2011_过程控制系统_黄德先_金以慧
金以慧《过程控制系统》的新版，这本书讲的很全，虽然不一定很深入，本人没全部看完。国高等学校自动化专业系列教材学校自动化专业教学指导分委员会牵头规划t普通高等教育“+一五”国家级划教材Process Control Systems过程控制系统黄德先Huang Dexian清华大学王京春编著Wang Jingchun金以慧lin yirui清华大学出版社北京内容简介本书是作者在清华大学自动化专业多年教学和科研的总结,是在193年出版的教材《过程控制》(金以慧主编,清华大学出版社)的基础上重新编写而成的。全书系统地阐述了简单和复杂控制系统的结构、原理、设计、分析与评价·并深人剖析了两个典型生产过程控制的实例,力图从生产过程特点出发,对控制系统进行综合设计和优选。在此基础上还讨论了过程计算机控制系统,进一步介绍了几种先进控制策略,并增加了诸如间歇过程控制、整厂控制、实时最优化、过程监控等学科前沿的内容,力求反映近年来过程控制的新发展。全书从数学和物理的基本概念着手,阐述过程控制问题的本质和特点,并添加了思考题、白学部分以及自己设计实验等内容,为培养自学能力、创新思维等提供了较大的空间。本书是面向研究型大学本科生的教材,因而更强调理论与实际的结合,培养学生分析问題和解决问题的能力,注重对前沿学科发展的理解和分析。本书可作为高等院校自动控制类和相关专业的教材,并供有关科技人员参考本书封面贴有清华大学出版社防伪标签,无标签者不得销售。版权所有,侵权必究。侵权举报电话:010-6278298913701121933图书在版编目(CIP)数据过程控制系统/黄德先,王京春,金以慧编著.一北京:清华大学出版社,2011.5(全国高等学校自动化专业系列教材)SBN978-7-30224291-8I,①过…Ⅱ.①黄…②王…③金…Ⅲ.①过程控制一自动控制系统-高等学校一教材Ⅳ.①TP273中国版本图书馆CIP数据核宇(2010)第252111号责任编辑:王一玲责任校对:焦丽丽责任印制:杨艳出版发行:清华大学出版社地址:北京清华大学学研大厦A座http:/www.tup,com,cn邮编:100084社总机:010-62770175邮购:010-62786544投稿与读者服务:010-62795954,jsjjc@tup.tsinghua.edu.cn质量反馈:010-62772015, zhiliang tup. tsinghua.edu.cn印装者:北京密云胶印厂经销:全国新华书店开本:175×245印张:41.5字数;874千字版次:2011年5月第1版印次:2011年5月第1次印刷印数:~300定价:59.50元产品编号:017419-01《全国高等学校自动化专业系列教材》编审委员会顾问(按姓氏笔画王行愚(华东理工大学)冯纯伯(东南大学)孙优贤(浙江大学)吴启迪(同济大学)张嗣瀛(东北大学)陈伯时(上海大学)陈翰馥(中国科学院)郑大钟(清华大学)郑南宁(西安交通大学)韩崇昭(西安交通大学)主任委员吴澄(清华大学)副主任委员:赵光宙(浙江大学)萧德云(清华大学)委员(按姓氏笔画):王雄(清华大学)方华京(华中科技大学)史震(哈尔滨工程大学)田作华(上海交通大学)卢京潮(西北工业大学)孙鹤旭(河北工业大学刘建昌(东北大学)吴刚(中国科技大学)吴成东〔沈阳建筑工程学院)吴爱国(天津大学)陈庆伟(南京理工大学)陈兴林(哈尔滨工业大学)郑志强(国防科技大学)赵曜(四川大学)段其昌(重庆大学)程鹏(北京航空航天大学)谢克明(太原理工大学)韩九强(西安交通大学褚健(淅江大学)蔡鸿程(清华大学出版社)廖晓钟(北京理工大学)戴先中(东南大学)工作小组(组长):萧德云(清华大学)〔成员):陈伯时(上海大学)郑大钟(清华大学)田作华(上海交通大学)赵光宙(浙江大学)韩九强〔西安交通大学)陈兴林(哈尔滨工业大学)陈庆伟(南京理工大学)助理):郭晓华(清华大学)责任编辑:王一玲(清华大学出版社出版说明《全固高等学自动化专业系列敖材》>x为适应我国对高等学校自动化专业人才培养的需要,配合各高校教学改革的进程,创建一套符合自动化专业培养目标和教学改革要求的新型自动化专业系列教材,“教