過程控制工程及仿真

前言

　　過程控制是控制理論、生產(chǎn)工藝、計算機技術和儀器儀表等知識相結(jié)合的一門綜合性應用學科，理論性、綜合性和實踐性都很強。過程控制系統(tǒng)仿真是架起理論與實踐之間的重要橋梁，是掌握過程系統(tǒng)分析與設計精髓的重要手段?！　imulink是著名的、應用普遍的動態(tài)系統(tǒng)仿真工具，Simulink能夠直觀、快捷地構建過程控制系統(tǒng)的方塊圖模型，并在此基礎上進行仿真結(jié)果的可視化分析，是進行過程控制系統(tǒng)設計和參數(shù)整定的首選仿真工具?！　”緯v了大量的仿真實例，仿真步驟清晰，讀者能快速上手，扎實掌握。全書篇章結(jié)構如下圖所示。

內(nèi)容概要

　　本書以仿真應用為中心，系統(tǒng)、詳細地講述了過程控制系統(tǒng)的仿真，并結(jié)合MATLAB/Simulink仿真工具的應用，通過大量經(jīng)典的仿真實例，全面講述過程控制系統(tǒng)的結(jié)構、原理、設計和參數(shù)整定等知識?！　∪珪譃榛A篇、實戰(zhàn)篇和綜合篇?；A篇包括過程控制及仿真概述、Simulink仿真基礎、Simulink高級仿真技術，以及過程控制系統(tǒng)建模；實戰(zhàn)篇包括PID控制、串級控制、比值控制、前饋控制、純滯后和解耦控制系統(tǒng)；綜合篇包括典型過程控制系統(tǒng)及仿真。　　本書的特點是理論與仿真緊密結(jié)合，用仿真實例說話，通過仿真來加深對過程控制理論的理解，幫助讀者掌握過程系統(tǒng)的分析、設計與整定等技術，切實縮短書本知識與實際應用的距離。本書可作為自動化、信息、機電、測控、化學工程、環(huán)境工程、生物工程等專業(yè)的教材或參考書，也可供從事過程控制工程的人使用，對從事過程控制應用研究的研究生和研究人員也很有參考價值。

