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第1章 工业过程先进控制技术概述1

1.1 工业过控制技术发展历程1

1.1.1 引言1

1.1.2 自动控制理论与过程控制的发展过程2

1.1.3 工业自动化技术工具的发展过程3

1.2 工业过程控制理论及应用5

1.2.1 工业过程控制理论5

1.2.2 工业生产过程的特殊性7

1.2.3 过程控制理论在工业生产过程中的应用9

1.3 工业生产过程的先进控制10

1.3.1 何为先进控制？10

1.3.2 先进控制的发展现状11

1.3.3 先进控制的核心内容13

1.3.4 先进控制工程化方法14

1.3.5 先进控制经济效益15

1.3.6 先进控制面临的挑战16

参考文献16

第2章 过程模型的建立17

2.1 模型重要性17

2.2 过程建模一般原理18

2.3 典型工业过程建模21

2.3.1 液体贮存系统22

2.3.2 一类热焓过程的模型化23

2.3.3 连续带搅拌反应器建模(CSTR)25

2.3.4 三级吸收塔系统(级联过程)26

2.4.1 线性迭代建模27

2.4 阶跃响应经验建模27

2.4.2 非线性迭代建模30

参考文献32

第3章 软测量技术及其应用33

3.1 引言33

3.2 软测量建模方法33

3.2.1 软测量模型的数学描述33

3.2.2 软测量建模的主要数学基础34

3.2.3 软测量建模的主要方法37

3.3 软测量器工程化设计及实施38

3.3.1 辅助变量的初选38

3.3.2 现场数据采集与处理39

3.3.3 辅助变量精选--输入数据集降维39

3.3.4 软测量模型的结构选择40

3.3.5 模型参数的估计41

3.3.6 软测量模型实施41

3.4 软测量模型的自校正及维护42

3.4.1 在线自校正42

3.4.2 模型更新42

3.5 软测量技术工业应用示例42

3.5.1 催化裂化装置反应-再生部分软测量42

3.5.2 催化裂化装置分馏塔部分软测量44

3.5.3 航空煤油密度软测量44

参考文献47

第4章 内模控制48

4.1 引言48

4.2.1 内模控制结构及其等价形式49

4.2.2 内模控制的主要性质49

4.2 内模控制基本原理49

4.2.3 内模控制的实现问题51

4.3 内模控制器设计--连续过程51

4.3.1 Gp(s)的分解52

4.3.2 滤波器设计53

4.3.3 鲁棒性问题53

4.3.4 设计示例54

4.4 内模控制器设计--离散过程58

4.4.1 开环稳定过程58

4.4.2 开环不稳定过程62

4.5 多输入多输出(MIMO)过程内模控制64

4.5.1 基本概念64

4.5.2 MIMO过程IMC设计65

4.6.1 SMPC方法67

4.6 简化模型预测控制(SMPC)67

4.6.2 SMPC的内模控制结构68

4.6.3 改进的SMPC算法71

4.6.4 多变量SMPC算法72

4.7 内模控制的工业应用74

4.7.1 基于内模控制的PID控制器参数整定74

4.7.2 热交换器温度控制78

参考文献79

第5章 模型预测控制81

5.1 引言81

5.2 模型预测控制基本原理82

5.3 预测控制基本算法84

5.3.1 模型算法控制84

5.3.2 动态矩阵控制88

5.3.3 广义预测控制91

5.4 大时滞过程的预测控制及其应用95

5.4.1 时滞过程的控制问题95

5.4.2 大时滞过程的预测控制96

5.4.3 时滞过程预测控制的工业应用97

5.5 多变量协调预测控制及应用99

5.5.1 约束多变量预测控制问题99

5.5.2 基于关联分析的多变量协调预测控制策略101

5.5.3 仿真研究102

5.5.4 工业应用103

参考文献108

第6章 预测函数控制109

6.1 引言109

6.2.2 预测模型110

6.2 预测函数控制基本原理110

6.2.1 基函数的概念110

6.2.3 误差预测及补偿111

6.2.4 优化计算111

6.3 典型工业过程的预测函数控制112

6.3.1 一阶过程112

6.3.2 一阶加纯滞后过程115

6.4 预测函数控制的稳定性与鲁棒性117

6.4.1 双值预测函数控制的内模结构118

6.4.2 模型匹配时的闭环稳定性118

6.4.3 模型失配时的鲁棒性119

6.5 化学反应过程的预测函数控制120

6.5.1 工艺流程120

6.5.3 仿真研究122

6.5.2 透明控制结构及其实现122

6.5.4 工业应用123

6.6 工业精馏塔重沸炉的预测函数控制126

