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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　控制系统MATLAB仿真基础10

2.1 MATLAB系统概述10

2.1.1 MATLAB简介10

2.1.2 MATLAB集成环境的组成11

2.1.3 MATLAB编程基础14

2.2 MATLAB数值计算功能16

2.2.1 MATLAB数据类型16

2.2.2　矩阵及其运算18

2.3 MATLAB图形功能21

2.3.1　二维图形的绘制21

2.3.2　三维图形的绘制25

2.4　程序设计27

2.4.1　M文件27

2.4.2　流程控制语句30

2.5　Simulink仿真基础32

2.5.1 Simulink的基本操作32

2.5.2　系统仿真及参数设置36

2.5.3　Simulink仿真分析38

第3章　PID控制器39

3.1　概述39

3.2　比例调节器40

3.2.1 比例调节和比例带40

3.2.2　比例调节的特点41

3.3　积分调节器46

3.3.1　积分调节器概述46

3.3.2　积分调节器的特点46

3.3.3　积分速度对控制系统的影响46

3.4　比例积分调节器48

3.4.1　比例积分调节48

3.4.2　比例积分调节器的特点49

3.4.3 比例积分调节器对系统过渡过程的影响49

3.4.4　积分饱和及防止53

3.5　比例微分调节器55

3.5.1　比例微分控制算法55

3.5.2　比例微分调节器的特点56

3.6　比例积分微分调节器58

3.6.1 比例积分微分调节器的表达式58

3.6.2 PID调节器的频率响应特性59

3.6.3 PID调节器的阶跃响应59

3.7　数字式PID调节器62

3.7.1　数字式PID控制算法的形式62

3.7.2　数字式PID控制算法的特点63

3.8　改进的PID控制算法64

3.8.1　积分分离PID控制算法64

3.8.2　抗积分饱和PID控制算法67

3.8.3　梯形积分PID控制算法69

3.8.4　变速积分PID控制算法69

3.8.5　微分先行PID控制算法73

3.8.6　比例先行I-PD控制算法75

3.8.7　带有死区的PID调节器76

3.9　PID调节器参数的工程整定77

3.9.1 PID调节器参数整定的原则79

3.9.2 PID调节器工程整定法的特点79

3.9.3　PID调节器参数的工程整定79

第4章　简单过程控制系统及MATLAB计算与仿真92

4.1 简单过程控制系统的组成92

4.2　简单过程控制系统的设计93

4.2.1　被控对象的动态特性93

4.2.2　被控变量的选择103

4.2.3　操纵变量的选择103

4.2.4　检测变送环节104

4.2.5　执行器（调节阀）的选择106

4.3　简单过程控制系统的MATLAB计算与仿真115

第5章 串级控制系统及MATLAB计算与仿真120

5.1 串级控制系统的基本原理和结构120

5.1.1 串级控制系统的基本概念120

5.1.2　串级控制系统的组成123

5.1.3　串级控制系统的工作过程124

5.2　串级控制系统的分析与设计127

5.2.1 串级控制系统的分析127

5.2.2　串级控制系统的设计136

5.3 串级控制系统控制器参数的整定143

5.3.1　逐步逼近法143

5.3.2　两步整定法143

5.3.3　一步整定法144

5.4 串级控制系统应用的MATLAB计算与仿真145

5.4.1 串级控制系统用于克服变化剧烈和幅值大的干扰145

5.4.2　串级控制系统用于克服对象的纯滞后151

5.4.3　串级控制系统用于克服对象的容量滞后154

5.4.4　串级控制系统用于克服对象特性的非线性158

第6章　特殊控制系统的MATLAB计算与仿真162

6.1 比值控制系统162

6.1.1　比值控制原理162

6.1.2 比值控制系统的结构类型162

6.2　比值控制系统设计166

6.2.1　主动量、从动量的选择166

6.2.2　控制方案的选择166

6.2.3　调节器控制规律的选择166

6.2.4　比值系数的计算167

6.2.5　实施方案的选择168

6.2.6　调节器参数的整定169

6.3 比值控制系统的MATLAB计算与仿真169

6.4　均匀控制系统178

6.4.1　均匀控制的概念178

6.4.2　均匀控制系统的特点178

6.5　均匀控制系统的结构形式179

6.5.1　简单均匀控制179

6.5.2　串级均匀控制180

6.5.3　双冲量均匀控制180

6.5.4　控制规律的选择181

6.5.5　均匀控制系统参数整定181

6.6　均匀控制系统的MATLAB计算与仿真182

6.7　分程控制系统186

6.7.1　分程控制的概念186

6.7.2　分程控制系统的应用187

6.7.3　分程控制应用中的几个问题189

6.7.4　分程控制的应用190

6.8　选择性控制系统191

6.8.1　选择性控制的概念191

6.8.2　选择性控制系统的类型191

6.8.3　选择性控制系统设计196

6.8.4　选择性控制系统的应用197

6.9　双重控制系统198

6.9.1　基本原理和结构198

6.9.2　双重控制系统设计199

6.9.3　双重控制系统的MATLAB计算与仿真199

6.10　应用实例204

6.10.1 间歇式生产化学反应的分程控制204

6.10.2　精馏过程中冷凝器的选择性控制系统204

6.10.3 甲烷转化反应中的比值控制及比值报警系统205

6.10.4　隧道窑炉的串级及比值控制系统205

6.10.5　加热炉的安全联锁保护系统206

第7章　补偿控制系统及MATLAB计算与仿真207

7.1　前馈控制系统207

7.1.1　前馈控制系统的原理和特点207

7.1.2　前馈控制系统的基本结构209

7.2　前馈控制系统的设计211

7.2.1　前馈控制系统可实现的条件211

7.2.2　前馈控制器的实施212

7.2.3　前馈控制系统的参数整定213

7.3　前馈控制系统的MATLAB计算与仿真219

7.3.1　前馈控制系统219

7.3.2　前馈-反馈控制系统220

7.4　大时滞过程控制系统及MATLAB计算与仿真225

7.4.1　改进的常规控制方案226

7.4.2　预估补偿控制228

7.4.3　采样控制方案235

第8章　解耦控制系统的MATLAB计算与仿真236

8.1　多变量控制系统的耦合236

8.1.1　第一增益237

8.1.2　第二增益238

8.1.3　相对增益238

8.1.4　相对增益的性质239

8.1.5　多输入多输出系统的相对增益矩阵239

8.2　消除和减弱耦合的方法242

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242

8.2.2　控制器的参数整定243

8.2.3　减少控制回路243

8.2.4　串接解耦控制243

8.3　解耦控制系统设计243

8.3.1　对角阵解耦控制243

8.3.2　单位矩阵解耦控制248

8.3.3　前馈补偿解耦控制250

8.3.4　反馈解耦控制251

8.3.5　简化解耦控制系统254

8.4　解耦控制系统的MATLAB计算与仿真254

第9章　典型过程控制系统261

9.1　传热设备的控制系统261

9.1.1　传热设备的类型261

9.1.2　传热设备的控制目的261

9.1.3　换热器的控制262

9.1.4　蒸汽加热器的控制269

9.1.5　冷凝冷却器的控制271

9.2　锅炉设备的控制272

9.2.1　锅炉设备概述272

9.2.2　锅炉汽包水位控制274

9.2.3　锅炉燃烧控制系统284

参考文献297