書籍目錄

基礎篇　第1章  過程控制及仿真概述　　1.1  過程控制系統(tǒng)概述　　　1.1.1  系統(tǒng)結(jié)構　　　1.1.2  系統(tǒng)特點　　　1.1.3  系統(tǒng)分類　　1.2  過程控制系統(tǒng)的性能指標　　　1.2.1  過渡過程性能指標　　　1.2.2  誤差性能指標　　1.3  過程控制理論的發(fā)展現(xiàn)狀　　1.4  過程控制系統(tǒng)仿真基礎　　　1.4.1  計算機仿真基本概念　　　1.4.2  仿真在過程控制中的應用　　1.5  Simulink在過程仿真中的優(yōu)勢　　1.6  本章小結(jié)　第2章  Simulink仿真基礎　　2.1  Simulink仿真概述　　　2.1.1  Simulink的啟動與退出　　　2.1.2  Simulink模塊庫　　2.2  Simulink仿真模型及仿真過程　　　2.2.1  Simulink仿真模型組成　　　2.2.2  Simulink仿真的基本過程　　2.3  Simulink模塊的處理　　　2.3.1  Simulink模塊參數(shù)設置　　　2.3.2  Simulink模塊基本操作　　　2.3.3  Simulink模塊連接　　2.4  Simulink仿真設置　　　2.4.1  仿真器參數(shù)設置　　　2.4.2  工作空間數(shù)據(jù)導入/　　　2.4.2  導出設置　　2.5  Simulink仿真舉例　　2.6  本章小結(jié)　　習題與思考　第3章  Simulink高級仿真技術　　3.1  Simulink子系統(tǒng)及其封裝　　　3.1.1  創(chuàng)建子系統(tǒng)　　　3.1.2  封裝子系統(tǒng)　　　3.1.3  封裝的查看和解封裝　　　3.1.4  子系統(tǒng)實例　　3.2  S函數(shù)設計與應用　　　3.2.1  S函數(shù)設計模板　　　3.2.2  S函數(shù)設計舉例　　3.3  使用Simulink仿真命令　　3.4  Simulink仿真建模的要求　　3.5  Simulink控制系統(tǒng)仿真實例　　3.6  本章小結(jié)　　習題與思考　第4章  過程控制系統(tǒng)建模　　4.1  過程模型概述　　　4.1.1  過程建模的目的和要求　　　4.1.2  過程模型類型　　　4.1.3  自衡過程與非自衡過程　　4.2  常見的過程模型類型　　　4.2.1  自衡非振蕩過程　　　4.2.2  無自衡非振蕩過程　　　4.2.3  自衡振蕩過程　　　4.2.4  具有反向特性的過程　　4.3  過程建模基礎　　　4.3.1  過程建模法分類　　　4.3.2  階躍響應法建?！　　?.3.3  過程模型的特點　　4.4  單容過程模型　　　4.4.1  無自衡單容過程　　　4.4.2  自衡單容過程　　4.5  多容過程模型　　　4.5.1  有相互影響的雙容過程　　　4.5.2  無相互影響的雙容過程　　4.6  模型參數(shù)對控制性能的影響　　　4.6.1  靜態(tài)增益的影響　　　4.6.2  時間常數(shù)的影響　　　4.6.3  時滯的影響　　4.7  本章小結(jié)　　習題與思考實戰(zhàn)篇　第5章  PID控制　　5.1  PID控制概述　　5.2  PID控制算法　　　5.2.1  比例（P）控制　　　5.2.2  比例積分（PI）控制　　　5.2.3  比例微分（PD）控制　　　5.2.4  比例積分微分（PID）控制　　5.3  PID控制器參數(shù)整定　　　5.3.1  Ziegler-Nichols整定法　　　5.3.2  臨界比例度法　　　5.3.3  衰減曲線法　　5.4  本章小結(jié)　　習題與思考　第6章  串級控制系統(tǒng)　　6.1  串級控制系統(tǒng)概述　　　6.1.1  基本概念　　　6.1.2  基本組成　　　6.1.3  串級控制的特點　　6.2  串級控制系統(tǒng)性能分析　　　6.2.1  抗擾性能　　　6.2.2  動態(tài)性能　　　6.2.3  工作頻率　　　6.2.4  自適應能力　　6.3  串級控制系統(tǒng)設計　　　6.3.1  副回路選擇　　　6.3.2  主、副控制器的設計　　6.4  串級控制參數(shù)整定　　　6.4.1  逐次逼近法　　　6.4.2  兩步法　　　6.4.3  一步法　　6.5  綜合仿真實例　　　6.5.1  串級與單回路控制對比仿真　　　6.5.2  串級控制的參數(shù)整定仿真　　　6.5.3  串級控制系統(tǒng)設計仿真　　6.6  本章小結(jié)　　習題與思考　第7章  比值控制系統(tǒng)　　7.1  比值控制系統(tǒng)基礎知識　　　7.1.1  比值控制系統(tǒng)特點　　　7.1.2  比值控制系統(tǒng)的類型　　　7.1.3  比值系數(shù)計算　　7.2  比值控制系統(tǒng)設計　　　7.2.1  比值控制方式的選擇　　　7.2.2  主從物料的選擇　　　7.2.3  比值控制系統(tǒng)工程整定　　7.3  綜合仿真實例　　　7.3.1  單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)仿真　　　7.3.2  雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)仿真　　　7.3.3  變比值控制系統(tǒng)仿真　　　7.3.4  參數(shù)攝動對系統(tǒng)影響仿真　　7.4  本章小結(jié)　　習題與思考　第8章  前饋控制系統(tǒng)　　8.1  前饋控制系統(tǒng)基礎知識　　　8.1.1  系統(tǒng)結(jié)構　　　8.1.2  系統(tǒng)特點　　　8.1.3  系統(tǒng)分類　　8.2  前饋控制系統(tǒng)設計　　　8.2.1  前饋控制系統(tǒng)選擇原則　　　8.2.2  工程整定　　8.3  綜合仿真實例　　　8.3.1  靜態(tài)前饋系統(tǒng)仿真　　　8.3.2  動態(tài)前饋系統(tǒng)仿真　　　8.3.3  前饋-反饋復合系統(tǒng)仿真　　　8.3.4  前饋-串級復合系統(tǒng)仿真　　　8.3.5  參數(shù)攝動對系統(tǒng)影響仿真　　8.4  本章小結(jié)　　習題與思考　第9章  純滯后系統(tǒng)　　9.1  純滯后系統(tǒng)基礎知識　　9.2  純滯后系統(tǒng)的設計　　　9.2.1  改進的常規(guī)控制方案　　　9.2.2  補償控制方案　　9.3  綜合仿真實例　　　9.3.1  微分先行控制仿真　　　9.3.2  中間微分控制仿真　　　9.3.3  史密斯補償控制仿真　　　9.3.4  增益自適應補償控制仿真　　　9.3.5  改進型史密斯補償　　　9.3.5  控制仿真　　　9.3.6  參數(shù)攝動對系統(tǒng)影響仿真　　9.4  本章小結(jié)　　習題與思考　第10章  解耦控制系統(tǒng)　　10.1  解耦控制系統(tǒng)基礎知識　　　10.1.1  系統(tǒng)特點　　　10.1.2  相對增益　　10.2  解耦控制系統(tǒng)設計　　　10.2.1  系統(tǒng)分類及解耦方法　　　10.2.2  解耦控制方案　　　10.2.3  解耦控制中的問題　　10.3  綜合仿真實例　　　10.3.1  前饋補償解耦控制　　　10.3.2  反饋補償解耦控制　　　10.3.3  對角陣解耦控制　　　10.3.4  參數(shù)攝動對系統(tǒng)　　　10.3.4  影響仿真　　10.4  本章小結(jié)　　習題與思考綜合篇　第11章  典型過程控制系統(tǒng)及仿真　　11.1  燃燒過程控制系統(tǒng)　　　11.1.1  基本理論　　　11.1.2  綜合仿真實例　　11.2  pH值控制系統(tǒng)　　　11.2.1  基本理論　　　11.2.2  綜合仿真實例　　11.3  精餾控制系統(tǒng)　　　11.3.1  基本理論　　　11.3.2  基本控制方案　　　11.3.3  綜合仿真實例　　11.4  本章小結(jié)　　習題與思考參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　過程控制及仿真概述　　本章闡述了過程控制系統(tǒng)及仿真的基本概念，介紹了過程控制系統(tǒng)的結(jié)構、特點以及過程控制理論的發(fā)展現(xiàn)狀，過程控制系統(tǒng)仿真等基礎知識。通過對本章的學習，讀者對過程控制系統(tǒng)仿真的發(fā)展現(xiàn)狀，以及本書的主要內(nèi)容能有初步的認識?！　?.1　過程控制系統(tǒng)概述　　1.1.1　系統(tǒng)結(jié)構　　過程控制系統(tǒng)在實際中應用非常普遍，下面以一個工業(yè)鍋爐水位控制系統(tǒng)為例來說明過程控制系統(tǒng)的組成?！　″仩t是生產(chǎn)蒸汽的設備，保持鍋爐鍋筒內(nèi)的水位在一定范圍內(nèi)是非常重要的，如果水位過低，鍋爐可能被燒干：水位過高，生產(chǎn)的蒸汽含水量大，而且水還可能溢出。這些狀況都相當危險，因此水位控制是保證正常運行的必要條件。　　當鍋爐的給水量與蒸汽的蒸發(fā)量保持平衡時，鍋爐的水位才不變。如果鍋爐的給水量變化或蒸發(fā)量變化，水位就會產(chǎn)生變化，因此必須觀察水位變化以調(diào)整給水量，使它跟隨蒸汽負荷的大小而相應變化，以保持水位在規(guī)定的范圍內(nèi)變化?！　〔捎米詣涌刂茣r，水位變化量△h由水位計檢測并經(jīng)液位變送器轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標準信號后送到控制器，控制系統(tǒng)將Ah與水位設定值進行比較和運算后發(fā)出控制命令，由執(zhí)行器改變閥門的開度，相應地增減給水量，以保持給水量與蒸汽量之間的平衡，這就是鍋爐水位自動控制的原理，如圖1.1所示。

編輯推薦

　　《過程控制工程及仿真：基于MATLAB/Simulink》特點：　　基礎、實戰(zhàn)、綜合，三層結(jié)構，循序漸進，適合不同層次的讀者　　100多個過程控制的Simulink仿真實例，輕松理解復雜的理論　　豐富實用的仿真程序、電子教案和課后習題，非常適宜作教材　　Simulink與過程控制完美結(jié)合　　經(jīng)典實例，分步驟手把手教會　　仿真程序，電子教案一應俱全。

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