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基础篇2

第1章 过程控制及仿真概述2

1.1过程控制系统概述2

1.1.1系统结构2

1.1.2系统特点5

1.1.3系统分类5

1.2过程控制系统的性能指标6

1.2.1过渡过程性能指标7

1.2.2误差性能指标8

1.3过程控制理论的发展现状9

1.4过程控制系统仿真基础10

1.4.1计算机仿真基本概念11

1.4.2仿真在过程控制中的应用12

1.5 MATLAB/Simulink 在过程仿真中的优势15

1.6本章小结16

第2章MATLAB计算与仿真基础17

2.1 MATLAB概述17

2.1.1 MATLAB发展历程17

2.1.2 MATLAB系统构成18

2.1.3 MATLAB常用工具箱18

2.2 MATLAB桌面操作环境19

2.2.1启动和退出19

2.2.2主菜单20

2.2.3命令窗口24

2.2.4工作空间25

2.2.5文件管理26

2.2.6帮助系统27

2.3 MATLAB数值计算基础27

2.3.1 MATLAB数值类型27

2.3.2矩阵运算30

2.4关系运算和逻辑运算33

2.5符号运算34

2.5.1符号运算基础34

2.5.2控制系统中常用的符号运算34

2.6复数和复变函数运算35

2.6.1复数运算基础36

2.6.2拉普拉斯变换及逆变换39

2.6.3 Z变换及逆变换40

2.7 MATLAB的图形绘制42

2.8 MATLAB程序设计基础45

2.8.1 MATLAB程序类型45

2.8.2 MATLAB程序流程控制46

2.8.3 MATLAB程序基本设计原则48

2.9本章小结49

第3章Simulink仿真基础50

3.1 Simulink仿真概述50

3.1.1 Simulink的启动与退出50

3.1.2 Simulink模块库51

3.2 Simulink仿真模型及仿真过程56

3.2.1 Simulink仿真模型组成56

3.2.2 Simulink仿真的基本过程57

3.3 Simulink模块的处理58

3.3.1 Simulink模块参数设置58

3.3.2 Simulink模块基本操作60

3.3.3 Simulink模块连接62

3.4 Simulink仿真设置63

3.4.1仿真器参数设置64

3.4.2工作空间数据导入／导出设置66

3.5 Simulink仿真举例67

3.6本章小结70

习题与思考71

第4章Simulink高级仿真技术72

4.1 Simulink子系统及其封装72

4.1.1创建子系统72

4.1.2封装子系统73

4.1.3封装的查看和解封装75

4.1.4子系统实例75

4.2 S函数设计与应用78

4.2.1 S函数设计模板78

4.2.2 S函数设计举例80

4.3使用Simulink仿真命令84

4.4 Simulink仿真建模的要求85

4.5 Simulink控制系统仿真实例86

4.6本章小结94

习题与思考94

第5章 过程控制系统建模95

5.1过程模型概述95

5.1.1过程建模的目的和要求95

5.1.2过程模型类型96

5.1.3自衡过程与非自衡过程97

5.2常见的过程模型类型97

5.2.1自衡非振荡过程97

5.2.2无自衡非振荡过程98

5.2.3自衡振荡过程99

5.2.4具有反向特性的过程99

5.3过程建模基础100

5.3.1过程建模法分类100

5.3.2阶跃响应法建模101

5.3.3过程模型的特点105

5.4单容过程模型106

5.4.1无自衡单容过程106

5.4.2自衡单容过程108

5.5多容过程模型110

5.5.1有相互影响的双容过程110

5.5.2无相互影响的双容过程112

5.6模型参数对控制性能的影响114

5.6.1静态增益的影响115

5.6.2时间常数的影响115

5.6.3时滞的影响116

5.7本章小结116

习题与思考117

实战篇120

第6章PID控制120

6.1 PID控制概述120

6.2 PID控制算法121

6.2.1比例（P）控制121

6.2.2比例积分（PI控制123

6.2.3比例微分（PD）控制125

6.2.4比例积分微分（PID控制127

6.3 PID控制器参数整定128

6.3.1 Ziegler-Nichols整定法128

6.3.2临界比例度法134

6.3.3衰减曲线法138

6.4本章小结142

习题与思考142

第7章 串级控制系统144

7.1串级控制系统概述144

7.1.1基本概念144

7.1.2基本组成146

7.1.3串级控制的特点147

7.2串级控制系统性能分析148

7.2.1抗扰性能148

7.2.2动态性能150

7.2.3工作频率151

7.2.4自适应能力154

7.3串级控制系统设计155

7.3.1副回路选择155

7.3.2主、副控制器的设计157

7.4串级控制参数整定159

7.4.1逐次逼近法159

7.4.2两步法160

7.4.3一步法160

7.5综合仿真实例161

7.5.1串级与单回路控制对比 仿真161

7.5.2串级控制的参数整定仿真165

7.5.3串级控制系统设计仿真167

7.6本章小结170

习题与思考170

第8章 比值控制系统171

8.1比值控制系统概述171

8.1.1比值控制系统特点172

8.1.2比值控制系统的类型172

8.1.3比值系数计算179

8.2比值控制系统设计180

8.2.1比值控制方式的选择180

8.2.2主从物料的选择181

8.2.3比值控制系统工程整定182

8.3综合仿真实例183

8.3.1单闭环比值控制系统仿真183

8.3.2双闭环比值控制系统仿真188

8.3.3变比值控制系统仿真192

8.3.4参数摄动对系统影响仿真196

8.4本章小结199

习题与思考200

第9章 前馈控制系统201

9.1前馈控制系统概述201

9.1.1系统结构201

9.1.2系统特点203

9.1.3系统分类204

9.2前馈控制系统设计212

9.2.1前馈控制系统选择原则212

9.2.2工程整定213

9.3综合仿真实例218

9.3.1静态前馈系统仿真219

9.3.2动态前馈系统仿真223

9.3.3前馈-反馈复合系统仿真228

9.3.4前馈串级复合系统仿真233

9.3.5参数摄动对系统影响仿真236

9.4本章小结241

习题与思考241

第10章 纯滞后系统242

10.1纯滞后系统概述242

10.2纯滞后系统的设计244

10.2.1改进的常规控制方案244

10.2.2补偿控制方案246

10.3综合仿真实例254

10.3.1微分先行控制仿真254

10.3.2中间微分控制仿真260

10.3.3史密斯补偿控制仿真262

10.3.4增益自适应补偿控制 仿真265

10.3.5改进型史密斯补偿控制 仿真271

10.3.6参数摄动对系统影响仿真273

10.4本章小结278

习题与思考278

第11章 解耦控制系统279

11.1解耦控制系统概述279

11.1.1系统特点280

11.1.2相对增益280

11.2解耦控制系统设计285

11.2.1系统分类及解耦方法285

11.2.2解耦控制方案286

11.2.3解耦控制中的问题289

11.3综合仿真实例290

11.3.1前馈补偿解耦控制291

11.3.2反馈补偿解耦控制296

11.3.3对角阵解耦控制300

11.3.4参数摄动对系统影响仿真308

11.4本章小结312

习题与思考312

综合篇316

第12章 典型工业过程仿真实训316

12.1燃烧过程控制系统316

12.1.1系统特点316

12.1.2综合仿真实例318

12.2 pH值控制系统326

12.2.1系统特点326

12.2.2综合仿真实例328

12.3精馏控制系统336

12.3.1系统特点337

12.3.2基本控制方案338

12.3.3综合仿真实例341

12.4本章小结348

习题与思考348

参考文献349