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第1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5

工业过程常用控制装置6

现场总线6

1.3控制系统的性能指标10

稳态与动态10

控制系统的过渡过程11

控制系统的性能指标11

第2章 工业过程数学模型14

2.1工业过程稳态数学模型14

机理建模14

经验建模16

机理与经验的组合建模17

2.2工业过程动态数学模型概论18

动态数学模型的作用和要求18

动态数学模型的类型19

典型过程动态特性20

建立动态数学模型的途径22

2.3工业过程动态机理模型24

动态数学模型的一般列写方法24

串接液位贮槽的数学模型24

换热器的数学模型26

二元物系精馏塔的数学模型27

连续搅拌槽式反应器的数学模型32

2.4过程辨识与参数估计34

阶跃响应法34

脉冲响应法35

第3章 常用复杂控制系统36

3.1串级控制系统36

串级控制系统的基本原理和结构36

串级控制系统的特点38

串级控制系统的设计40

串级控制系统控制器参数整定及投运41

串级控制系统应用实例42

3.2比值控制系统42

基本原理和结构42

比值系数的计算44

比值控制系统设计和工程应用中的问题46

比值控制系统的参数整定和投运46

比值控制系统应用实例46

3.3均匀控制系统48

均匀控制系统的基本原理和结构48

均匀控制系统的控制规律的选择及参数整定49

3.4前馈控制系统50

基本原理50

前馈-反馈控制系统51

前馈控制系统的设计及工程实施中的若干问题52

前馈控制系统的投运和参数整定53

前馈控制系统的应用实例53

3.5选择性控制系统54

基本原理和结构54

选择性控制系统设计和工程应用中的问题56

3.6分程控制系统57

不同工况需要不同的控制手段58

扩大控制阀的可调范围59

3.7双重控制系统59

基本原理和结构59

双重控制系统设计和工程应用中的问题60

双重控制系统应用实例61

3.8差拍控制系统61

差拍控制系统61

达林控制算法62

V.E.控制算法63

第4章 推断控制65

4.1简单推断控制65

内回流控制65

热焓控制66

流化床干燥器湿含量推断控制67

4.2推断控制系统68

推断控制系统68

推断反馈控制系统70

4.3输出可测条件下的推断控制71

系统组成71

模型误差对系统性能的影响72

4.4应用实例73

脱丁烷塔的推断控制73

丙烯精馏塔的非线性推断控制系统75

第5章 软测量技术77

5.1软测量技术概论78

机理分析与辅助变量的选择78

数据采集和处理78

软测量模型的建立79

软测量模型的在线校正79

5.2软测量建模方法——回归分析80

多元线性和逐步回归80

主元分析和主元回归（PCA、PCR）82

部分最小二乘法（PLS）83

小结84

5.3软测量建模方法——人工神经网络85

BP网络85

RBF网络88

5.4软测量建模方法——基于核函数方法93

支持向量机软测量建模93

Kernel PCR软测量建模94

Kernel PLS软测量建模95

混合核函数方法及其在软测量建模中的应用96

5.5软测量工程设计98

软测量的设计步骤98

过程数据预处理99

数据校正101

模型校正103

5.6工业应用实例103

第6章 基于模型的预测控制106

6.1预测控制的发展106

6.2预测控制的基本原理107

6.3模型算法控制（MAC）110

预测模型110

反馈校正111

设定值与参考轨迹112

最优控制作用112

MAC在实施中应注意的若干问题113

6.4动态矩阵控制（DMC）114

预测模型114

反馈校正116

滚动优化116

6.5预测函数控制117

6.6预测控制软件包120

预测控制软件包的发展121

IDCOM-M控制器122

先进控制软件SMCA123

Honeywell先进控制技术126

DMCplus先进控制软件129

6.7预测控制应用135

先进控制软件包应用135

延迟焦化装置先进控制136

模型预测控制在空分装置上的应用141

第7章 解耦控制系统146

7.1系统的关联分析146

系统的关联分析146

相对增益147

动态相对增益149

7.2减少与解除耦合途径151

被控变量与操纵变量间正确匹配151

控制器的参数整定152

减少控制回路152

