過程控制系統(tǒng)的MATLAB仿真

前言

第1章過程控制系統(tǒng)及仿真概述

1.1過程控制的任務(wù)與目標(biāo)

1.2過程控制系統(tǒng)的組成與特點(diǎn)

1.3過程控制系統(tǒng)的分類

1.3.1一般分類

1.3.2按設(shè)定值形式分類

1.3.3按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類

1.4過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)

1.4.1時(shí)域控制性能指標(biāo)

1.4.2綜合控制性能指標(biāo)

1.5過程控制系統(tǒng)的MATLAB計(jì)算與仿真

1.5.1控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真

1.5.2控制系統(tǒng)的MATLAB計(jì)算與仿真

第2章控制系統(tǒng)MA丁LAB仿真基礎(chǔ)

2.1MATLAB系統(tǒng)概述

2.1.1MATLAB簡(jiǎn)介

2.1.2MATLAB集成環(huán)境的組成

2.1.3MATLAB編程基礎(chǔ)

2.2MATLAB數(shù)值計(jì)算功能

2.2.1MATLAB數(shù)據(jù)類型

2.2.2矩陣及其運(yùn)算

2.3MATuB圖形功能

2.3.1二維圖形的繪制

2.3.2三維圖形的繪制

2.4程序設(shè)計(jì)

2.4.1M文件

2.4.2流程控制語(yǔ)句

2.5Simulink仿真基礎(chǔ)

2.5.1Simulink的基本操作

2.5.2系統(tǒng)仿真及參數(shù)設(shè)置

2.5.3Simulink仿真分析

第3章PID控制器

3.1概述

3.2比例調(diào)節(jié)器

3.2.1比例調(diào)節(jié)和比例帶

3.2.2比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)

3.3積分調(diào)節(jié)器

3.3.1積分調(diào)節(jié)器概述

3.3.2積分調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)

3.3.3積分速度對(duì)控制系統(tǒng)的影響

3.4比例積分調(diào)節(jié)器

3.4.1比例積分調(diào)節(jié)

3.4.2比例積分調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)

3.4.3比例積分調(diào)節(jié)器對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響

3.4.4積分飽和及防止

3.5比例微分調(diào)節(jié)器

3.5.1比例微分控制算法

3.5.2比例微分調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)

3.6比例積分微分調(diào)節(jié)器

3.6.1比例積分微分調(diào)節(jié)器的表達(dá)式

3.6.2PID調(diào)節(jié)器的頻率響應(yīng)特性

3.6.3PID調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)

3.7數(shù)字式PID調(diào)節(jié)器

3.7.1數(shù)字式PID控制算法的形式

3.7.2數(shù)字式PID控制算法的特點(diǎn)

3.8改進(jìn)的PID控制算法

3.8.1積分分離PID控制算法

3.8.2抗積分飽和PID控制算法

3.8.3梯形積分PID控制算法

3.8.4變速積分PID控制算法

3.8.5微分先行PID控制算法

3.8.6比例先行I-PD控制算法

3.8.7帶有死區(qū)的PID調(diào)節(jié)器

3.9PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定

3.9.1PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定的原則

3.9.2PID調(diào)節(jié)器工程整定法的特點(diǎn)

3.9.3PID調(diào)節(jié)器參數(shù)的工程整定

第4章簡(jiǎn)單過程控制系統(tǒng)及MATLAB計(jì)算與仿真

4.1簡(jiǎn)單過程控制系統(tǒng)的組成

4.2簡(jiǎn)單過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.2.1被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性

4.2.2被控變量的選擇

4.2.3操縱變量的選擇

4.2.4檢測(cè)變送環(huán)節(jié)

4.2.5執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）的選擇

4.3簡(jiǎn)單過程控制系統(tǒng)的MATLAB計(jì)算與仿真

第5章串級(jí)控制系統(tǒng)及MATLAB計(jì)算與仿真

5.1串級(jí)控制系統(tǒng)的基本原理和結(jié)構(gòu)

5.1.1串級(jí)控制系統(tǒng)的基本概念

5.1.2串級(jí)控制系統(tǒng)的組成

5.1.3串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過程

5.2串級(jí)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

5.2.1串級(jí)控制系統(tǒng)的分析

5.2.2串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

5.3串級(jí)控制系統(tǒng)控制器參數(shù)的整定

5.3.1逐步逼近法

5.3.2兩步整定法

5.3.3一步整定法

5.4串級(jí)控制系統(tǒng)應(yīng)用的MATLAB計(jì)算與仿真

5.4.1串級(jí)控制系統(tǒng)用于克服變化劇烈和幅值大的干擾

5.4.2串級(jí)控制系統(tǒng)用于克服對(duì)象的純滯后

5.4.3串級(jí)控制系統(tǒng)用于克服對(duì)象的容量滯后

5.4.4串級(jí)控制系統(tǒng)用于克服對(duì)象特性的非線性

第6章特殊控制系統(tǒng)的MATLAB計(jì)算與仿真

6.1比值控制系統(tǒng)

