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第1章 虚拟过程仿真实验平台概述1

1.1 虚拟过程仿真实验平台架构1

1.1.1 虚拟过程仿真系统组成1

1.1.2 操作组态界面1

1.1.3 控制系统构建3

1.2 仿真系统软件4

1.2.1 Matlab简介4

1.2.2 Simulink简介5

1.2.3 组态王简介5

1.2.4 OPC技术简介7

1.3 虚拟过程仿真实验平台运行步骤15

1.3.1 组态程序与Simulink程序的匹配16

1.3.2 虚拟仿真实验系统启动顺序17

1.3.3 虚拟仿真实验系统停止顺序17

1.3.4 仿真实验平台运行注意事项17

第2章 过程控制系统18

2.1 简单控制系统18

2.2 过程控制动态性能指标19

2.3 串级控制系统20

2.3.1 基本概念20

2.3.2 串级控制系统的设计22

2.3.3 串级控制系统的投运和整定23

2.4 常用的过程整定24

2.4.1 比例积分微分控制整定24

2.4.2 串级控制PID参数整定27

2.5 前馈-反馈控制系统30

2.5.1 前馈-反馈控制系统的概念30

2.5.2 前馈-反馈控制系统的设计31

2.5.3 前馈-反馈控制系统的参数整定32

2.6 选择控制系统33

2.6.1 选择控制系统的概述33

2.6.2 选择控制系统的分类33

2.6.3 选择控制系统的设计34

2.6.4 选择控制系统的参数整定35

2.7 比值控制系统35

2.7.1 比值控制系统的定义35

2.7.2 比值控制系统的分类36

2.7.3 比例控制器的参数整定42

2.8 均匀控制系统43

2.8.1 均匀控制系统的由来43

2.8.2 均匀控制系统的简介44

2.8.3 均匀控制系统的实现方案45

2.8.4 均匀控制的参数整定48

2.9 三冲量控制系统48

2.9.1 锅炉三冲量简介48

2.9.2 锅炉三冲量的工作原理49

2.9.3 锅炉三冲量的调节过程50

2.10 Smith预估控制系统50

2.10.1 大滞后系统简介50

2.10.2 大滞后系统的特点及常规控制策略51

2.11 解耦控制系统53

2.11.1 耦合现象53

2.11.2 解耦控制系统的应用53

2.12 分程控制系统55

2.12.1 分程控制系统的概念55

2.12.2 分程控制系统的实现55

2.12.3 分程控制系统的应用55

2.12.4 分程控制系统的设计与控制器参数的整定58

第3章 控制算法59

3.1 PID控制器原理及特点59

3.1.1 常规PID控制59

3.1.2 增量PID控制60

3.2 串级PID控制61

3.3 神经网络PID控制61

3.3.1 函数信号与误差信号的计算63

3.3.2 神经网络训练算法63

3.4 模糊PID控制65

3.4.1 模糊PID控制方式简介65

3.4.2 模糊PID算法65

3.4.3 模糊PID参数调试66

3.5 预测控制67

3.6 前馈-反馈控制68

3.7 解耦控制71

第4章 复杂过程控制虚拟实验74

4.1 双容水箱液位串级PID控制及抗干扰实验74

4.1.1 实验目的74

4.1.2 实验设备74

4.1.3 实验工艺流程74

4.1.4 实验内容与实验步骤75

4.1.5 实验结果分析80

4.1.6 实验注意事项80

4.1.7 思考题80

4.2 双容水箱双闭环比值PID控制实验81

4.2.1 实验目的81

4.2.2 实验设备81

4.2.3 实验工艺流程81

4.2.4 实验内容与实验步骤82

4.2.5 实验结果分析87

4.2.6 实验注意事项87

4.2.7 思考题87

4.3 电加热水箱温度与流量的前馈-反馈控制实验88

4.3.1 实验目的88

4.3.2 实验设备88

4.3.3 实验工艺流程88

4.3.4 实验内容与实验步骤89

4.3.5 实验结果分析93

4.3.6 实验注意事项93

4.3.7 思考题94

4.4 锅炉三冲量控制实验94

4.4.1 实验目的94

4.4.2 实验设备94

4.4.3 实验工艺流程94

4.4.4 实验内容与实验步骤95

4.4.5 实验结果分析100

4.4.6 实验注意事项100

4.4.7 思考题100

4.5 大型储罐分程控制实验101

4.5.1 实验目的101

4.5.2 实验设备101

4.5.3 实验工艺流程101

4.5.4 实验内容与实验步骤102

4.5.5 实验结果分析105

4.5.6 实验注意事项105

4.5.7 思考题105

4.6 双位水箱液位与流量均匀控制实验105

4.6.1 实验目的105

4.6.2 实验设备106

4.6.3 实验工艺流程106

4.6.4 实验内容与实验步骤107

4.6.5 实验结果分析110

4.6.6 实验注意事项110

4.6.7 思考题111

4.7 反应釜温度与液位解耦控制实验111

4.7.1 实验目的111

4.7.2 实验设备111

4.7.3 实验工艺流程111

4.7.4 实验内容与实验步骤112

4.7.5 实验结果分析120

4.7.6 实验注意事项121

4.7.7 思考题121

4.8 三容水箱的Smith预估控制系统实验121

4.8.1 实验目的121

4.8.2 实验设备121

4.8.3 实验工艺流程121

4.8.4 实验内容与实验步骤123

4.8.5 实验结果分析130

4.8.6 实验注意事项131

4.8.7 思考题131

4.9 锅炉液位选择控制系统实验131

4.9.1 实验目的131

4.9.2 实验设备131

4.9.3 实验工艺流程131

4.9.4 实验内容与实验步骤133

4.9.5 实验结果分析136

4.9.6 实验注意事项136

4.9.7 思考题137

4.10 三容水箱的多变量控制系统实验137

4.10.1 实验目的137

4.10.2 实验设备137

4.10.3 实验工艺流程137

4.10.4 实验内容与实验步骤138

4.10.5 实验结果分析142

4.10.6 实验注意事项142

4.10.7 思考题142

第5章 智能过程控制虚拟实验143

5.1 双容水箱液位串级神经网络控制实验143

5.1.1 实验目的143

5.1.2 实验设备143

5.1.3 实验工艺流程143

5.1.4 实验内容与实验步骤145

5.1.5 实验结果分析150

5.1.6 实验注意事项150

5.1.7 思考题150

5.2 双闭环比值BP神经网络PID控制实验151

5.2.1 实验目的151

5.2.2 实验设备151

5.2.3 实验工艺流程151

5.2.4 实验内容与实验步骤152

5.2.5 实验结果分析159

5.2.6 实验注意事项159

5.2.7 思考题159

5.3 三容水箱模糊PID控制实验160

5.3.1 实验目的160

5.3.2 实验设备160

5.3.3 实验工艺流程160

5.3.4 实验内容与实验步骤161

5.3.5 实验结果分析166

5.3.6 实验注意事项166

5.3.7 思考题166

第6章 虚拟仿真实验附表167

6.1 单PID控制器调试167

6.2 双PID控制器调试167

6.3 Smith预估控制系统168

6.4 三容水箱模糊PID控制系统169

6.5 分程控制系统169

6.6 三冲量控制系统170

6.7 三容水箱多变量控制系统170

6.8 选择控制系统171

参考文献172