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第一章 绪论1

1.1 控制理论与工程的发展1

1.2 工业过程常用控制装置和现场总线6

1.2.1 工业过程常用控制装置6

1.2.2 现场总线7

1.3 控制系统的性能指标11

1.3.1 静态与动态12

1.3.2 控制系统的过渡过程13

1.3.3 控制系统的性能指标14

第二章 工业过程数学模型18

2.1 工业过程稳态数学模型18

2.1.1 机理建模18

2.1.2 经验模型20

2.1.3 机理与经验的组合建模22

2.2.1 动态数学模型的作用和要求23

2.2 工业过程动态数学模型概论23

2.2.2 动态数学模型的类型25

2.2.3 建立动态数学模型的途径26

2.3 工业过程动态机理模型28

2.3.1 动态数学模型的一般列写方法28

2.3.2 机理模型建立的实例29

2.4 过程辨识与参数估计31

2.4.1 阶跃响应法31

2.4.2 脉冲响应法33

2.4.3 相关函数法33

2.4.4 最小二乘参数估计法41

第三章 常用复杂控制系统47

3.1 串级控制系统产47

3.1.1 串级控制系统的基本原理和结构47

3.1.2 串级控制系统的特点49

3.1.3 串级控制系统的设计56

3.1.5 串级控制系统的应用实例57

3.1.4 串级控制系统控制器参数的整定57

3.2 比值控制系统59

3.2.1 基本原理和结构59

3.2.2 比值系数的计算61

3.2.3 比值控制系统应用实例62

3.3 均匀控制系统64

3.3.1 均匀控制系统的基本原理和结构64

3.3.2 均匀控制系统的控制规律的选择及参数整定68

3.4 前馈控制系统68

3.4.1 基本原理68

3.4.2 前馈控制的主要结构形式70

3.4.3 前馈控制系统的设计及工程实施中若干问题71

3.4.4 应用实例74

3.5 选择性控制及分程控制系统78

3.5.1 选择性控制系统基本原理和结构78

3.5.2 选择性控制系统设计81

3.5.3 选择性控制系统应用实例82

3.5.4 分程控制系统83

第四章 双重控制及采用阀位控制器的系统85

4.1 双重控制系统85

4.1.1 基本原理和结构85

4.1.2 系统分析86

4.1.3 系统设计与实施中的一些问题89

4.2 浮动塔压控制系统90

4.2.1 浮动塔压控制的基本原理90

4.2.2 浮动塔压控制系统设计中的几个问题91

4.3 采用阀位控制器的控制系统94

第五章 纯滞后补偿控制系统97

5.1 纯滞后对控制质量的影响97

5.1.1 纯滞后出现在干扰通道97

5.1.2 纯滞后出现在反馈通道98

5.1.3 纯滞后出现在前向通道100

5.1.4 纯滞后同时出现在各通道100

5.2.1 基本原理和结构101

5.2 史密斯预估补偿控制方案101

5.2.2 史密斯预估补偿控制实施中的若干问题102

5.2.3 应用实例104

5.3 改进史密斯预估补偿控制106

5.3.1 增益自适应补偿控制106

5.3.2 大纯滞后过程的双控制器方案107

5.4 观测补偿器控制方案110

5.4.1 基本原理和结构110

5.4.2 系统分析112

5.4.3 实施中的几个问题118

5.4.4 应用实例119

5.5 纯滞后对象的采样控制119

5.5.1 基本原理和结构119

5.5.2 实施中的几个问题122

5.6.1 内部模型控制的基本结构123

5.6 内部模型控制(IMC)123

5.6.2 内部模型控制器的设计124

5.6.3 带滤波器的内模控制系统的设计126

5.6.4 内部模型控制的一般结构127

第六章 解耦控制系统129

6.1 系统的关联分析129

6.1.1 系统的关联129

6.1.2 相对增益130

6.2 减少与解除耦合途径133

6.2.1 被控变量与操纵变量间正确匹配133

6.2.2 控制器的参数整定135

6.2.3 减少控制回路136

6.2.4 串接的解耦控制136

6.2.5 模式控制137

6.3 串接解耦控制138

6.3.2 单位矩阵法139

6.3.3 前馈补偿法139

6.3.1 对角线矩阵法139

6.3.4 设计中的有关问题140

6.4 工业应用实例141

第七章 自适应控制和鲁棒控制146

7.1 简单自适应控制系统146

7.1.1 依据偏差自动调整控制算法146

7.1.2 依据扰动自动调整控制算法147

7.1.3 自整定调节器148

7.2 模型参考型自适应控制系统151

7.2.1 参数最优化方法152

7.2.2 基于李雅普诺夫稳定性理论的方法154

7.2.3 连续搅拌槽反应器的模型参考型自适应控制155

7.3 自校正控制系统159

7.3.1 自校正控制器159

7.3.2 炼油厂蒸馏塔的自校正控制系统163

7.4 鲁棒控制165

7.4.1 鲁棒调节器设计方法166

7.4.2 H°°控制169

第八章 差拍控制系统176

8.1 差拍控制系统176

8.1.1 差拍控制原理176

8.1.2 示例178

8.2 达林控制算法179

8.2.1 参数λ的影响180

8.2.2 定值控制算法181

8.3 卡尔曼控制算法183

8.4 V.E.控制算法185

第九章 状态反馈控制189

9.1 状态空间分析基础189

9.2 状态反馈和极点配置193

9.2.1 状态反馈的概念193

9.2.2 状态反馈控制的极点任意配置设计方法195

9.3 PID控制与状态反馈控制199

9.4 状态反馈控制频率域设计方法201

第十章 基于模型的预测控制207

10.1 预测控制的发展207

10.2 预测控制的基本原理208

10.3 模型算法控制(MAC)211

10.3.1 预测模型212

10.3.2 反馈校正214

