過程控制工程及仿真：基于MATLAB/Simulink

基礎(chǔ)篇
第1章 過程控制及仿真概述 2
1.1 過程控制系統(tǒng)概述 2
1.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2
1.1.2 系統(tǒng)特點(diǎn) 5
1.1.3 系統(tǒng)分類 5
1.2 過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) 6
1.2.1 過渡過程性能指標(biāo) 7
1.2.2 誤差性能指標(biāo) 8
1.3 過程控制理論的發(fā)展現(xiàn)狀 9
1.4 過程控制系統(tǒng)仿真基礎(chǔ) 10
1.4.1 計(jì)算機(jī)仿真基本概念 11
1.4.2 仿真在過程控制中的應(yīng)用 12
1.5 Simulink在過程仿真中的優(yōu)勢 15
1.6 本章小結(jié) 16
第2章 Simulink仿真基礎(chǔ) 17
2.1 Simulink仿真概述 17
2.1.1 Simulink的啟動與退出 17
2.1.2 Simulink模塊庫 18
2.2 Simulink仿真模型及仿真過程 23
2.2.1 Simulink仿真模型組成 23
2.2.2 Simulink仿真的基本過程 24
2.3 Simulink模塊的處理 25
2.3.1 Simulink模塊參數(shù)設(shè)置 25
2.3.2 Simulink模塊基本操作 27
2.3.3 Simulink模塊連接 29
2.4 Simulink仿真設(shè)置 30
2.4.1 仿真器參數(shù)設(shè)置 31
2.4.2 工作空間數(shù)據(jù)導(dǎo)入 32
2.4.2 導(dǎo)出設(shè)置 33
2.5 Simulink仿真舉例 34
2.6 本章小結(jié) 37
習(xí)題與思考 38
第3章 Simulink高級仿真技術(shù) 39
3.1 Simulink子系統(tǒng)及其封裝 39
3.1.1 創(chuàng)建子系統(tǒng) 39
3.1.2 封裝子系統(tǒng) 40
3.1.3 封裝的查看和解封裝 42
3.1.4 子系統(tǒng)實(shí)例 42
3.2 S函數(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 45
3.2.1 S函數(shù)設(shè)計(jì)模板 45
3.2.2 S函數(shù)設(shè)計(jì)舉例 47
3.3 使用Simulink仿真命令 51
3.4 Simulink仿真建模的要求 52
3.5 Simulink控制系統(tǒng)仿真實(shí)例 53
3.6 本章小結(jié) 61
習(xí)題與思考 61
第4章 過程控制系統(tǒng)建模 62
4.1 過程模型概述 62
4.1.1 過程建模的目的和要求 62
4.1.2 過程模型類型 63
4.1.3 自衡過程與非自衡過程 64
4.2 常見的過程模型類型 64
4.2.1 自衡非振蕩過程 64
4.2.2 無自衡非振蕩過程 65
4.2.3 自衡振蕩過程 66
4.2.4 具有反向特性的過程 66
4.3 過程建模基礎(chǔ) 67
4.3.1 過程建模法分類 67
4.3.2 階躍響應(yīng)法建模 68
4.3.3 過程模型的特點(diǎn) 72
4.4 單容過程模型 73
4.4.1 無自衡單容過程 73
4.4.2 自衡單容過程 75
4.5 多容過程模型 77
4.5.1 有相互影響的雙容過程 77
4.5.2 無相互影響的雙容過程 79
4.6 模型參數(shù)對控制性能的影響 81
4.6.1 靜態(tài)增益的影響 82
4.6.2 時(shí)間常數(shù)的影響 82
4.6.3 時(shí)滯的影響 83
4.7 本章小結(jié) 83
習(xí)題與思考 84
實(shí)戰(zhàn)篇
第5章 PID控制 86
5.1 PID控制概述 86
5.2 PID控制算法 87
5.2.1 比例（P）控制 87
5.2.2 比例積分（PI）控制 89
5.2.3 比例微分（PD）控制 91
5.2.4 比例積分微分（PID）控制 93
5.3 PID控制器參數(shù)整定 94
5.3.1 Ziegler-Nichols整定法 94
5.3.2 臨界比例度法 100
5.3.3 衰減曲線法 104
5.4 本章小結(jié) 108
習(xí)題與思考 108
第6章 串級控制系統(tǒng) 110
6.1 串級控制系統(tǒng)概述 110
6.1.1 基本概念 110
6.1.2 基本組成 112
6.1.3 串級控制的特點(diǎn) 113
6.2 串級控制系統(tǒng)性能分析 114
6.2.1 抗擾性能 114
6.2.2 動態(tài)性能 116
6.2.3 工作頻率 117
6.2.4 自適應(yīng)能力 120
6.3 串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 121
6.3.1 副回路選擇 121
6.3.2 主、副控制器的設(shè)計(jì) 123
6.4 串級控制參數(shù)整定 125
6.4.1 逐次逼近法 125
