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第1章 概述 1

1.1过程控制的要求与任务 1

1.2过程控制系统的组成与特点 2

1.2.1过程控制系统的组成 2

1.2.2过程控制系统的特点 4

1.3过程控制系统的性能指标 5

1.3.1单项性能指标 5

1.3.2综合性能指标 6

1.4过程控制系统的设计 7

1.4.1过程控制系统设计的基本步骤 7

1.4.2确定控制变量与控制方案 7

1.4.3过程控制系统硬件选择 9

1.5过程控制的发展与趋势 10

1.5.1过程控制装置的进展 10

1.5.2过程控制策略的进展 12

本章小结 12

习题 13

第2章 被控过程的数学模型 14

2.1过程模型概述 14

2.1.1被控过程的动态特性 14

2.1.2数学模型的表达形式与要求 17

2.1.3建立过程数学模型的基本方法 19

2.2机理法建模 20

2.2.1单容对象的传递函数 20

2.2.2多容对象的传递函数 24

2.3测试法建模 27

2.3.1对象特性的实验测定方法 27

2.3.2测定动态特性的时域法 28

2.3.3测定动态特性的频域法 34

2.4利用MATLAB建立过程模型 36

本章小结 40

习题 40

第3章 执行器 42

3.1气动调节阀的结构 42

3.1.1气动执行机构 43

3.1.2阀 43

3.1.3阀门定位器 44

3.2调节阀的流量系数 45

3.2.1调节阀的流量方程 45

3.2.2流量系数的定义 46

3.2.3流量系数计算 47

3.3调节阀结构特性和流量特性 51

3.3.1调节阀的结构特性 51

3.3.2调节阀的流量特性 54

3.3.3调节阀的可调比 57

3.4气动调节阀的选型 59

3.4.1调节阀结构形式的选择 59

3.4.2调节阀气开与气关形式的选择 60

3.4.3调节阀流量特性的选择 60

3.4.4调节阀口径的确定 62

3.5利用MATLAB确定调节阀的口径 68

本章小结 74

习题 74

第4章 PID控制原理 76

4.1PID控制的特点 76

4.2比例控制（P控制） 76

4.2.1比例控制的调节规律和比例带 76

4.2.2比例控制的特点 78

4.2.3比例带对控制过程的影响 79

4.3比例积分控制（PI控制） 80

4.3.1积分控制的调节规律 80

4.3.2比例积分控制的调节规律 82

4.3.3积分饱和现象与抗积分饱和的措施 84

4.4比例积分微分控制（PID控制） 86

4.4.1微分控制的调节规律 86

4.4.2比例微分控制的调节规律 87

4.4.3比例微分控制的特点 88

4.4.4比例积分微分控制的调节规律 89

4.5数字PID控制 90

4.5.1基本的数字PID控制算法 90

4.5.2改进的数字PID控制算法 91

4.6利用MATLAB实现PID控制规律 93

本章小结 97

习题 98

第5章 简单控制系统 99

5.1简单控制系统的分析 99

5.1.1控制系统的工作过程 99

5.1.2简单控制系统的组成 100

5.2简单控制系统的设计 101

5.2.1被控变量和操作变量的选择 102

5.2.2测量变送装置的选择 104

5.2.3控制器的选型 106

5.3简单控制系统的整定 110

5.3.1控制器参数整定的基本要求 110

5.3.2PID控制器参数的工程整定 112

5.3.3PID控制器参数的自整定 119

5.4简单控制系统的投运 122

5.5简单控制系统的故障与处理 124

5.6利用MATLAB对简单控制系统进行仿真 125

5.6.1利用MATLAB对PID控制器参数进行整定 125

5.6.2利用Simulink对PID控制器参数进行自整定 128

本章小结 131

习题 132

第6章 串级控制系统 133

6.1串级控制系统的基本概念 133

6.1.1串级控制的提出 133

6.1.2串级控制系统的组成 135

6.1.3串级控制系统的工作过程 136

6.2串级控制系统的分析 138

6.2.1增强系统的抗干扰能力 138

6.2.2改善对象的动态特性 139

6.2.3对负荷变化有一定的自适应能力 141

6.3串级控制系统的设计 142

6.3.1副回路的选择 142

6.3.2主、副回路工作频率的选择 144

6.3.3主、副控制器的选型 146

6.4串级控制系统的整定 149

6.4.1逐步逼近法 149

6.4.2两步整定法 150

6.4.3一步整定法 150

6.5串级控制系统的投运 151

6.6利用MATLAB对串级控制系统进行仿真 152

本章小结 157

习题 157

第7章 补偿控制系统 158

7.1补偿控制的原理 158

7.2前馈控制系统 159

7.2.1前馈控制的概念 159

7.2.2前馈控制系统的结构 160

7.2.3前馈控制系统的设计 166

7.2.4前馈控制系统的整定 170

7.3大迟延控制系统 173

7.3.1大迟延系统的概述 173

7.3.2大迟延控制系统的设计 173

7.4利用MATLAB对补偿控制系统进行仿真 179

本章小结 182

习题 183

第8章 特殊控制系统 184

8.1比值控制系统 184

8.1.1比值控制的概念 184

8.1.2比值控制系统的类型 185

8.1.3比值控制系统的设计 188

8.1.4控制器的选型和整定 196

8.2均匀控制系统 197

8.2.1均匀控制的概念 197

8.2.2均匀控制系统的设计 198

8.2.3均匀控制系统的整定 201

8.3分程控制系统 203

8.3.1分程控制的概念 203

8.3.2分程控制系统的应用 204

8.3.3分程控制系统的实施 207

8.4选择性控制系统 209

8.4.1选择性控制的概念 209

8.4.2选择性控制系统的类型 209

8.4.3控制器的选型和整定 212

8.5利用MATLAB对特殊控制系统进行仿真 214

本章小结 217

习题 217

第9章 解耦控制系统 219

9.1解耦控制的基本概念 219

9.1.1控制回路间的耦合 219

9.1.2被控对象的典型耦合结构 220

9.2解耦控制系统的分析 221

9.2.1耦合程度的分析 221

9.2.2相对增益分析法 222

9.2.3减少及消除耦合的方法 228

9.3解耦控制系统的设计 229

9.3.1前馈补偿解耦法 230

9.3.2反馈解耦法 232

9.3.3对角阵解耦法 233

9.34单位阵解耦法 234

9.4解耦控制系统的实施 235

9.4.1解耦控制系统的稳定性 236

9.4.2多变量控制系统的部分解耦 236

9.4.3解耦控制系统的简化 237

9.5利用MATLAB对解耦控制系统进行仿真 237

本章小结 241

习题 242

第10章 计算机过程控制系统 244

10.1计算机过程控制系统简介 244

10.2计算机过程控制系统的组成 244

10.3计算机过程控制系统的类型 246

10.4先进过程控制方法 250

本章小结 254

习题 254

附录A仪表位号 255

参考文献 257