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会”(简称“教指委”)联合了“中国自动化学会教育工作委员会”、“中国电工技术学会高校工业自动化教育专业委员会”、“中国系统仿真学会教育工作委员会”和“中国机械工业教育协会电气工程及自动化学科委员会”四个委员会,以教学创新为指导思想,以教材带动教学改革为方针,设立专项资助基金,采用全国公开招标方式,组织编写出版一套自动化专业系列教材《全国高等学校自动化专业系列教材》本系列教材主要面向本科生,同时兼顾研究生;覆盖面包括专业基础课、专业核心课、专业选修课、实践环节课和专业综合训练课;重点突出自动化专业基础理论和前沿技术;以文字教材为主,适当包括多媒体教材;以主教材为主,适当包括习题集、实验指导书、教师参考书、多媒体课件、网络课程脚本等辅助教材;力求做到符合自动化专业培养目标、反映自动化专业教育改革方向、满足自动化专业教学需要;努力创造使之成为具有先进性、创新性、适用性和系统性的特色品牌教材本系列教材在“教指委”的领导下,从2004年起,通过招标机制,计划用3~4年时间出版50本左右教材,2006年开始陆续出版问世。为满足多层面、多类型的教学需求,同类教材可能出版多种版本本系列教材的主要读者群是自动化专业及相关专业的大学生和研究生,以及相关领域和部门的科学工作者和工程技术人员。我们希望本系列教材既能为在校大学生和研究生的学习提供内容先进、论述系统和适于教学的教材或参考书,也能为广大科学工作者和工程技术人员的知识更新与继续学习提供适合的参考资料。感谢使用本系列教材的广大教师、学生和科技工作者的热情支持,并欢迎提出批评和意见。《全国高等学校自动化专业系列教材》编审委员会2005年10月于北京序FOREWORD*3S.自动化学科有着光荣的历史和重要的地位,20世纪50年代我国政府就十分重视自动化学科的发展和自动化专业人才的培养。五十多年来,自动化科学技术在众多领域发挥了重大作用,如航空、航天等,两弹一星的伟大工程就包含了许多自动化科学技术的成果。自动化科学技术也改变了我国工业整体的面貌,不论是石油化工、电力、钢铁,还是轻工、建材、医药等领域都要用到自动化手段,在国防工业中自动化的作用更是巨大的。现在,世界上有很多非常活跃的领域都离不开自动化技术,比如机器人、月球车等。另外,自动化学科对一些交又学科的发展同样起到了积极的促进作用,例如网络控制、量子控制、流媒体控制、生物信息学、系统生物学等学科就是在系统论、控制论、信息论的影响下得到不断的发展。在整个世界已经进入信息时代的背景下,中国要完成工业化的任务还很重,或者说我们正处在后工业化的阶段。因此,国家提出走新型工业化的道路和“信息化带动工业化,工业化促进信息化”的科学发展观,这对自动化科学技术的发展是一个前所末有的战略机遇机遇难得,人才更难得。要发展自动化学科,人才是基础、是关键。高等学校是人才培养的基地,或者说人才培养是高等学校的根本。作为高等学校的领导和教师始终要把人才培养放在第一位,具体对自动化系或自动化学院的领导和教师来说,要时刻想着为国家关键行业和战线培养和输送优秀的自动化技术人才。影响人才培养的因素很多,涉及教学改革的方方面面,包括如何拓宽专业口径、优化教学计划、增强教学柔性、强化通识教育、提高知识起点、降低专业重心、加强基础知识、强调专业实践等,其中构建融会贯通、紧密配合、有机联系的课程体系,编写有利于促进学生个性发展培养学生创新能力的教材尤为重要。清华大学吴澄院士领导的《全国高等学校自动化专业系列教材》编审委员会,根据自动化学科对自动化技术人才素质与能力的需求,充分吸取国外自动化教材的优势与特点,在全国范围内,以招标方式,组织编写了这套自动化专业系列教材,这对推动高等学校自动化专业发展与人才培养具有重要的意义。这套系列教材的建设有新思路、新机制,适应了高等学校教学改革与发展的新形势,立足创建精品教材,重视实过程控制系统践性环节在人才培养中的作用,采用了竞争机制,以激励和推动教材建设。在此,我谨向参与本系列教材规划、组织、编写的老师致以诚挚的感谢,并希望该系列教材在全国高等学校自动化专业人才培养中发挥应有的作用。