MATLAB/Simulink与过程控制系统

作者：刘文定 等编著

出版时间：2013年版

内容简介

本书从基本概念入手，系统地阐述了简单过程控制系统和复杂过程控制系统的构成、基本原理、特点、设计方法及过程控制系统的计算机辅助设计。内容包括MATLAB/Simulink的基础知识和常用工具箱在过程控制系统中的应用、PID控制策略、单回路控制系统、串级控制系统、比值控制系统、均匀控制系统、分程控制系统、选择性控制系统、补偿控制系统、解耦控制系统，以及典型控制系统的分析、设计、参数整定。通过大量经典的Simulink仿真实例全面阐述了过程控制系统的原理、设计及参数的整定等技术。本书内容深入浅出，概念清楚，理论与Simulink仿真紧密结合，各个章节的内容既相互联系又相互独立，读者可以结合自己的专业领域深入地进行研究。本书适用于自动化、自动化仪表、计算机应用、机械电子及自动化等领域的本、专科生及研究生作为教学参考书，也可以供从事生产过程自动化、机械电子及自动化、计算机应用等领域的工程技术人员参考。

目录

前言

第1章过程控制系统及仿真概述1

11过程控制的任务与目标1

12过程控制系统的组成与特点2

13过程控制系统的分类4

131一般分类4

132按设定值形式分类5

133按系统的结构特点分类5

14过程控制系统的性能指标6

141时域控制性能指标6

142综合控制性能指标7

15过程控制系统的MATLAB计算与仿真8

151控制系统计算机仿真8

152控制系统的MATLAB计算与仿真8

第2章MATLAB与Simulink基础10

21MATLAB系统概述10

211MATLAB简介10

212MATLAB使用简介11

213MATLAB编程基础14

22MATLAB数值计算功能15

221MATLAB数据类型15

222矩阵及其运算17

23MATLAB图形功能20

231二维图形的绘制20

232三维图形的绘制23

24程序设计25

241M文件25

242流程控制语句26

25Simulink仿真基础28

251Simulink的基本操作28

252系统仿真及参数设置31

253Simulink的基本模块34

26Simulink仿真举例36

第3章PID控制器40

31概述40

32比例调节器41

〖1〗MATLAB/Simulink与过程控制系统〖1〗目录321比例调节和比例带41

322比例调节的特点42

33积分调节器47

331积分调节器概述47

332积分调节器的特点47

333积分速度对控制系统的影响47

34比例积分调节器49

341比例积分调节49

342比例积分调节器的特点50

343比例积分调节器对系统过渡过程的影响50

344积分饱和及防止54

35比例微分调节器56

351比例微分控制算法56

352比例微分调节器的特点57

36比例积分微分调节器59

361比例积分微分调节器的表达式59

362PID调节器的频率响应特性60

363PID调节器的阶跃响应60

37数字式PID调节器62

371数字式PID控制算法的形式63

372数字式PID控制算法的特点64

38改进的PID控制算法65

381积分分离PID控制算法65

382抗积分饱和PID控制算法68

383梯形积分PID控制算法71

384变速积分PID控制算法71

385微分先行PID控制算法74

386比例先行IPD控制算法77

387带有死区的PID调节器78

39PID调节器参数的工程整定78

391PID调节器参数整定的原则79

392PID调节器工程整定法的特点80

393PID调节器参数的工程整定80

310PID控制器参数的优化整定92

第4章简单过程控制系统及Simulink仿真96

41简单过程控制系统的组成96

42简单过程控制系统的设计97

421被控对象的动态特性97

422被控变量的选择107

423操纵变量的选择108

424检测变送环节109

425执行器(调节阀)的选择110

43简单过程控制系统的Simulink仿真120

第5章串级控制系统及Simulink仿真127

51串级控制系统的基本原理和结构127

511串级控制系统的基本概念127

512串级控制系统的组成131

513串级控制系统的工作过程132

52串级控制系统的分析与设计135

521串级控制系统的分析135

522串级控制系统的设计143

53串级控制系统控制器参数的整定153

531逐步逼近法153

532两步整定法153

533一步整定法154

54串级控制系统应用及Simulink仿真155

541串级控制系统用于克服变化剧烈和幅值大的干扰155

542串级控制系统用于克服对象的纯滞后159

543串级控制系统用于克服对象的容量滞后160

544串级控制系统用于克服对象特性的非线性164

第6章特殊控制系统及Simulink仿真169

61比值控制系统169

611比值控制原理169

612比值控制系统的结构类型169

62比值控制系统设计172

621主动量、从动量的选择172

622控制方案的选择173

623调节器控制规律的选择173

624比值系数的计算173

625实施方案的选择175

626调节器参数的整定175

63比值控制系统及Simulink仿真176

64均匀控制系统185

641均匀控制的概念185

642均匀控制系统的特点186

65均匀控制系统的结构形式187

651简单均匀控制187

652串级均匀控制187

653双冲量均匀控制188

654控制规律的选择189

655均匀控制系统参数整定189

66均匀控制系统及Simulink仿真189

67分程控制系统193

671分程控制的概念193

672分程控制系统的应用194

673分程控制应用中的几个问题196

674分程控制的应用197

68选择性控制系统198

681选择性控制的概念198

682选择性控制系统的类型198

683选择性控制系统设计205

684选择性控制系统的应用205

69双重控制系统206

691基本原理和结构206

692双重控制系统设计207

693双重控制系统的Simulink仿真207

610应用实例212

6101间歇式生产化学反应的分程控制213

6102精馏过程中冷凝器的选择性控制系统213

6103甲烷转化反应中的比值控制及比值报警系统214

6104隧道窑炉的串级及比值控制系统214

6105加热炉的安全联锁保护系统215

第7章补偿控制系统及Simulink仿真216

71前馈控制系统216

711前馈控制系统的原理和特点216

712前馈控制系统的基本结构218

72前馈控制系统的设计221

721前馈控制系统可实现的条件221

722前馈控制器的实施221

723前馈控制系统的参数整定222

73前馈控制系统的Simulink仿真230

731前馈控制系统230

732前馈反馈控制系统231

74大时滞过程控制系统及Simulink仿真235

741改进的常规控制方案236

742预估补偿控制239

743采样控制方案245

第8章解耦控制系统246

81多变量控制系统的耦合246

811第一增益247

812第二增益247

813相对增益248

814相对增益的性质249

815多输入多输出系统的相对增益矩阵249

82消除和减弱耦合的方法252

821被控变量(输出变量)与操纵变量(输入变量)间的正确匹配252

822控制器的参数整定253

823减少控制回路253

824串接解耦控制253

83解耦控制系统设计253

831对角阵解耦控制253

832单位矩阵解耦控制257

833前馈补偿解耦控制259

834反馈解耦控制260

835简化解耦控制系统262

84解耦控制系统的Simulink仿真263

第9章典型过程控制系统270

91传热设备的控制系统270

911传热设备的类型270

912传热设备的控制目的270

913换热器的控制271

914蒸汽加热器的控制280

915冷凝冷却器的控制281

92锅炉设备的控制283

921锅炉设备概述283

922锅炉锅筒水位控制285

923锅炉燃烧控制系统296

参考文献311