過程辨識建模與控制

《過程辨識建模與控制》是2021年化學工業出版社出版的圖書。

基本介紹

• 中文名：過程辨識建模與控制
• 出版時間：2021年4月1日
• 出版社：化學工業出版社
• 頁數：344 頁
• ISBN：9787122386717
• 開本：16 開
• 裝幀：平裝

內容簡介

本書系統地介紹了一套面向工業過程控制工程的辨識建模和控制系統設計方法及套用技術,主要基於第一作者和合作者們關於工業過程辨識建模和控制方面的成果整理而形成,並且彙編了一些必要的基礎知識,以便讀者從零開始學習並最終掌握這套工程技術理論與套用方法。

本書分兩部分:第一部分針對過程控制工程領域中,按照階躍回響特性劃分的對象類型,詳細闡述了開環穩定、積分和不穩定過程的動態特性辨識建模方法以及採樣系統和非線性系統的參數估計方法;第二部分從基本的單迴路控制結構和內模控制原理開始,逐步深入介紹了先進的兩自由度控制、採樣控制、主動抗擾控制、反飽和控制、串級控制、多迴路控制、多變數解耦控制以及批次過程控制與運行最佳化理論和套用方法等。

本書的特點是由淺入深地介紹過程控制工程基本理論與研究成果,注重理論分析與實際套用相結合,每章介紹的主要方法都配有仿真或工程套用案例,並且在各章後附有主要方法的仿真程式,以便讀者參考和套用測試。同時,各章後配有練習題和仿真作業,以便教師教學使用。