6.1.1比值控制原理

6.1.2比值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類型

6.2比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6.2.1主動(dòng)量、從動(dòng)量的選擇

6.2.2控制方案的選擇

6.2.3調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇

6.2.4比值系數(shù)的計(jì)算

6.2.5實(shí)施方案的選擇

6.2.6調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定

6.3比值控制系統(tǒng)的MATLAB計(jì)算與仿真

6.4均勻控制系統(tǒng)

6.4.1均勻控制的概念

6.4.2均勻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

6.5均勻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

6.5.1簡(jiǎn)單均勻控制

6.5.2串級(jí)均勻控制

6.5.3雙沖量均勻控制

6.5.4控制規(guī)律的選擇

6.5.5均勻控制系統(tǒng)參數(shù)整定

6.6均勻控制系統(tǒng)的MATLAB計(jì)算與仿真

6.7分程控制系統(tǒng)

6.7.1分程控制的概念

6.7.2分程控制系統(tǒng)的應(yīng)用

6.7.3分程控制應(yīng)用中的幾個(gè)問題

6.7.4分程控制的應(yīng)用

6.8選擇性控制系統(tǒng)

6.8.1選擇性控制的概念

6.8.2選擇性控制系統(tǒng)的類型

6.8.3選擇性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6.8.4選擇性控制系統(tǒng)的應(yīng)用

6.9雙重控制系統(tǒng)

6.9.1基本原理和結(jié)構(gòu)

6.9.2雙重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6.9.3雙重控制系統(tǒng)的MATLAB計(jì)算與仿真

6.10應(yīng)用實(shí)例

6.10.1間歇式生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)的分程控制

6.10.2精餾過程中冷凝器的選擇性控制系統(tǒng)

6.10.3甲烷轉(zhuǎn)化反應(yīng)中的比值控制及比值報(bào)警系統(tǒng)

6.10.4隧道窯爐的串級(jí)及比值控制系統(tǒng)

6.10.5加熱爐的安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)

第7章補(bǔ)償控制系統(tǒng)及MATLAB計(jì)算與仿真

7.1前饋控制系統(tǒng)

7.1.1前饋控制系統(tǒng)的原理和特點(diǎn)

7.1.2前饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

7.2前饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

7.2.1前饋控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的條件-

7.2.2前饋控制器的實(shí)施

7.2.3前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定

7.3前饋控制系統(tǒng)的MATLAB計(jì)算與仿真

7.3.1前饋控制系統(tǒng)

7.3.2前饋-反饋控制系統(tǒng)

7.4大時(shí)滯過程控制系統(tǒng)及MATLAB計(jì)算與仿真

7.4.1改進(jìn)的常規(guī)控制方案

7.4.2預(yù)估補(bǔ)償控制

7.4.3采樣控制方案

第8章解耦控制系統(tǒng)的MATLAB計(jì)算與仿真

8.1多變量控制系統(tǒng)的耦合

8.1.1第一增益

8.1.2第二增益

8.1.3相對(duì)增益

8.1.4相對(duì)增益的性質(zhì)

8.1.5多輸入多輸出系統(tǒng)的相對(duì)增益矩陣

8.2消除和減弱耦合的方法

8.2.1被控變量（輸出變量）與操縱變量（輸入變量）間的正確匹配

8.2.2控制器的參數(shù)整定

8.2.3減少控制回路

8.2.4串接解耦控制

8.3解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

8.3.1對(duì)角陣解耦控制

8.3.2單位矩陣解耦控制

8.3.3前饋補(bǔ)償解耦控制

8.3.4反饋解耦控制

8.3.5簡(jiǎn)化解耦控制系統(tǒng)

8.4解耦控制系統(tǒng)的MATLAB計(jì)算與仿真

第9章典型過程控制系統(tǒng)

9.1傳熱設(shè)備的控制系統(tǒng)

9.1.1傳熱設(shè)備的類型

9.1.2傳熱設(shè)備的控制目的

9.1.3換熱器的控制

9.1.4蒸汽加熱器的控制

9.1.5冷凝冷卻器的控制

9.2鍋爐設(shè)備的控制

9.2.1鍋爐設(shè)備概述

9.2.2鍋爐汽包水位控制

9.2.3鍋爐燃燒控制系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)

