償控制仿真 376
13.4.1 前饋控制仿真 376
13.4.2 Smith預估補償控制仿真 378
13.4.3 多變數系統的前饋補償解耦 380
13.5 基於MATLAB的模糊控制仿真 382
13.6 基於MATLAB的預測控制仿真 385
13.6.1 動態矩陣控制(DMC)仿真 385
13.6.2 廣義預測控制(GPC)仿真 386
本章小結 390
習題 391
參考文獻
3.4.3 節流元件 42
3.5 調節閥選擇 46
3.5.1 調節閥計算基礎 46
3.5.2 調節閥的流量特性 50
3.5.3 調節閥口徑計算 53
3.6 計算舉例 58
3.6.1 角接取壓標準孔板計算 59
3.6.2 蝶閥計算 61
本章小結 62
習題 63
第4章 PID調節原理 64
4.1 PID控制概述 64
4.2 比例調節(P調節) 65
4.2.1 比例調節的動作規律和比例帶 65
4.2.2 比例調節的特點——有差調節 66
4.2.3 比例帶對於調節過程的影響 67
4.3 積分調節(I調節) 67
4.3.1 積分調節規律和積分速度 67
4.3.2 積分調節的特點——無差調節 68
4.3.3 積分速度對於調節過程的影響 69
4.4 微分調節(D調節) 69
4.5 比例積分微分調節(PID調節) 70
4.5.1 比例積分(PI)調節 70
4.5.2 比例微分(PD)調節 73
4.5.3 比例積分微分調節規律及其基本特徵 75
4.6 數字PID控制 77
4.6.1 數字PID控制算法 77
4.6.2 改進的數字PID算法 79
4.7 PID調節器的參數工程整定 81
4.7.1 PID參數整定的基本原則 81
4.7.2 PID參數的工程整定方法 83
4.7.3 PID參數的自整定方法 89
4.7.4 數字PID參數的整定 90
4.8 智慧型PID控制方法 91
4.8.1 模糊PID控制 92
4.8.2 神經網路PID控制 92
4.8.3 專家智慧型自整定PID控制 94
本章小結 94
習題 95
第5章 串 級 控 制 97
5.1 串級控制系統的基本原理 97
5.1.1 串級控制系統的基本概念 97
5.1.2 串級控制系統的組成 99
5.1.3 串級控制系統的工作過程 99
5.2 串級控制系統的特點 100
5.3 串級控制系統的設計 104
5.3.1 主、副迴路的設計方法 104
5.3.2 主、副控制器正、反作用方式的確定 107
5.3.3 防止控制器積分飽和的措施 108
5.4 串級控制系統的控制器參數整定 110
5.5 串級控制系統的套用實例 112
本章小結 114
習題 114
第6章 特殊控制方法 116
6.1 比值控制系統 116
6.1.1 比值控制系統的基本概念 116
6.1.2 比值控制系統的分析 116
6.1.3 比值控制系統設計 119
6.1.4 比值控制系統的實施 120
6.1.5 比值控制系統的整定 124
6.1.6 比值控制系統中的若干問題 125
6.2 均勻控制系統 127
6.2.1 均勻控制的概念 127
6.2.2 均勻控制系統的結構形式 128
6.2.3 控制器的參數整定 130
6.3 分程控制系統 131
6.3.1 基本概念 131
6.3.2 分程控制的套用 132
6.3.3 分程閥總流量特性的改善 134
6.4 選擇性控制系統 136
6.4.1 基本概念 136
6.4.2 選擇性控制系統的類型及套用 137
6.4.3 選擇性控制系統的設計 140
6.4.4 積分飽和及其防止措施 140
6.5 閥位控制系統 141
6.5.1 基本概念 141
6.5.2 閥位控制系統的套用 142
6.5.3 閥位控制系統的設計與整定 143
本章小結 144
習題 144
第7章 補償控制 146
7.1 補償控制的基本原理與結構 146
7.2 前饋控制系統 146
7.2.1 前饋控制系統的概念 146
7.2.2 前饋控制系統的基本結構 148
7.3 大遲延過程系統 151
7.3.1 延遲對系統品質的影響 151
7.3.2 Smith預估器 151
7.3.3 大林(Dahlin)算法 155
本章小結 160
習題 160
第8章 關聯分析與解耦控制 162
8.1 控制迴路間的關聯 162
8.1.1 控制迴路間的耦合 162
8.1.2 被控對象的典型耦合結構 163
8.1.3 耦合程度分析方法 164
8.2 相對增益矩陣 165
8.2.1 相對增益矩陣的定義 165
8.2.2 相對增益的計算 166
8.2.3 第二放大係數qij的直接計算法 167
8.2.4 相對增益矩陣的特性 168
8.3 減少及消除耦合的方法 170
8.4 解耦控制系統設計 172
8.4.1 前饋補償解耦法 172
8.4.2 反饋解耦法 173
8.4.3 對角陣解耦法 174
8.4.4 單位陣解耦法 176
本章小結 177
習題 178
第9章 模糊控制 180
9.1 概述 180
9.1.1 模糊的基本概念 180
9.1.2 模糊控制系統 180
9.2 模糊集合的基本概念 181
9.2.1 模糊集合 181
9.2.2 模糊集的基本運算 182
9.3 模糊關係 184
9.3.1 普通關係 185
9.3.2 模糊關係 185
