控制回路基础——批量过程和连续过程 Terrence Blevins, Mark Nixo pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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Terrence Blevins，Mark Ni 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302443728

商品编码：29305294442

包装：平装-胶订

出版时间：2016-11-01

基本信息

书名：控制回路基础——批量过程和连续过程

定价：79.00元

作者：Terrence Blevins, Mark Nixon 陈德基

出版社：清华大学出版社

出版日期：2016-11-01

ISBN：9787302443728

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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在介绍过程特征描述和控制设计的许多地方，读者都会有机会将所学的知识用在基于互联网的专题练习中。读者只要能宽带上网和有一个网络就可以使用专题练习。专题练习包含有动态过程仿真，这样读者会有一种真实的“动手”经历。网站上还有内容用以帮助探索基本和高级控制技术。另外，书门有一章介绍建立过程仿真的技术。这些技术采用绝大多数分布式控制系统都提供的各种工具。在介绍控制技术时，简单的过程实例被用来展示这些技术是如何在工业中使用的。本书关于工业应用的*后一章还包含一些更复杂的工业实例，它们展示如何将基本控制技术结合起来以满足不同的应用需求

内容提要

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本书深入介绍了在过程控制领域中工作所用到的概念和术语。书中的材料表述方式直观，不依赖于控制系统供应商的产品。读者不一定需要在过程工厂环境工作过，也不一定需要熟悉现场设备和控制系统。许多关于实际控制设计和过程应用的材料来自作者在过程控制系统工作的亲身体验。因而此书旨在给各种人员提供一个指南，包括工程师、经理、技术员和其他刚刚接触过程控制的人，或有经验的、但对多回路控制技术还不熟悉的控制工程师。在介绍完工业上常用的传统的单回路和多回路技术之后，本书简单介绍了高级控制技术。不管读者是否是一个过程控制工程师，在一个控制团队工作，或在一个仪表部门工作，书中的知识都将有助于夯实基础以理解和使用现有的控制系统或设计新的控制应用。。