目錄

第1章 緒論1

1.1 過程動態特性辨識建模1

1.1.1 過程辨識建模的對象範圍1

1.1.2 典型的過程動態特性描述模型3

1.2 模型擬合準則與評價指標6

1.3 過程控制系統組成與技術發展8

1.3.1 過程控制系統組成與主要任務8

1.3.2 過程控制技術的發展10

1.4 控制系統穩定性與性能指標11

1.4.1 穩定性判據11

1.4.2 控制性能指標13

1.5 本章小結16

習題17

參考文獻17

第一部分　過程辨識建模　/20

第2章 基於階躍回響實驗辨識開環穩定過程20

2.1 階躍實驗與頻率回響估計21

2.2 常用模型結構的參數辨識方法22

2.2.1 帶時滯參數的一階模型和重複極點高階模型22

2.2.2 帶時滯參數和不同極點的二階模型24

2.2.3 帶時滯參數和不同極點的高階模型25

2.2.4 一致性參數估計分析和模型結構選擇27

2.2.5 套用案例30

2.3 抗擾辨識模型參數的方法34

2.3.1 階躍回響實驗設計34

2.3.2 模型參數辨識35

2.3.3 套用案例40

2.4 基於閉環系統階躍回響實驗辨識模型參數42

2.4.1 對象頻率回響估計42

2.4.2 模型參數辨識44

2.4.3 套用案例45

2.5 本章小結47

習題48

參考文獻49

附 辨識算法程式50

第3章 基於階躍回響實驗辨識積分和不穩定過程54

3.1 基於階躍回響實驗辨識積分過程54

3.1.1 頻率回響估計54

3.1.2 模型參數辨識56

3.1.3 套用案例58

3.2 基於閉環系統階躍回響實驗辨識積分和不穩定過程59

3.2.1 積分型過程模型辨識60

3.2.2 不穩定型過程模型辨識60

3.2.3 套用案例64

3.3 本章小結68

習題68

參考文獻68

附 辨識算法程式69

第4章 基於持續激勵實驗抗擾辨識採樣系統74

4.1 線性模型參數估計74

4.2 疊代辨識算法77

4.3 收斂性分析79

4.4 套用案例84

4.5 本章小結89

習題89

參考文獻89

附 辨識算法程式90

第5章 基於持續激勵實驗辨識積分型採樣系統92

5.1 輸入激勵設計93

5.2 模型參數辨識算法?94

5.3 收斂性分析97

5.4 套用案例98

5.5 本章小結100

習題100

參考文獻100

附 辨識仿真程式101

第6章 基於持續激勵實驗辨識非線性系統參數103

6.1 自適應參數辨識算法103

6.2 收斂性分析108

6.3 套用案例109

6.4 本章小結111

習題111

參考文獻111

附 辨識算法程式112

第二部分　控制系統設計　/113

第7章 單迴路控制113

7.1 內模控制(IMC)原理113

7.2 改進的IMC濾波器設計115

7.2.1 FOPDT穩定過程116

7.2.2 SOPDT穩定過程118

7.3 PID整定123

7.3.1 基於IMC設計的PID整定123

7.3.2 離散域PID整定124

7.4 套用案例128

7.5 本章小結132

習題132

參考文獻133

附 控制仿真程式134

第8章 兩自由度控制136

8.1 開環穩定和積分過程137

8.1.1 抗擾控制器138

8.1.2 設定點跟蹤控制器140

8.1.3 魯棒穩定性分析141

8.1.4 套用案例142

8.2 開環不穩定過程148

8.2.1 設定點跟蹤控制器148

8.2.2 抗擾控制器149

8.2.3 魯棒穩定性分析153

8.2.4 套用案例154

8.3 本章小結158

習題159

參考文獻160

附 控制仿真程式161

第9章 採樣控制系統163

9.1 含時滯的開環穩定過程163

9.1.1 抗擾控制器164

9.1.2 設定點跟蹤控制器166

9.1.3 控制性能評估166

9.1.4 魯棒穩定性分析168

9.1.5 套用案例169

9.2 含時滯的積分和不穩定過程172

9.2.1 抗擾控制器172

9.2.2 設定點跟蹤控制器175

9.2.3 魯棒穩定性分析177

9.2.4 套用案例179

9.3 基於通用無時滯輸出預估器的兩自由度控制184

9.3.1 通用的無時滯輸出預估器185

9.3.2 兩自由度控制方案187

9.3.3 閉環抗擾控制器187

9.3.4 設定點跟蹤控制器191

9.3.5 系統穩定性分析191

9.3.6 套用案例192

9.4 本章小結197

習題198

參考文獻199

附 控制仿真程式200

第10章 主動抗擾控制(ADRC)203

10.1 含有不確定性和干擾的對象描述203

10.2 基於無時滯輸出預估的ADRC設計204

10.2.1 擴張狀態觀測器(ESO)205

10.2.2 兩自由度控制器206

10.3 系統穩定性分析207

10.4 套用案例210

10.5 本章小結214

習題214

參考文獻215

附 控制仿真程式215

第11章 反飽和控制217

11.1 含有輸入飽和約束的過程描述217

11.2 基於ADRC的反對稱輸入飽和控制218

11.2.1 反飽和擴張狀態觀測器219

11.2.2 無時滯輸出預估器219

11.2.3 兩自由度控制器220

11.2.4 系統穩定性分析221

11.2.5 套用案例226

11.3 基於ADRC的反非對稱輸入飽和控制229

11.3.1 對稱飽和約束變換230

11.3.2 反飽和擴張狀態觀測器230

11.3.3 廣義預測器與控制器231

11.3.4 系統穩定性分析232

11.3.5 套用案例235

11.4 本章小結238

習題239

參考文獻239

附 控制仿真程式240

第12章 串級控制系統244

12.1 開環穩定過程的串級控制244

12.1.1 控制器設計245

12.1.2 魯棒穩定性分析247

12.2 開環不穩定過程的串級控制248

12.2.1 控制器設計248

12.2.2 魯棒穩定性分析249

12.3 套用案例250

12.4 本章小結255

習題256

參考文獻256

附 控制仿真程式257

第13章 多迴路控制系統259

13.1 系統輸入-輸出變數配對選擇259

13.1.1 相對增益陣列(RGA)259

13.1.2 奇異值分解(SVD)260

13.2 多迴路系統的可控性261

13.3 多迴路控制設計262

13.3.1 期望的對角傳遞函式矩陣262

13.3.2 多迴路PI/PID整定264

13.4 穩定性分析264

13.5 套用案例266

13.6 本章小結269

習題269

參考文獻270

附 控制仿真程式271

第14章 多變數解耦控制系統273

14.1 雙輸入雙輸出系統的解耦控制273

14.1.1 解耦控制前提274

14.1.2 期望系統傳遞函式矩陣274

14.1.3 解耦控制器矩陣設計276

14.1.4 穩定性分析279

14.1.5 套用案例280

14.2 多輸入多輸出系統的解耦控制284

14.2.1 解耦控制前提284

14.2.2 期望系統傳遞函式矩陣285

14.2.3 解耦控制器矩陣設計287

14.2.4 穩定性分析288

14.2.5 套用案例290

14.3 多變數系統的兩自由度解耦控制295

14.3.1 期望設定點跟蹤和閉環抗擾傳遞函式矩陣295

14.3.2 解耦控制器矩陣設計297

14.3.3 穩定性分析298

14.3.4 套用案例300

14.4 本章小結304

習題305

參考文獻305

附 控制仿真程式307

第15章 批次過程控制310

15.1 基於IMC結構的疊代學習控制(ILC)310

15.1.1 ILC方案310

15.1.2 IMC控制器311

15.1.3 ILC控制器312

15.1.4 穩定性分析313

15.1.5 套用案例316

15.2 基於PI迴路的間接型ILC方法318

15.2.1 間接型ILC方案和二維系統描述319

15.2.2 魯棒PI控制器整定321

15.2.3 ILC控制律設計323

15.2.4 套用案例328

15.3 基於廣義ESO 的間接型ILC方法330

15.3.1 閉環反饋控制器331

15.3.2 間接型ILC設計332

15.3.3 套用案例335

15.4 本章小結337

習題338

參考文獻338

附 控制仿真程式340

符號表343

縮寫術語表344