吴些教授2005年10月于教育部序FOREWORD《全国高等学校自动化专业系列教材》编审委员会在对国内外部分大学有关自动化专业的教材做深入调研的基础上,广泛听取了各方面的意见,以招标方式,组织编写了一套面向全国本科生(兼顾研究生)、体现自动化专业教材整体规划和课程体系、强调专业基础和理论联系实际的系列教材,自2006年起将陆续面世。全套系列教材共50多本,涵盖了自动化学科的主要知识领域,大部分教材都配置了包括电子教案、多媒体课件、习题辅导、课程实验指导书等立体化教材配件。此外,为强调落实“加强实践教育,培养创新人才”的教学改革思想,还特别规划了一组专业实验教程,包括《自动控制原理实验教程》、《运动控制实验教程》、《过程控制实验教程》《检测技术实验教程》和《计算机控制系统实验教程》等。自动化科学技术是一门应用性很强的学科,面对的是各种各样错综复杂的系统,控制对象可能是确定性的,也可能是随机性的;控制方法可能是常规控制,也可能需要优化控制。这样的学科专业人才应该具有什么样的知识结构,又应该如何通过专业教材来体现,这正是“系列教材编审委员会”规划系列教材时所面临的问题。为此,设立了《自动化专业课程体系结构研究》专项研究课题,成立了由清华大学萧德云教授负责,包括清华大学、上海交通大学、西安交通大学和东北大学等多所院校参与的联合研究小组,对自动化专业课程体系结构进行深入的研究,提出了按“控制理论与工程、控制系统与技术、系统理论与工程、信息处理与分析、计算机与网络、软件基础与工程、专业课程实验”等知识板块构建的课程体系结构。以此为基础,组织规划了一套涵盖几十门自动化专业基础课程和专业课程的系列教材。从基础理论到控制技术,从系统理论到工程实践,从计算机技术到信号处理,从设计分析到课程实验,涉及的知识单元多达数百个、知识点几千个,介入的学校50多所,参与的教授120多人,是一项庞大的系统工程。从编制招标要求、公布招标公告,到组织投标和评审,最后商定教材大纲,凝聚着全国百佘名教授的心血,为的是编写出版一套具有一定规模、富有特色的、既考虑研究型大学又考虑应用型大学的自动化专业创新型系列教材。然而,如何进一步构建完善的自动化专业教材体系结构?如何建设基础知识与最新知识有机融合的教材?如何充分利用现代技术,适应现代大学生的接受习惯,改变教材单一形态,建设数字化电子化、网络化等多元过程控制系统形态、开放性的“广义教材”?等等,这些都还有待我们进行更深入的研究。本套系列教材的出版,对更新自动化专业的知识体系、改善教学条件、创造个性化的教学环境,一定会起到积极的作用。但是由于受各方面条件所限,本套教材从整体结构到每本书的知识组成都可能存在许多不当甚至谬误之处,还望使用本套教材的广大教师、学生及各界人士不吝批评指正关院士2005年10月于清华大学
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通信原理MATLAB仿真实验指导书
通信原理MATLAB仿真实验指导书V3.0最终版内容很全的实验指导书通信原理仿真实验指导书林志谋目录实验:基础实验的建模仿真实验:信道与噪声仿真实验:调制与解调仿真实验:调制与解调仿真实验调制与解调仿真实验编码与解码仿真实验:单极性码与双极性码眼图仿真实验调制与解调仿真实验调制与解调仿真实验调制与解调仿真实验:循环码的差错控制系统仿真综合实验:通信系统的仿真附录程序设计通信原理仿真实验指导书林志谋实验:基础、实验目的:.熟悉开发环境掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算熟悉和了解图形绘制程序编辑的基本指令;熟悉掌握利用图形编辑窗口编辑和修改图形界面,并添加图形的各种标注掌握等指令格式和语法二、实验原理:基础知识程序设计语言简介的缩写,是由公司升发的一套用科学工程计算的可视化髙性能语言,具有强大的矩阵运算能力。与大家常用的和等高级语言相比,的语法规则更简单,更贴近人的思维方方式,被称为“草稿纸式的语言”软件主要由主包、仿真系统()和工具箱()主大部分组成。界面及帮助基本界面如图所示,命令窗口包含标题栏、菜单栏、工具栏、命令行区、状态栏、垂盲和水平波动条等区域。