目录

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目录章简介
第2章背景和历史展望
2.1工厂结构
2.2工厂组织
2.2.1过程区域
2.2.2过程设备
2.2.3工厂操作员
2.2.4辅助部门
2.2.5工作实践
2.3早期控制系统
2.4分布式控制系统
2.5操作员界面
2.6系统安装
2.7与外部系统的界面
2.8现代控制系统
2.9标准的影响
参考文献
第3章测量
3.1电磁流量计
3.2涡街流量计
3.3基于差压的测量
3.4科式质量流量计
3.5压力测量
3.6温度测量
3.7液位测量
3.8其他测量技术
参考文献
第4章在线分析仪
4.1采样分析仪和原位分析仪的对比
4.2烟气中的氧O2
4.3流体的pH和ORP
4.4在线估计器
参考文献
第5章终控制元件
5.1调节阀
5.2阻尼驱动器
5.3变频器
5.4切断阀
参考文献
第6章现场布线和通信
6.1传统设备安装
6.2HART设备的安装
6.3现场总线设备的安装
6.4安装无线HART
参考文献
第7章控制和现场仪表文档
7.1平面布置图
7.2过程流程图
7.3管道和仪表图
7.4回路图
7.5标注规范
7.6连接线和功能符号
7.7设备图形符号
7.8文档实例
7.8.1范例——基本中和反应控制系统
7.8.2范例——基本反应塔控制
7.8.3范例——批量反应器控制系统
7.8.4范例——连续进料和回收罐
参考文献
第8章操作员图形界面
8.1报警条件显示
8.2动态元素
8.2.1图符
8.3用户显示
8.4过程性能监测
8.5流程图数据接口
参考文献
第9章过程特征描述
9.1过程结构
9.2过程定义
9.3纯增益过程
9.4纯延迟过程
9.5纯滞后过程
9.6一阶加纯滞后过程
9.7积分过程
9.8反向响应过程
9.9线性过程
9.10专题练习——简介
9.11专题练习——过程特征描述
9.11.1专题练习指导
9.11.2专题综述与讨论
参考文献
0章控制系统的目的
10.1经济激励
10.1.1合成氨工厂范例
10.2安全性、环保法规和设备保护
10.3协调收益和复杂性的平衡
1章单回路控制
11.1手动控制
11.1.1实施
11.1.2输入/输出处理
11.1.3模拟量输入
11.1.4状态
11.1.5手动加载功能块
11.1.6模拟量输出
11.2反馈控制
11.2.1纯比例控制
11.2.2比例积分控制
11.2.3比例�不�分�参⒎挚刂�
11.2.4控制结构
11.2.5控制动作
11.2.6反算
11.3PID功能块实现
11.3.1PID形式和结构
11.3.2模式
11.4脉冲输出
11.4.1占空比控制
11.4.2增加/减少控制
11.5过程动作
11.6专题练习——反馈控制
参考文献
2章整定和回路性能
12.1初始回路整定
12.2手动整定
12.3自动建立整定
12.3.1自动整定应用
12.3.2响应仿真
12.4系统投用——黏滞阀门及其他现场挑战
12.5回路增益特征描述
12.6配对参数与解耦
12.7专题练习——PID整定
12.8专题练习讨论
参考文献
3章多回路控制
13.1前馈控制
13.1.1动态补偿
13.1.2其他实现方式
13.1.3专题练习——前馈控制
13.1.4专题练习讨论
13.2级联控制
13.2.1级联控制的好处
13.2.2范例——过热器温度控制
13.2.3实现
13.2.4专题练习——级联控制
13.3超驰控制
13.3.1超驰操作
13.3.2范例——白液澄清器
13.3.3范例——压缩机
13.3.4实现
13.3.5专题练习——超驰控制
13.3.6专题练习讨论
13.4使用两个操纵参数的控制
13.4.1分程控制
13.4.2阀位控制
13.4.3比例控制
4章模型预估控制
14.1用MPC取代PID控制
14.2MPC投用
14.3用MPC取代带前馈的PID
14.4用MPC取代PID超驰
14.5用MPC处理过程间的相互干扰
14.6在现有控制策略中添加MPC控制
14.7MPC的应用
14.8专题练习——模型预估控制
参考文献
5章过程仿真
15.1过程仿真概述
15.2从P&ID;图开发过程仿真
15.3过程非线性仿真
15.4其他注意事项
15.5专题练习——过程仿真
参考文献
6章工业应用
16.1库存控制
16.1.1缓冲罐
16.1.2回收罐
16.1.3锅炉汽包液位——单冲量
16.1.4锅炉汽包液位——三冲量
16.1.5专题练习——三冲量汽包液位控制
16.2批量过程
16.2.1批量蒸煮器
16.2.2批量化学反应器
16.2.3批量生物反应器
16.2.4专题练习——批量化学反应器
16.3连续过程
16.3.1化学反应器
16.3.2喷雾干燥器控制
16.3.3专题练习——连续化学反应器
16.4燃烧控制
16.4.1小型锅炉/加热器
16.4.2加热缸
16.4.3电站锅炉——单一燃料
16.4.4石灰回转窑
16.4.5专题练习——电站锅炉控制
16.5蒸馏控制
16.5.1专题练习——蒸馏控制
16.6过程区域间的协调
16.6.1合成氨工厂氢/氮控制
16.6.2动力室蒸汽生产
16.6.3专题练习——合成氨工厂氢/氮控制
16.7复杂的动态过程，过程间的相互干扰
16.7.1纸浆漂白
16.7.2一段转化炉温度
参考文献
附录A本书相关网络资源
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A.3书籍选择
术语表