6.6.1 工艺简介126

6.6.2 重沸炉的预测函数控制127

6.6.3 工业应用128

参考文献129

第7章 模糊控制130

7.1 引言130

7.2 模糊控制的数学基础132

7.2.1 模糊集合及其运算132

7.2.2 模糊关系136

7.2.3 模糊逻辑与模糊推理138

7.2.4 解模糊化144

7.3 模糊控制的基本原理与设计145

7.3.1 模糊控制器的基本结构145

7.3.2 模糊控制器的设计147

7.3.3 模糊控制器设计示例153

7.4 模糊PID控制器155

7.4.1 模糊PID控制器基础155

7.4.2 模糊PID控制器的参数整定157

7.5 模糊控制的新进展159

7.5.1 自适应模糊控制159

7.5.2 基于模糊模型的控制161

7.6.1 工业背景162

7.6.2 模糊控制器的DOS实现162

7.6 模糊控制的工业应用162

7.6.3 工业应用效果164

参考文献164

第8章 神经控制166

8.1 引言166

8.2 基于模型的神经控制166

8.2.1 直接逆控制166

8.2.2 前馈加反馈复合控制167

8.2.3 神经内模控制167

8.2.4 基于神经网络的预测控制168

8.2.5 神经自适应控制168

8.3.2 模糊神经网络控制169

8.3.3 神经鲁棒控制169

8.3.1 基于神经网络的PID控制169

8.3 其他神经网络控制系统169

8.3.4 用于控制系统的神经网络模型170

8.4 一个例子--汽油调和过程的神经内模优化控制170

8.4.1 汽油调和神经网络模型的建立170

8.4.2 汽油管道调和过程的动态模型171

8.4.3 调和过程的内模优化控制器171

8.4.4 仿真结果173

8.5 神经非模型控制174

8.5.1 面向控制的神经元模型及学习策略174

8.5.2 神经非模型控制的结构175

8.5.3 一个例子--水轮发电机组的神经元控制176

8.6.3 神经网络用于求解控制领域中的相关问题180

8.6.2 工业过程控制180

8.6.4 神经控制存在的问题180

8.6.1 神经机器人控制系统180

8.6 神经控制技术的应用及存在的问题180

8.6.5 研究展望181

参考文献182

第9章 专家控制186

9.1 引言186

9.2 专家控制系统的概念和特征186

9.3 专家控制系统的分类188

9.3.1 基于规则的专家整定和自适应控制器188

9.3.2 专家监督控制系统188

9.3.3 混合型专家控制系统189

9.3.4 实时专家智能控制系统189

9.3.5 仿人智能控制系统190

9.4 专家控制系统的基本思想和结构191

9.4.1 专家控制的基本思想191

9.4.2 专家控制系统的组织结构193

9.5 专家控制系统在过程控制领域中的应用194

9.5.1 专家控制在工业控制中应用概况194

9.5.2 专家控制的应用示例195

9.6 专家控制实用化问题198

9.6.1 实时知识库的构建和更新198

9.6.2 实时推理技术的应用198

9.6.3 智能化接口199

参考文献199

第10章 过程数据校正技术201

10.1 引言201

10.2.1 线性稳态数据协调原理202

10.2 过程数据校正技术原理202

10.2.2 显著误差检测原理203

10.2.3 系统冗余性分析原理206

10.3 过程数据校正技术的工程应用208

10.3.1 数据校正工程化软件的功能与实施209

10.3.2一个炼化公司的物流数据校正工业应用实例212

参考文献217

第11章 计算机集成控制技术219

11.1 计算机集成控制目的和意义219

11.1.1 流程工业生产过程运作特点219

11.1.2 计算机综合集成控制220

11.2 信息源与信息集成系统221

11.2.1 企业信息和数据来源221

11.2.2 信息分类与编码222

11.2.3 企业信息系统综合集成技术224

11.2.4 企业信息系统综合集成例子225

11.3 流程工业的运作与信息结构226

11.3.1 企业运行概述226

11.3.2 企业决策功能227

11.3.3 期望目标(运行)实施228

11.3.4 监督控制228

11.4 综合集成优化控制231

11.4.1 综合集成在线优化控制概述231

11.4.2 最优操作工况234

11.5 计划与调度优化238

11.5.1 流程工业生产计划与调度的特点238

11.5.2 基于Petrofine的计划与调度优化239

11.5.3 PIMS在炼油企业中应用242

参考文献244