10.3.3 设定值与参考轨迹214

10.3.4 最优控制作用214

10.3.5 MAC在实施中应注意的若干问题215

10.4 动态矩阵控制217

10.4.1 预测模型217

10.4.2 反馈校正219

10.4.3 滚动优化220

10.5 预测控制软件包221

10.5.1 预测控制软件包的发展222

10.5.2 IDCOM-M控制器223

10.5.3 多变量DMC控制器技术226

10.5.4 先进控制软件SMCA228

10.5.5 DMCplus控制软件包231

10.5.6 鲁棒多变量预估控制技术232

10.6 我国预测控制应用234

10.6.1 近年来引进的部分多变量预测控制软件介绍234

10.6.2 近年来国内自行开发的部分多变量预测控制软件235

10.7 工业应用实例236

10.7.1 常压蒸馏塔多变量预估控制236

10.7.2 FCCU反再系统多变量预估控制243

10.7.3 连续重整装置先进多变量预估控制246

第十一章 推断控制250

11.1 简单推断控制250

11.1.1 内回流控制250

11.1.2 热焓控制252

11.1.3 流化床干燥器湿含量推断控制254

11.2 推断控制系统256

11.2.2 估计器E(s)0257

11.2.3 推断控制器G1(s)257

11.2.1 信号分离257

11.3 推断反馈控制系统258

11.4 输出可测条件下的推断控制260

11.4.1 系统组成260

11.4.2 模型误差对系统性能的影响260

11.5 应用实例262

11.5.1 脱丁烷塔的推断控制262

11.5.2 丙烯精馏塔的非线性推断控制系统264

第十二章 软测量技术267

12.1 软测量技术概论267

12.1.1 机理分析与辅助变量的选择267

12.1.2 数据采集和处理268

12.1.3 软测量模型的建立269

12.2.1 多元线性和逐步回归270

12.1.4 软测量模型的在线校正270

12.2 软测量建模方法—回归分析270

12.2.2 主元分析和主元回归(PCA、PCR)272

12.2.3 部分最小二乘法(PLS)275

12.3 软测量建模方法—人工神经网络277

12.3.1 BP网络278

12.3.2 RBF网络280

12.4 软测量工程设计287

12.4.1 软测量的设计步骤287

12.4.2 过程数据预处理289

12.4.3 数据校正291

12.4.4 模型校正294

12.5 工业应用实例295

12.5.1 烃类转化反应器出口气体中CH4的软测量295

12.5.2 催化裂化分馏塔轻柴油凝固点和粗汽油干点的软测量296

12.5.3 加氢裂化分馏塔柴油倾点和航煤干点的软测量299

12.5.4 常压一线干点和常三线90％点软测量304

12.5.5 延迟焦化分馏塔粗汽油干点软测量305

12.5.6 裂解炉出口乙烯和丙烯收率的软测量306

12.5.7 氯化氢的软测量308

12.5.8 聚丙烯腈粘度的软测量309

12.5.9 乙烯精馏塔塔底乙烯浓度的软测量312

第十三章 故障检测诊断和容错控制317

13.1 故障检测和诊断基本概念317

13.2 故障检测和诊断的主要方法319

13.2.1 基于动态数学模型的方法320

13.2.2 基于知识的方法323

13.3 故障检测与诊断的应用332

13.4 容错控制及应用335

13.4.1 容错控制设计的主要方法335

13.4.2 容错控制的应用342

14.1 模糊理论的基础知识349

第十四章 模糊控制349

14.1.1 模糊集合350

14.1.2 模糊集合中的基本定义和模糊运算353

14.1.3 隶属度函数355

14.1.4 关于模糊集合交和并的运算358

14.1.5 扩张原理与模糊关系361

14.1.6 语言变量、模糊蕴含与模糊推理364

14.2.1 模糊控制器的基本结构366

14.2 模糊控制的基本原理与设计方法366

14.2.2 模糊控制器的设计原理368

14.2.3 基本模糊控制器的设计方法375

14.3 模糊PID控制器381

14.3.1 模糊PID控制器381

14.3.2 模糊自整定PID控制器384

14.4 自适应模糊控制390

14.4.1 基于性能反馈的直接自适应模糊控制390

14.4.2 基于模糊模型求逆的间接自适应模糊控制396

第十五章 专家系统408

15.1 专家系统的基本结构409

15.2 专家系统的类型410

15.3 知识的表达形式413

15.4 推理机制418

15.4.1 推理方法418

15.4.2 推理机的设计原则420

15.5 乙烯精馏塔优化专家系统420

15.6 DCS故障诊断专家系统425

15.7 专家系统在催化裂化装置的应用432

15.7.1 过程监控和故障诊断432

15.7.2 工况判别434

15.7.3 反再系统先进控制专家系统435

15.8 聚酯过程开停车专家系统439

15.8.1 专家控制系统结构439

15.8.3 系统实现440

15.8.2 知识基系统440

第十六章 神经网络控制442

16.1 基本概念443

16.2 人工神经网络443

16.2.1 人工神经网络的拓扑结构443

16.2.2 人工神经网络的学习方法448

16.3 基于神经网络的系统建模与辨识451

16.3.1 利用多层前向网络辨识的一般结构451

16.3.2 基于BP网络的系统辨识454

16.3.3 基于Hopfield网络的系统辨识458

16.3.4 基于Elman动态递归网络的系统辨识459

16.4 神经网络控制器设计460

16.4.1 基于单个神经元的自适应控制463

16.4.2 神经网络PID控制465

16.4.3 神经网络预测控制468

16.4.4 神经网络内模控制471

16.4.5 应用实例475