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第1章 概述1

1.1过程控制的任务1

1.2过程控制系统的组成与特点2

1.2.1过程控制系统组成2

1.2.2过程控制系统特点3

1.3过程控制系统的性能指标4

1.4过程控制的进展5

1.4.1过程控制装置进展5

1.4.2过程控制策略与算法的进展6

本章小结6

习题7

第2章 过程控制系统建模方法8

2.1过程控制系统建模概念8

2.1.1建模概念8

2.1.2过程控制系统建模的两种基本方法9

2.2机理建模方法10

2.2.1单容对象的传递函数10

2.2.2具有纯延迟的单容对象特性12

2.2.3无自平衡能力的单容对象特性13

2.2.4多容对象的动态特性13

2.3测试建模方法16

2.3.1对象特性的实验测定方法16

2.3.2测定动态特性的时域法17

2.3.3测定动态特性的频域法22

2.3.4测定动态特性的统计相关法24

2.3.5最小二乘法31

本章小结34

习题35

第3章 过程控制系统设计38

3.1过程控制系统设计步骤38

3.2确定控制变量与控制方案38

3.2.1确定控制目标38

3.2.2确定控制方案39

3.3过程控制系统硬件选择40

3.3.1控制装置40

3.3.2测量仪表和传感器的选型原则40

3.4节流元件计算40

3.4.1流量计算有关的基本概念40

3.4.2流量计类型42

3.4.3节流元件42

3.5调节阀选择46

3.5.1调节阀计算基础46

3.5.2调节阀的流量特性50

3.5.3调节阀口径计算53

3.6计算举例58

3.6.1角接取压标准孔板计算59

3.6.2蝶阀计算61

本章小结62

习题63

第4章 PID调节原理64

4.1PID控制概述64

4.2比例调节（P调节）65

4.2.1比例调节的动作规律和比例带65

4.2.2比例调节的特点——有差调节66

4.2.3比例带对于调节过程的影响67

4.3积分调节（I调节）67

4.3.1积分调节规律和积分速度67

4.3.2积分调节的特点——无差调节68

4.3.3积分速度对于调节过程的影响69

4.4微分调节（D调节）69

4.5比例积分微分调节（PID调节）70

4.5.1比例积分（PI）调节70

4.5.2比例微分（PD）调节73

4.5.3比例积分微分调节规律及其基本特征75

4.6数字PID控制77

4.6.1数字PID控制算法77

4.6.2改进的数字PID算法79

4.7PID调节器的参数工程整定81

4.7.1PID参数整定的基本原则81

4.7.2PID参数的工程整定方法83

4.7.3PID参数的自整定方法89

4.7.4数字PID参数的整定90

4.8智能PID控制方法91

4.8.1模糊PID控制92

4.8.2神经网络PID控制92

4.8.3专家智能自整定PID控制94

本章小结94

习题95

第5章 串级控制97

5.1串级控制系统的基本原理和结构97

5.2串级控制系统的分析98

5.2.1串级控制系统的特点98

5.2.2分析实例102

5.3串级控制系统的设计103

5.3.1主、副回路的设计原则103

5.3.2主、副控制器的选型104

5.3.3主、副控制器正、反作用的选择105

5.3.4串级控制系统的整定105

54串级控制系统应用举例107

本章小结109

习题110

第6章 特殊控制方法111

6.1比值控制系统111

6.1.1比值控制系统的基本概念111

6.1.2比值控制系统的分析111

6.1.3比值控制系统设计114

6.1.4比值控制系统的实施115

6.1.5比值控制系统的整定119

6.1.6比值控制系统中的若干问题120

6.2均匀控制系统122

6.2.1均匀控制的概念122

6.2.2均匀控制系统的结构形式123

6.2.3控制器的参数整定125

6.3分程控制系统126

6.3.1基本概念126

6.3.2分程控制的应用127

6.3.3分程阀总流量特性的改善129

6.4选择性控制系统131

6.4.1基本概念131

6.4.2选择性控制系统的类型及应用132

6.4.3选择性控制系统的设计135

6.4.4积分饱和及其防止措施135

6.5阀位控制系统136

6.5.1基本概念136

6.5.2阀位控制系统的应用137

6.5.3阀位控制系统的设计与整定138

本章小结139

习题139

第7章 补偿控制141

7.1补偿控制的基本原理与结构141

7.2前馈控制系统141

7.2.1前馈控制系统的概念141

7.2.2前馈控制系统的基本结构143

7.3大迟延过程系统146

7.3.1延迟对系统品质的影响146

7.3.2Smith预估器146

