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第1章 自动控制系统的数学描述1

1.1 拉普拉斯变换1

1.1.1 拉氏变换的定义1

1.1.2 拉氏变换的主要性质1

1.1.3 常用函数的拉氏变换5

1.1.4 拉氏反变换7

1.1.5 利用拉氏变换解微分方程11

1.2 系统的动态特性11

1.2.1 微分方程12

1.2.2 传递函数12

1.2.3 输入响应法15

1.2.4 频率响应法16

1.2.5 状态变量表示法18

1.2.6 控制理论的一般问题18

1.3 环节的联接方式和典型环节的动态特性21

1.3.1 环节的基本联接方式21

1.3.2 典型环节的动态特性24

1.4 物理系统传递函数的推导31

1.4.1 系统的方块图表示31

1.4.2 方块图的等效变换33

1.4.3 求RLC电路传递函数的等效阻抗法37

1.5 信号流图37

1.5.1 信号流图的结构和术语37

1.5.2 信号流图的画法38

1.5.3 信号流图的化简39

1.5.4 梅逊公式42

习题43

第2章 系统分析47

2.1 系统分析的基本概念47

2.1.1 系统分析的一般方法47

2.1.2 系统的传递函数和系统的稳定性48

2.2 劳斯(Routh)稳定判据49

2.2.1 系统稳定的必要而不充分条件49

2.2.2 劳斯判据49

2.2.3 劳斯判据用于低阶系统54

2.2.4 劳斯判据用于判断系统的稳定性裕度54

2.3 奈魁斯特(Nyquist)稳定判据56

2.3.1 幅角定理56

2.3.2 奈氏准则57

2.3.3 广义频率特性66

2.3.4 对数坐标图--伯德图67

2.3.5 最小相位系统及其稳定性裕度69

2.4 一阶系统分析70

2.4.1 一阶系统的瞬态响应70

2.4.2 一阶系统的过渡时间t？71

2.5 二阶系统分析71

2.5.1 二阶系统的稳定性分析71

2.5.2 0<ξ<1时二阶系统分析73

2.5.3 二阶系统的频率特性78

2.6 高阶系统分析80

2.6.1 闭环主导极点80

2.6.2 高阶系统的瞬态响应分析80

2.7 系统分析的根轨迹法83

2.7.1 根轨迹的基本概念83

2.7.2 根轨迹作图的规则84

2.7.3 含有纯迟延环节的根轨迹89

习题91

第3章 热工过程自动调节系统的分析和整定95

3.1 热工对象的动态特性95

3.1.1 热工对象动态特性的特点95

3.1.2 用特征参数近似表示对象的动态特性96

3.1.3 由飞升曲线近似求取传递函数97

3.1.4 热工对象的频率特性101

3.2 调节规律和调节器102

3.2.1 三种基本调节规律102

3.2.2 工业调节器的动态特性103

3.3 单回路调节系统的分析105

3.3.1 稳定性分析105

3.3.2 调节系统的静态偏差108

3.3.3 调节系统的动态偏差109

3.3.4 调节系统的调节时间109

3.4 单回路调节系统的整定112

3.4.1 保证稳定性指标m的计算整定方法112

3.4.2 图表整定法114

3.4.3 实验整定法115

3.5 利用根轨迹法整定调节系统116

3.5.1 采用P调节器的系统的根轨迹法整定116

3.5.2 采用PD调节器的系统的根轨迹法整定116

3.5.3 采用PI调节器的系统的根轨迹法整定118

3.5.4 采用PID调节器的系统的根轨迹法整定120

3.6 复杂调节系统121

3.6.1 串级调节系统121

3.6.2 前馈--反馈控制系统125

3.6.3 解耦控制126

3.6.4 纯迟延补偿135

3.7 PID调节规律的数字实现138

3.7.1 信号的采集和处理139

3.7.2 模拟信号的恢复142

3.7.3 PID调节规律的数字算法143

3.7.4 数字PID调节系统的整定145

3.7.5 PID控制算法的改进147

习题150

第4章 火力发电厂大型单元机组自动控制系统152

4.1 火力发电厂单元机组的生产过程及其自动控制152

4.1.1 单元机组的生产过程152

4.1.2 单元机组自动控制系统的组成153