标题栏菜单栏工具栏命令行区状态栏垂直和水平瘕动条)ATLA日? Ntt Dr ivory C MATLA86A5B=iwuEy1山具C2 dPubLe wrE田用田田3TZ doublE Wra面自172自的272 double ra9 dpublE rsa double wremn■double r电田ydoubl mri1.00000mm-0.1.0>I Workspace cuuneniDIncnpiF国]47【7.193,E,日:151117笔k【7,19B,z,B1,45图基本界面()菜单栏在主窗凵的菜单栏,共包含和个菜单项菜单项:菜单项实现有关文件的操作。通信原理仿真实验指导书林志谋菜单项:菜单项用于命令窗∏的编辑操作。菜单项:菜单项用于设置集成环境的显示方式。菜单项:菜单项用于设置的操作。菜单项:主窗口菜单栏上的菜单,只包含一个子菜单用」关闭所有打开的编辑器窗凵,包括和窗凵。菜单项菜单项用于提供帮助信息()工只栏主窗∏的工具栏共提供了个命令按钮。这些命令按钮均有对应的菜单命令,但比菜单命令使用起来更快捷、方便,()命令行区按以下顺序对输入命令进行解释:检查它是否是工作空间中的变量,实则显示变量内容检查它是否是嵌入函数,是则运行之。检查它是否是子函数。检查它是否是私有函数检查它是否是位于搜索路径范围內的函数文件或脚本文件甲有以下几种方法可获得帮助()帮助命令()是查询函数相关信息的最直接方式,信息会直接显示在命令窗中键入,会显示相关信息命令可以从键入的关键字列出所有相关的题材,和/相比覆盖范围更广,可查找到某个主题所有词组或短语。()帮助窗凵()提供与帮助命令相同的信息,但帮助窗凵界面更为方便直接。()帮助桌面()通过在命令窗口中选择帮助菜单的“选项或键入命令即可进入帮助桌面。()在线帮助页是帮助桌面的在线帮助均有相应的格式文件。网站,对于连接入的用户通过公司的网站询问有关问题。熟悉环境桌面和命令窗口、命令历史窗、帮助信息浏览器、工作空间浏览器文件和搜索路径浏览器。掌握常用命令除命令窗口中内容清除工作空间中变量对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明查找具有某种功能的函数但却不知道该函数的准确名称査询工作空间中的变量信息变量与运算符变量命名规则如下()变量名可以由英语字母、数字和下划线组成()变量名应以英文字母开头()长度不大于个()区分大小写中设置了一些特殊的变量与常量,列于下表。表的特殊变量与常量变量名1功能说明变量名功能说明默认变量名,以应答最小的正实数最近一次操作运算结果通信原理仿真实验指导书林志谋或虚数单位无穷大圆周率不定值(浮点数的相对误差网数实际输入参数个数最大的正实数函数实际输出参数个数运算符,通过下面几个表来说明的各种常用运算符表算术运算符操作符功能说明操作符功能说明矩阵左除数组左除矩阵乘矩阵右除数组乘数组右除矩阵乘方矩阵转置数组乘方数组转置表关系运算符操作符功能说明等于不等于大于小于人于等于小于等于逻辑运算符逻辑运算符逻辑运算说明逻辑与逻辑或逻辑非逻辑异或表特殊运算符号功能说明示例符号功能说明例分隔行分隔列注释构成向量、矩阵调用操作系统命令构成单元数组用于赋值1的一维、二维数组的寻访通信原理仿真实验指导书林志谋表了数组访问与赋值常用的相关指令格式指令格式指令功能数组中指定行、指定列之元素组成的子数组数组中指定行对应的所有列之元素组成的了数组数组中指定列对应的所有行之元素组成的了数组数组中各列元素首尾相连组成的“维长列”了数组维长列了数组中的第个元素数组中指定行、指定列之元素组成的子数组的赋值数组仝元素赋值,保持的行宽、列长不变,、两组几素总合应相同的基本运算表两种运算指令形式和实质内涵的异同表数组运算矩阵运算指令含义含义非共轭转置共轭转置把标量赋给的每个元素标量分别与元素之和标量分别与元素之差标量分别与元素之积标量分别与每个元素之积标量分别被的元素除阵的逆乘的每个元素自乘次阵为方阵,自乘次对各元素分别求非整数幂方阵的非整数乘方对应元素相加矩阵相加对应元素相减矩阵相减对应元素相乘内维相同矩阵相乘的元素别的对应元泰除右除与上相同左除以自然数为底,分别以的元素为的矩阵指数函数指数,求幂对的各元素求对数「的矩阵对数函数对的各元素求平方根的矩阵平方根函数的常用函数表标准数组生成函数指令含义含义对角形数组(对高