7.3.3大林（Dahlin）算法150

本章小结155

习题155

第8章 关联分析与解耦控制157

8.1控制回路间的关联157

8.1.1控制回路间的耦合157

8.1.2被控对象的典型耦合结构158

8.1.3耦合程度分析方法159

8.2相对增益矩阵160

8.2.1相对增益矩阵的定义160

8.2.2相对增益的计算161

8.2.3第二放大系数qij的直接计算法162

8.2.4相对增益矩阵的特性163

8.3减少及消除耦合的方法165

8.4解耦控制系统设计167

8.4.1前馈补偿解耦法167

8.4.2反馈解耦法168

8.4.3对角阵解耦法169

8.4.4单位阵解耦法171

本章小结172

习题173

第9章 模糊控制175

9.1概述175

9.1.1模糊的基本概念175

9.1.2模糊控制系统175

9.2模糊集合的基本概念176

9.2.1模糊集合176

9.2.2模糊集的基本运算177

9.3模糊关系179

9.3.1普通关系180

9.3.2模糊关系180

9.3.3模糊变换182

9.3.4模糊决策183

9.4模糊推理184

9.4.1模糊逻辑184

9.4.2模糊语言算子184

9.4.3模糊推理186

9.5模糊控制器原理及设计188

9.5.1模糊控制系统的组成188

9.5.2模糊控制原理188

9.5.3模糊控制系统设计189

9.6工业电阻炉温度模糊控制系统200

9.6.1系统简介200

9.6.2电阻炉温度模糊控制器设计201

9.6.3控制效果203

本章小结204

习题204

第10章 预测控制206

10.1模型预测控制的基本原理206

10.2动态矩阵控制DMC207

10.2.1预测模型207

10.2.2滚动优化208

10.2.3反馈校正209

10.2.4算法实现211

10.2.5参数选择212

10.2.6DMC的主要特征和优点214

10.3模型算法控制MAC214

10.3.1具有简易性能指标的MAC算法214

10.3.2具有一般性能指标的MAC算法218

10.3.3算法实现220

10.3.4MAC的主要特征和优点221

10.4广义预测控制算法222

10.4.1广义预测控制基本理论222

10.4.2基于Toeplitz预测方程的广义预测控制算法229

本章小节232

习题233

第11章 先进控制234

11.1自适应控制234

11.1.1自适应控制概述234

11.1.2模型参考自适应控制234

11.1.3自校正控制238

11.2智能控制246

11.2.1智能控制基础246

11.2.2智能控制的理论结构246

11.2.3递阶控制247

11.2.4基于知识的专家控制250

11.2.5仿人智能控制252

11.2.6神经控制254

11.3鲁棒控制259

11.3.1基本概念259

11.3.2Hx优化与鲁棒控制260

11.3.3标准Hx控制261

11.3.4Hx控制的求解262

本章小节267

习题267

第12章 集散控制系统268

12.1集散控制系统概论268

12.1.1集散控制系统的产生268

12.1.2集散控制系统的结构270

12.1.3集散控制系统的特点272

12.1.4集散控制系统的分散方式274

12.1.5集散控制系统的发展275

12.2集散系统的通信技术及体系结构279

12.2.1数据通信原理280

12.2.2数据通信系统结构287

12.2.3通信协议290

12.3和利时MACS系统295

12.3.1MACS组态原理295

12.3.2应用系统组态303

12.4国产集散系统——HS2000306

12.4.1HS2000系统的基本特点306

12.4.2HS2000系统的基本组成306

12.4.3HS2000系统的硬件配置308

12.4.4HS2000系统的现场控制站配置309

12.4.5HS2000系统的软件组态311

12.5HS2000DCS工程建立步骤313

12.5.1工程分析313

12.5.2工程建立313

12.5.3定义设备组态工具316

12.6和利时MACS集散系统在工业锅炉中的应用318

12.6.1概述318

12.6.2硬件配置319

12.6.3控制系统简介319

12.6.4DCS控制系统软件设计320

12.6.5系统组成321

12.6.6系统调试323

12.6.7结语323

12.7大型集散控制系统——TDC3000324

12.7.1TDC3000系统的结构特性324

12.7.2TDC3000系统的数据采集和控制326

12.7.3TDC3000系统的软件组态334

本章小结339

习题340

附录DCS课程设计任务书342

参考文献345