串接的解耦控制153

模式控制154

7.3串接解耦控制155

对角线矩阵法155

单位矩阵法155

前馈补偿法156

设计中的有关问题156

7.4工业应用实例157

第8章 纯滞后补偿控制系统161

8.1纯滞后对控制质量的影响161

8.2史密斯预估补偿控制方案162

基本原理和结构162

史密斯预估补偿控制实施中若干问题163

应用示例164

8.3改进史密斯预估补偿控制165

增益自适应补偿控制166

大纯滞后过程的双控制器方案166

8.4观测补偿器控制方案169

观测补偿控制方案一169

观测补偿控制方案二170

观测补偿控制方案三172

实施中的几个问题173

应用实例173

8.5内部模型控制（IMC）174

内部模型控制的基本结构174

内部模型控制器的设计175

带滤波器的内模控制系统的设计176

内部模型控制的一般结构178

第9章 自适应控制和鲁棒控制179

9.1简单自适应控制系统179

依据偏差来自动调整控制算法179

依据扰动来自动调整控制算法180

自整定调节器180

9.2模型参考型自适应控制系统183

参数最优化方法183

基于李雅普诺夫稳定性理论的方法185

9.3自校正控制系统186

自校正控制器187

炼油厂蒸馏塔的自校正控制系统190

结束语191

9.4鲁棒控制191

引言191

鲁棒调节器设计方法192

H∞控制194

第10章 状态反馈控制199

10.1状态空间分析基础199

10.2状态反馈和极点配置202

状态反馈的概念202

状态反馈控制的极点任意配置设计方法203

10.3 PID控制与状态反馈控制206

10.4状态反馈控制系统的频率域设计方法209

10.5工业应用实例211

第11章 网络控制系统214

11.1网络控制系统结构214

引言214

网络控制系统结构类型215

11.2网络控制系统中的基本问题216

时延216

包传输（丢包、单包与多包）217

通信带宽限制217

控制质量（Quality-of-Control，QoC）218

实时调度218

11.3网络控制系统设计220

概述220

系统组成220

数据采集系统221

速压控制系统及位置控制系统222

11.4网络控制系统的主要研究方向224

网络控制系统建模与稳定性分析224

基于模型的网络控制设计224

网络控制系统协同设计方法225

交换式以太网226

无线网络控制系统227

网络控制系统仿真（TrueTime、NS）227

周期性控制与基于事件的控制228

11.5网络控制系统应用实例228

第12章 智能控制232

12.1模糊控制232

模糊控制系统的基本结构233

模糊控制的数学基础234

模糊控制器的设计239

模糊PID控制器244

12.2神经网络控制246

人工神经元和人工神经网络247

典型神经网络248

神经网络建模250

神经网络控制252

12.3专家系统253

专家系统254

专家控制256

专家控制系统应用示例259

第13章 故障检测诊断和容错控制262

13.1故障检测和诊断的基本概念262

13.2故障检测和诊断的主要方法263

基于解析模型的故障诊断方法264

基于信号的故障诊断方法265

基于知识的故障诊断方法266

基于SVM技术的故障检测与诊断270

13.3极具潜力的研究问题271

13.4故障检测与诊断的应用273

酮苯脱蜡过程中滤机的状态273

酮苯脱蜡过程滤机的状态切换274

滤机运行异常工况的诊断275

酮苯脱蜡滤机异常工况诊断系统的实现278

13.5容错控制及应用279

容错控制设计的主要方法280

容错控制的应用285

第14章 典型工业生产过程的先进控制290

14.1合成氨过程先进控制290

变换炉的控制290

转化炉水／碳比控制291

合成塔的控制292

合成氨优化控制294

14.2常减压过程先进控制296

加热炉的广义预测控制296

常压蒸馏塔多变量预测控制297

减压精馏塔智能多变量控制系统301

14.3催化裂化过程先进控制303

催化裂化装置多变量预测控制303

反再系统专家控制系统305

催化裂化装置故障诊断系统307

14.4乙烯生产过程先进控制312

裂解过程的控制312

乙烯精馏塔控制315

乙炔加氢反应器控制319

14.5生化过程先进控制321

生化过程参数的软测量322

青霉素发酵过程控制323

啤酒发酵过程控制324

典型生化过程的计算机控制325