维不适用)生均匀分布随机数组单位数组(对高维不适用)E正态分布随机数组产生魔数组(对高维不适用)生全数组产生全数组返回指定矩阵的行数和列表数组操作函数通信原理仿真实验指导书林志谋指令含义提取对角线元素,或生成对角阵以数组“水平中线”为对称轴,交换上下对称位置上的数组儿素以数组“垂直中线”为对称轴,交换左右对称位置上的数组元素在总元素数不变的前提下,改变数组的“行数、列数”矩阵逆时针旋转度方阵的行列式值矩阵的秩三、实验内容和步骤学习使用命令例如在命令窗口输入,然后根据帮助说明,学习使用指令(其它不会用的指令依照此方法类推学习使用观察和等窗口的变化结果,执行前后有什么不同?初步程序的编写练习新建,保存(自己设定文件名,例如……),学习使用的基木运算符、数组寻访指令、标准数组生成函数和数组操作函数。注意:每一次的修改后,都要存盘。二维曲线绘图基本指令演示。指令基本操作演示问题:本例运作后,再试验观察产生图形的有什么不同,为什么?问题:本例运作后,再试验观察产生图形的有什么不同,为什么?问题:本例运作后,再试验观察产生图形的有什么不同,为什么?用图形表示连续调制波形及其包络线。通信原理仿真实验指导书林志谋0∈问题请查找的的帮助,想想怎么用行语句来代替卜面这行一句绘制标准三维曲面。函数的调用格式为:凶数的调用格式为还有一个函数,称为多峰函数,常用于三维曲面的演示。图像如下:四、实验报告要求:回答实验内容和步骤上面所有的问题。并总结本次实验遇到了哪些问题?你是怎么解决的?如何避免下次实验再遇到同样的问题?如何在帮助窗口,帮助命令,帮助演示中查找的相关命令和演示程序?软件由几部分组成?各有什么作用?通信原理仿真实验指导书林志谋实验的建模仿真、实验目的熟悉工作环境及特点.掌握线性系统仿真常用基本模块的用法掌握的建模与仿真方法二、实验原理:简介提供的用于对动态系统进行建模、仿真和分析的工具包。提供了专门用」显示输岀信号的模块,可以在仿真过程中随时观察仿真结果。同时,通过的存储模块,仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作区或文件中,供用户在仿真结束之后对数据进行分析和处理。另外,把具有特定功能的代码组织成模块的方式,并且这些模块可以组织成具有等级结构的子系统,因此具有内在的模块化设计要求。基于上述优点,成为一种通用的仿真建模工具,)泛应用于通信仿真、数字信号处理、模糊逻辑、神经网终.机控制和虚拟现实等领域。它使用户把精力从编程转向模型的构造。随着实验的不断深入,你们会发现它为用户省去了许多重复的代码编写工作,用户就不必、步步地从最底层廾始编写。如果把动态系统建模仿真过程比作建造房子,那么用高级语言或语言编写的仿真程序的方式就如同是从一堆沙子开始造房子。这不但麻烦,而且有许多重复操作,建造者的精力会大量地浪费在一些相同地例如把沙子变成砖块的事情上,以及如何把它们组在一起变成房子这些技术性的事情.而不能把更多的精力集中用到房子的设计上,这在计算机仿真里,就等于是把精力厦多地投入到某一个具体的算法的设计上,而不是用到模型的设计构造本身,的目的就是让用户能化更多的精力投入到模型设计本身。它首先提供了些基本模块,这些模块就放在上面的库浏览器里.用户可以调用这些模块,而不必再从最基△的做起的每个模块对用户而言都是透明的,用户只需知道模块的输入输出以及模块旳功能,而不必管模块内部是怎么实现。于是,留给用户的事情就是如何连接这些模块来完成自的仿真任务。连接的方式在里是很简单的,例如要连接两个摸块只需要将一个模块的输入和另一个模块的输岀用一根直线连起米就行了。模型构造好之后,用户可以进行仿真、等待结果、或者改变参数,再运行。至于像各个模块在运行时如何执行,时间是如何采样离散系统,事件足如何驱动等等细节性问题,用户可以根木不用去关心,都替你做好了。总之,把那些最没有意思、最烦人的细节都屏蔽掉了,而留绐用户的是一个友好的环境,让用户以最轻松、最有效的万式完成他们感兴趣的东西。启动的方法有很多种,按照的传统方式,只要在的命令窗口中键入:个称为的窗口就会弹出,如下图所示:
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