9.3.3 模糊變換 187
9.3.4 模糊決策 188
9.4 模糊推理 189
9.4.1 模糊邏輯 189
9.4.2 模糊語言運算元 189
9.4.3 模糊推理 191
9.5 模糊控制器原理及設計 193
9.5.1 模糊控制系統的組成 193
9.5.2 模糊控制原理 193
9.5.3 模糊控制系統設計 194
9.6 工業電阻爐溫度模糊控制系統 205
9.6.1 系統簡介 205
9.6.2 電阻爐溫度模糊控制器設計 206
9.6.3 控制效果 208
9.7 浮選過程模糊控制系統 209
9.7.1 浮選工藝過程 209
9.7.2 浮選過程模糊控制器設計 210
9.7.3 控制效果 212
本章小結 213
習題 213
第10章 預測控制 215
10.1 模型預測控制的基本原理 215
10.2 動態矩陣控制DMC 216
10.2.1 預測模型 216
10.2.2 滾動最佳化 217
10.2.3 反饋校正 218
10.2.4 算法實現 220
10.2.5 參數選擇 221
10.2.6 DMC的主要特徵和優點 223
10.3 模型算法控制MAC 223
10.3.1 具有簡易性能指標的MAC算法 223
10.3.2 具有一般性能指標的MAC算法 227
10.3.3 算法實現 229
10.3.4 MAC的主要特徵和優點 230
10.4 廣義預測控制算法 231
10.4.1 廣義預測控制基本理論 231
10.4.2 基於Toeplitz預測方程的廣義預測控制算法 238
本章小結 242
習題 242
第11章 先進控制 243
11.1 自適應控制 243
11.1.1 自適應控制概述 243
11.1.2 模型參考自適應控制 243
11.1.3 自校正控制 247
11.2 智慧型控制 255
11.2.1 智慧型控制基礎 255
11.2.2 智慧型控制的理論結構 255
11.2.3 遞階控制 256
11.2.4 基於知識的專家控制 259
11.2.5 仿人智慧型控制 261
11.2.6 神經控制 263
11.3 魯棒控制 268
11.3.1 基本概念 268
11.3.2 H∞最佳化與魯棒控制 269
11.3.3 標準H∞控制 270
11.3.4 H∞控制的求解 271
本章小結 276
習題 276
12.1 DCS概述 277
12.1.1 DCS的產生過程 277
12.1.2 DCS的發展歷程 279
12.1.3 DCS的特點 280
12.1.4 DCS的體系結構 282
12.2 集散系統的通信技術及體系結構 284
12.2.1 數據通信原理 284
12.2.2 數據通信系統結構 291
12.2.3 通信協定 294
12.3 和利時MACS系統 299
12.3.1 MACS組態原理 299
12.3.2 套用系統組態 307
12.4 國產集散系統——HS2000 310
12.4.1 HS2000系統的基本特點 310
12.4.2 HS2000系統的基本組成 310
12.4.3 HS2000系統的硬體配置 312
12.4.4 HS2000系統的現場控制站配置 313
12.4.5 HS2000系統的軟體組態 315
12.5 HS2000 DCS工程建立步驟 318
12.5.1 工程分析 318
12.5.2 工程建立 318
12.5.3 定義設備組態工具 320
12.6 和利時MACS集散系統在工業鍋爐中的套用 322
12.6.1 概述 322
12.6.2 硬體配置 323
12.6.3 控制系統簡介 323
12.6.4 DCS控制系統軟體設計 325
12.6.5 系統組成 325
12.6.6 系統調試 328
12.6.7 結語 328
12.7 大型集散控制系統——TDC3000 328
12.7.1 TDC3000系統的結構特性 328
12.7.2 TDC3000系統的數據採集和控制 330
12.7.3 TDC3000系統的軟體組態 338
12.8 現場匯流排控制系統 343
12.8.1 現場匯流排和FCS的產生 343
12.8.2 FCS的體系結構 348
本章小結 350
習題 350
第13章 過程控制MATLAB仿真 353
13.1 基於MATLAB的系統建模 353
13.1.1 典型工業過程的階躍回響仿真 353
13.1.2 一階系統作圖法建模及仿真 359
13.1.3 一階系統兩點法建模及仿真 361
13.1.4 二階系統兩點法建模及仿真 362
13.2 基於MATLAB的PID控制仿真 364
13.2.1 P、I、D及其組合控制的仿真 364
13.2.2 抗積分飽和控制方法及仿真 367
13.2.3 改進的微分控制方法及仿真 370
13.3 基於MATLAB的串級控制仿真 373
13.4 基於MATLAB的補償控制仿真 376
13.4.1 前饋控制仿真 376
13.4.2 Smith預估補償控制仿真 378
13.4.3 多變數系統的前饋補償解耦 380
13.5 基於MATLAB的模糊控制仿真 382
13.6 基於MATLAB的預測控制仿真 385
13.6.1 動態矩陣控制(DMC)仿真 385
13.6.2 廣義預測控制(GPC)仿真 386
本章小結 390
習題 391
參考文獻
