工業過程辨識與控制

1 程序控制的基本概念
1.1 工業程序控制系統
1.2 PID控制
1.2.1 比例作用
1.2.2 積分作用
1.2.3 微分作用
1.2.4 閉環系統的穩定性
1.3 控制器設計的時域方法
1.4 控制器設計的頻域方法
1.4.1 基於頻域回應穩態增益的控制器設計
1.4.2 採用頻域回應判據設計控制器
習題與思考題

2 高級程序控制
2.1 高級程序控制系統結構
2.1.1 直接合成
2.1.2 內模控制近似模型調整規律
2.2 程序控制系統的積分飽和現象和抗飽和方案
2.2.1 輸入受限
2.2.2 回饋補償
2.2.3 可實現參考值
2.2.4 條件積分
2.3 先進PID控制器參數調整
2.3.1 圖表法
2.3.2 兩點法
2.3.3 面積法
2.4 繼電器回饋
習題與思考題

3 複雜動態系統的控制器設計
3.1 複雜過程動態特性
3.2 時間延遲系統的控制
3.2.1 常規回饋控制器設計
3.2.2 Smith預估器
3.2.3 改進的Smith預估器
3.3 負回應系統
3.3.1 負回應系統的控制
3.3.2 負回應補償
3.4 開環不穩定系統
3.4.1 控制系統設計的難點
3.4.2 兩步法設計
習題與思考題

4 複雜控制系統
4.1 基本概念
4.2 串級控制系統
4.2.1 串級控制的基本原理
4.2.2 串級控制器參數調整
4.2.3 串級控制系統的防積分飽和
4.3 前饋控制
4.3.1 前饋控制器的設計
4.3.2 實際中需要注意的事項
4.3.3 回饋/前饋控制
4.4 比值控制
4.5 單個輸入控制多個輸出
4.6 多個輸入控制單個輸出
4.7 推斷控制
4.7.1 回饋控制方法
4.7.2 串級控制
4.7.3 基於估計器的控制
4.7.4 推斷控制
習題與思考題

5 工業過程系統的經驗建模與辨識
5.1 基礎概念
5.1.1 過程辨識的基本定義
5.1.2 經驗建模的原則
5.2 最小二乘法
5.2.1 線性方法
5.2.2 線性化模型
5.2.3 加權最小二乘法
5.2.4 遞推最小二乘法
5.2.5 指數型遺忘最小二乘法
5.3 傅裡葉理論
5.3.1 傅裡葉變換
5.3.2 傅裡葉變換的性質
5.3.3 離散傅裡葉變換(DFT)
5.3.4 快速傅裡葉變換(FFT)
5.4 描述函數
5.4.1 基本概念
5.4.2 描述函數估計
5.4.3 典型的非線性環節
5 .4.4 極限環
習題與思考題

6 基於階躍回應的參數辨識
6.1 階躍回應辨識的基本概念
6.2 開環階躍測試的典型方法
6.2.1 LOG方法
6.2.2 兩點法
6.2.3 面積法
6.3 用於開環回路測試的最小二乘法
6.4 經典的閉環回路階躍測試
6.5 系統在PID控制下的最小二乘法
6.5.1 問題描述
6.5.2 遞迴求解
6.5.3 傳遞函數模型辨識
6.5.4 應用和模擬實例
習題與思考題

7 基於繼電測試的參數辨識
7.1 繼電回饋的基本原理
7.1.1 產生穩定的振盪
7.1.2 估計傳遞函數
7.1.3 傅裡葉變換法
7.2 改進的繼電回饋測試
7.2.1 不對稱的開關回饋
7.2.2 帶磁滯的開關
7.2.3 帶滯後的磁滯的實現
7.2.4 不對稱磁滯開關
7.3 非傳統的繼電回饋方法
7.3.1 帶積分的開關回饋
7.3.2 雙開關測試
7.3.3 開關加階躍
習題與思考題

8 基於脈衝回應的參數辨識
8.1 脈衝回應辨識
8.1.1 基本原理
8.1.2 一般理論
8.1.3 簡單模型形式的辨識
8.1.4 從實驗資料中獲得矩
8.1.5 從其他回應中得到脈衝響應資料
8.2 基於脈衝回應的頻率辨識
8.2.1 頻率回應
8.2.2 頻譜
8.3 用於自調節過程的辨識
8.4 模擬實例
習題與思考題