……

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，生產(chǎn)過程也在向規(guī)模化、復(fù)雜化和大型化的方向日新月異地發(fā)展。過程控制系統(tǒng)是一門與生產(chǎn)過程聯(lián)系非常密切的課程，過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)涉及生產(chǎn)工藝、測(cè)控技術(shù)、自動(dòng)控制理論、智能控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域的知識(shí)，是一門綜合性的學(xué)科。

控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真是一門涉及到控制理論、計(jì)算數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合性學(xué)科?？刂葡到y(tǒng)仿真是以控制系統(tǒng)的模型為基礎(chǔ)，主要用數(shù)學(xué)模型代替實(shí)際的控制系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)為工具，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究的一種方法?？刂葡到y(tǒng)的MATLAB語(yǔ)言具有功能強(qiáng)大、適用范圍廣、編程效率高和圖形界面友好等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。MATLAB的Toolbox（工具箱）與Simulink（仿真）工具為過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與參數(shù)整定的計(jì)算與仿真提供了一個(gè)強(qiáng)有力的工具，使過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與整定發(fā)生了革命性的變化。

本書從基本概念入手，系統(tǒng)地討論了過程控制系統(tǒng)的構(gòu)成、基本原理、特點(diǎn)、設(shè)計(jì)方法及過程控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真。全書共9章，內(nèi)容包括MATLAB與Simulink技術(shù)、PID控制策略、單回路控制系統(tǒng)、串級(jí)控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)、選擇性控制系統(tǒng)、補(bǔ)償控制系統(tǒng)、解耦控制系統(tǒng)，以及典型控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、參數(shù)整定和計(jì)算機(jī)仿真。

本書內(nèi)容深入淺出，概念清楚，各個(gè)章節(jié)的內(nèi)容既相互聯(lián)系又相互獨(dú)立，讀者可以結(jié)合自己的方向深入地進(jìn)行研究。本書適用于自動(dòng)化、自動(dòng)化儀表、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、機(jī)械電子及自動(dòng)化等領(lǐng)域的本、?？粕把芯可鳛榻虒W(xué)參考書，也可以供從事生產(chǎn)過程自動(dòng)化、機(jī)械電子及自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考。

本書由劉文定、王東林編著，劉夏、黎媚、劉洪杉、郭月紅、陳澤華、麻廣睿、陳乾、強(qiáng)小紅、邊興田、成珍、賈鵬霄、閆文、劉慧、王昭燕、牛赫、黃萬等同志為本書的編寫及制圖、仿真等做了大量工作。另外，本書在編寫過程中還得到了北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院自動(dòng)化系全體教師的關(guān)心和幫助，得到了機(jī)械工業(yè)出版社顧謙編輯的大力支持和幫助，謹(jǐn)此一并表示衷心感謝！

由于時(shí)間倉(cāng)促以及編著者的水平所限，書中難免存在一些不足和錯(cuò)誤，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。2100433B

該書從基本概念入手，系統(tǒng)地闡述了簡(jiǎn)單過程控制系統(tǒng)和復(fù)雜過程控制系統(tǒng)的構(gòu)成、基本原理、特點(diǎn)、設(shè)計(jì)方法及過程控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真。

內(nèi)容包括MATLAB與Simulink技術(shù)、PID控制策略、單回路控制系統(tǒng)、串級(jí)控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)、選擇性控制系統(tǒng)、補(bǔ)償控制系統(tǒng)、解耦控制系統(tǒng)，以及典型控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)、參數(shù)整定和計(jì)算機(jī)仿真。

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本書深入淺出地闡述了MATLAB軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)、使用方法及其在電氣工程和控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。全書共分為12章，主要內(nèi)容包括MATLAB概述、MATLAB數(shù)值運(yùn)算、程序設(shè)計(jì)、圖形處理功能、SIMULINK基礎(chǔ)、MATLAB在電路中的基本應(yīng)用、直流穩(wěn)態(tài)電路的仿真分析、動(dòng)態(tài)電路的時(shí)域仿真分析、正弦交流電路的仿真分析、線性系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、線性系統(tǒng)的仿真分析、離散系統(tǒng)的仿真分析。本書結(jié)合作者在長(zhǎng)期教學(xué)和科研工作中的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)，講述了應(yīng)用MATLAB軟件建模、仿真以及調(diào)試中的一些技巧，從而使讀者能夠快速地分析問題與解決問題。

本書具有示例豐富、語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、實(shí)用性強(qiáng)、簡(jiǎn)單易學(xué)等特點(diǎn)，可以作為高等學(xué)校計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、信息工程、電子工程等相關(guān)專業(yè)的參考書，也可供從事電氣工程、控制工程及計(jì)算機(jī)仿真等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員和科研人員參考。