6.4.2 兩步法 126
6.4.3 一步法 126
6.5 綜合仿真實(shí)例 127
6.5.1 串級與單回路控制對比仿真 127
6.5.2 串級控制的參數(shù)整定仿真 131
6.5.3 串級控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真 133
6.6 本章小結(jié) 136
習(xí)題與思考 136
第7章 比值控制系統(tǒng) 137
7.1 比值控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識 137
7.1.1 比值控制系統(tǒng)特點(diǎn) 138
7.1.2 比值控制系統(tǒng)的類型 138
7.1.3 比值系數(shù)計(jì)算 145
7.2 比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 146
7.2.1 比值控制方式的選擇 146
7.2.2 主從物料的選擇 147
7.2.3 比值控制系統(tǒng)工程整定 148
7.3 綜合仿真實(shí)例 149
7.3.1 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)仿真 149
7.3.2 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)仿真 154
7.3.3 變比值控制系統(tǒng)仿真 158
7.3.4 參數(shù)攝動對系統(tǒng)影響仿真 162
7.4 本章小結(jié) 165
習(xí)題與思考 166
第8章 前饋控制系統(tǒng) 167
8.1 前饋控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識 167
8.1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 167
8.1.2 系統(tǒng)特點(diǎn) 170
8.1.3 系統(tǒng)分類 170
8.2 前饋控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 178
8.2.1 前饋控制系統(tǒng)選擇原則 178
8.2.2 工程整定 179
8.3 綜合仿真實(shí)例 184
8.3.1 靜態(tài)前饋系統(tǒng)仿真 185
8.3.2 動態(tài)前饋系統(tǒng)仿真 189
8.3.3 前饋-反饋復(fù)合系統(tǒng)仿真 194
8.3.4 前饋-串級復(fù)合系統(tǒng)仿真 199
8.3.5 參數(shù)攝動對系統(tǒng)影響仿真 202
8.4 本章小結(jié) 207
習(xí)題與思考 207
第9章 純滯后系統(tǒng) 209
9.1 純滯后系統(tǒng)基礎(chǔ)知識 209
9.2 純滯后系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 211
9.2.1 改進(jìn)的常規(guī)控制方案 211
9.2.2 補(bǔ)償控制方案 213
9.3 綜合仿真實(shí)例 221
9.3.1 微分先行控制仿真 221
9.3.2 中間微分控制仿真 227
9.3.3 史密斯補(bǔ)償控制仿真 229
9.3.4 增益自適應(yīng)補(bǔ)償控制仿真 232
9.3.5 改進(jìn)型史密斯補(bǔ)償
9.3.5 控制仿真 238
9.3.6 參數(shù)攝動對系統(tǒng)影響仿真 240
9.4 本章小結(jié) 245
習(xí)題與思考 245
第10章 解耦控制系統(tǒng) 247
10.1 解耦控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識 247
10.1.1 系統(tǒng)特點(diǎn) 248
10.1.2 相對增益 248
10.2 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 253
10.2.1 系統(tǒng)分類及解耦方法 253
10.2.2 解耦控制方案 254
10.2.3 解耦控制中的問題 257
10.3 綜合仿真實(shí)例 258
10.3.1 前饋補(bǔ)償解耦控制 259
10.3.2 反饋補(bǔ)償解耦控制 264
10.3.3 對角陣解耦控制 268
10.3.4 參數(shù)攝動對系統(tǒng)
10.3.4 影響仿真 276
10.4 本章小結(jié) 280
習(xí)題與思考 281
綜合篇
第11章 典型過程控制系統(tǒng)及仿真 283
11.1 燃燒過程控制系統(tǒng) 283
11.1.1 基本理論 283
11.1.2 綜合仿真實(shí)例 285
11.2 pH值控制系統(tǒng) 293
11.2.1 基本理論 293
11.2.2 綜合仿真實(shí)例 295
11.3 精餾控制系統(tǒng) 303
11.3.1 基本理論 304
11.3.2 基本控制方案 305
11.3.3 綜合仿真實(shí)例 308
11.4 本章小結(jié) 315
習(xí)題與思考 315
參考文獻(xiàn) 317