9 多變數過程系統的參數辨識
9.1 多變數系統辨識的基礎概念
9.2 TITO過程閉環階躍測試
9.2.1 分散辨識
9.2.2 時域辨識
9.2.3 頻域辨識
9.3 一般MIMO過程的辨識
9.3.1 測試過程和一般公式
9.3.2 解耦辨識系統
9.4 不對稱雙邊脈衝辨識
9.5 模擬舉例
習題與思考題

10 多變數系統控制基礎知識
10.1 基本概念
10.1.1 輸入/輸出配對
10.1.2 相互關聯
10.1.3 操作視窗
10.1.4 能控性與能觀測性
10.2 多變數過程模型
10.2.1 狀態空間模型形式
10.2.2 傳遞函數模型形式
10.2.3 兩種模型之間的關係
10.3 開環分析
10.3.1 解析解
10.3.2 穩定性
10.3.3 開環傳遞函數分析
10.3.4 奇異性-奇異值
10.3.5 動態分析
10.4 閉環動態分析
10.4.1 多變數方框圖
10.4.2 閉環傳遞函數
10.4.3 閉環暫態回應
10.4.4 閉環穩定性
習題與思考題

11 多變數系統的耦合性分析
11.1 預備知識
11.1.1 控制回路耦合性的測度
11.1.2 基於耦合分析的回路配對
11.2 相對增益序列(RGA)
11.2.1 RGA的性質
11.2.2 由第一原理計算RGA
11.2.3 計算RGA的矩陣方法
11.3 利用RGA進行回路配對
11.3.1 RGA元素的說明
11.3.2 基本配對規則
11.4 附加規則
11.4.1 Niederlinski定理
11.4.2 Niederlinski 配對規則
11.4.3 Jacobi特徵值判據
11.4.4 回路配對規則的應用
11.5 其他系統的配對
11.5.1 非線性系統的回路配對
11.5.2 帶積分環節的系統回路配對
11.5.3 非方系統的回路配對
11.5.4 時間解耦
11.5.5 無過程模型的回路配對
11.6 相對干擾增益
習題與思考題

12 MIMO過程分散控制
12.1 預備知識
12.1.1 一般概念
12.1.2 兩入兩出系統
12.2 經典的多回路控制器設計
12.2.1 採用試湊誤差法設計多回路控制器
12.2.2 采用最優化方法設計多回路控制器
12.2.3 採用RGA失調因數法設計多回路控制器
12.3 基於回路分解的控制器設計
12.3.1 結構分解
12.3.2 增益裕度和相角裕度設計
12.3.3 模擬實例
12.4 基於Nyquist穩定性判據設計
12.4.1 分散控制系統穩定性分析
12.4.2 分散系統的穩定域
12.4.3 模擬實例
習題與思考題

13 控制系統的性能評估與監控
13.1 概述
13.2 數學基礎知識
13.2.1 統計學
13.2.2 變數的標度化
13.2.3 多元線性回歸(MLR)
13.2.4 正態分佈
13.3 性能監測
13.3.1 極限測試
13.3.2 性能參數的計算
13.3.3 ｘ－(斯華特)控制圖
13.3.4 s控制圖
13.4 統計程序控制
13.4.1 品質程序控制的理論基礎
13.4.2 點圖測驗和西部電氣規則
13.4.3 CUSUM控制圖
13.4.4 EWMA控制圖
習題與思考題

14 控制系統的構成
14.1 概述
14.2 感測器
14.2.1 選擇標準
14.2.2 溫度感測器
14.2.3 流量感測器
14.2.4 壓力傳感器
14.2.5 液位感測器
14.2.6 線上分析儀
14.3 執行器
14.3.1 選擇標準
14.3.2 閥門的主要特性
14.3.3 閥門的選擇和安裝
14.4 控制信號的傳輸
14.4.1 概述
14.4.2 類比信號傳輸
14.4.3 數位通信
習題與思考題
參考文獻