4.1.3 单元机组控制系统中的协调控制级154

4.1.4 单元机组控制系统中的基础控制级155

4.2 单元机组负荷控制系统156

4.2.1 单元机组动态特性156

4.2.2 锅炉跟随汽轮机的负荷调节系统158

4.2.3 汽轮机跟随锅炉的负荷调节系统160

4.2.4 协调控制方式162

4.2.5 实际负荷控制系统举例163

4.3 单元机组汽包锅炉燃烧控制系统165

4.3.1 汽压被控对象的生产过程165

4.3.2 汽压被控对象的动态特性166

4.3.3 燃料量控制子系统169

4.3.4 送风量控制子系统171

4.3.5 引风控制子系统173

4.3.6 燃烧调节系统的整定174

4.4 给水控制系统177

4.4.1 汽包水位被控对象的动态特性177

4.4.2 前馈-反馈给水调节系统180

4.4.3 串级给水控制系统183

4.4.4 全程给水控制系统183

4.5 汽温控制系统187

4.5.1 过热汽温的动态特性188

4.5.2 串级过热汽温控制系统190

4.5.3 过热汽温控制系统的工程设计实例191

4.5.4 改善汽温调节性能的其它措施192

习题193

第5章 集散控制系统196

5.1 概述196

5.1.1 工业过程的计算机控制196

5.1.2 集散控制系统的特点198

5.1.3 集散控制系统的可靠性198

5.1.4 集散控制系统的发展201

5.2 集散控制系统的体系结构201

5.2.1 集散控制系统的组成201

5.2.2 集散控制系统的功能结构202

5.2.3 集散控制系统的网络体系203

5.2.4 现场总线技术的发展207

5.3 集散控制系统的硬件和软件210

5.3.1 集散控制系统的硬软件结构概述210

5.3.2 现场控制站211

5.3.3 操作员站(工程师站)213

5.3.4 过程控制级中的智能数字调节器和PLC215

5.3.5 现场控制站的软件215

5.3.6 系统软件217

5.3.7 组态软件218

5.4 典型集散控制系统及其在火电机组控制中的应用221

5.4.1 TDC-3000221

5.4.2 I/AS224

5.4.3 INF1-90225

5.4.4 MAX1000227

5.4.5 CENTUM-XL228

5.4.6 DCS在火电机组控制中的应用229

第6章 控制系统的状态空间分析方法232

6.1 用状态空间方法描述系统的动态特性232

6.1.1 基本概念232

6.1.2 系统特性的状态变量描述方法233

6.1.3 物理系统状态变量的选取235

6.1.4 传递函数和状态空间描述238

6.1.5 状态空间表达式的变换244

6.2 线性定常系统的运动分析250

6.2.1 矩阵指数250

6.2.2 状态方程的求解253

6.2.3 线性定常系统的状态转移阵255

6.2.4 线性定常系统的稳定性258

6.3 系统的可控性和可观性260

6.3.1 线性定常系统的可控性260

6.3.2 线性定常系统的可观性264

6.3.3 线性系统的结构分解267

6.3.4 可控性可观性和传递函数的关系272

6.4 线性系统的状态反馈控制272

6.4.1 状态反馈的基本概念272

6.4.2 状态反馈控制系统的极点配置274

6.4.3 稳态性能的改进276

6.5 最优控制概述279

6.5.1 最优控制的提法279

6.5.2 最优控制的基本关系式280

6.5.3 线性系统的二次型最优控制281

6.5.4 线性定常系统的无限时间最优控制284

6.5.5 输出最优调节器285

习题286

第7章 先进过程控制系统简介290

7.1 预测控制290

7.1.1 预测控制的基本原理290

7.1.2 模型算法预测控制292

7.1.3 动态矩阵控制295

7.1.4 广义预测控制298

7.2 自适应控制303

7.2.1 模型参考自适应控制303

7.2.2 自校正控制307

7.2.3 PID参数的自整定312

7.3 智能控制概述314

7.3.1 专家控制系统与专家控制器315

7.3.2 模糊控制317

7.3.3 神经网络控制323

参考文献330