作者介绍

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Terrence “Terry” Blevins在他的职业生涯中一直积极参与过程控制系统的应用及设计。15年来，他担任系统工程师和团队管理者为纸浆和造纸工业设计和开发了先进的控制解决方案。Terry在建立艾默生过程管理集团 (Emerson Process Management) 的高级控制项目中起了关键作用。Terry是开发DeltaV高级控制产品的团队领导。他是现场总线基金会 (Fieldbus Foundation?) 功能模块规范开发和维护团队的领导，也是SIS (安全仪表系统)结构和模型规范的编辑。在这方面的工作中，Terry参与了将现场总线基金会的功能模块推进成为国际标准的过程。Terry是IEC （国际电工委员会）SC65E WG7功能块标准委员会的美国专家，该委员会负责IEC 61804的功能块标准。他是ISA104 - EDDL（电子设备描述语言）具有投票权的委员和委员会主席，是美国对IEC65E小组的技术咨询小组（USTAG）的技术顾问。他也是美国技术咨询小组USNC TAG（IEC/SC65和IEC/TC65）的成员。Terry撰写了过程/工业仪表与控制手册（Process/ Industrial Instruments and Controls Handbook）第五版1节标准概要的“ISA /IEC现场总线概述”，联合撰写了仪器工程师手册，过程控制与优化（Instrumentation Engineer's Handbook, Process Control and Optimization）第四版的四个章节。他与别人合著了ISA（国际自动化协会）的畅销书解除对高级控制的约束（Advanced Control Unleashed）。他拥有50项，并已写作了70篇以上关于过程控制系统设计和应用的论文。Terry在1971年获得路易维尔大学(University of Louisville) 电机工程科学学士学位，在1973年获得普渡大学 (Purdue University) 电子工程科学硕士学位。2004年，他入选了控制杂志的过程自动化名人堂。目前，Terry是艾默生过程管理集团DeltaV产品工程部未来产品规划团队的首席技术师。
Mark Nixon的职业生涯一直与控制系统的设计和开发相关。Mark开始时作为一个系统工程师在石油和天然气，炼油，化工，纸浆等行业的项目上工作。他在1998年从加拿大搬到得克萨斯州奥斯汀市，在各种研究和开发的职位上工作过。从1995到2005年，Mark是DeltaV系统首席设计师。2006年，他加入了无线团队，非常积极的参与了WirelessHART规范和IEC 62591标准的制定。Mark目前的研究领域包括基于WirelessHART（无线HART）设备的控制，批量过程的数据分析，无线技术在过程工业中的应用，移动用户，操作员界面和高级图形学。他目前活跃于下列领域：操作员行为中心（.operatorperformance.org），WirelessHART标准，ISA - 88标准，现场总线基金会标准（.fieldbus.org/）和ISA - 101 标准。他写了许多论文，目前拥有超过70项。他与别人合著了WirelessHART：用于工业自动化的实时网状网络（WirelessHART: Real-Time Mesh Network for Industrial Automation），并为工业仪表与控制手册（Industrial Instruments and Controls Handbook）和过程工业中的现代测量与终端执行单元精要（Essentials of Modern Measurements and Final Elements in the Process Industry）提供了章节。Mark 1982年在滑铁卢大学 (University of Waterloo) 电气工程系获得理学学士学位。
Deji Chen (陈德基) 在过程控制工业界工作了近20年，现为同济大学计算机系教授级研究员。他是OPC工业标准的始创者之一，工作过的项目涉及各种现场总线，包括WirelessHART标准的制定。他合写了许多论文，拥有多项，与Mark Nixon等合著了WirelessHART：用于工业自动化的实时网状网络（WirelessHART: Real-Time Mesh Network for Industrial Automation）和Wireless Control Foundation - Continuous and Discrete Control for the Process Industry。德基于1999年在德州大学奥斯汀分校 (University of Texas at Austin) 计算机系获得博士学位，研究方向是实时系统。

文摘

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序言

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探索化工生产的神经系统：控制回路的奥秘 在现代工业的宏伟图景中，化工生产无疑占据着举足轻重的地位。从我们日常生活中离不开的塑料制品、药品，到能源领域至关重要的燃料，再到精细化工领域各种功能性化学品，它们都离不开一系列精密且高效的生产过程。然而，这些复杂且往往极端的生产环境，并非依靠简单的“开”与“关”就能得心应手地运行。相反，它们依赖于一个无形却又至关重要的“神经系统”——控制回路。 控制回路，简而言之，就是一套能够感知、判断并调节生产过程中各种变量（如温度、压力、流量、液位、浓度等）的系统，以确保生产过程稳定、安全、高效地运行，并最终产出符合预定标准的最终产品。想象一下，炼油厂的巨大反应器需要维持在精确的温度和压力下才能进行化学反应，而任何微小的偏差都可能导致产率下降甚至安全事故。又或者，制药厂的药物合成需要严格控制反应物的加入速率和反应时间，以保证最终药品的纯度和药效。这些都离不开精密的控制回路在幕后默默工作。 本书的姊妹篇《控制回路基础——批量过程和连续过程》深入浅出地剖析了控制回路在化工生产中的核心作用，并为读者提供了理解和掌握这一关键技术的坚实基础。它不仅涵盖了控制回路的基本原理，更重要的是，它将这些原理巧妙地应用于两种截然不同的化工生产模式：批量过程和连续过程。这两种过程各自有着鲜明的特点，对控制回路的要求也各有侧重，理解它们的异同，是掌握化工过程控制的关键。 批量过程：精雕细琢的艺术 批量过程，顾名思义，是指在特定的时间段内，按照预定的配方和步骤，对一定量的原料进行加工，生产出一定量的产品，然后结束一个批次，再进行下一个批次的生产。这种生产模式更像是厨房里烹饪一道精致的菜肴，你需要严格按照食谱的每一个步骤来操作，从切菜、配料，到火候的掌控，每一步都至关重要。 在批量过程中，控制回路面临的挑战在于其动态性和阶段性。一个批次的开始、中间的反应阶段、以及最终产品的生成，每一个阶段都有着不同的控制目标和参数要求。例如，在某个反应阶段，可能需要将温度迅速升高到某个设定值，并维持一段时间；而在下一个阶段，又需要缓慢降温。控制回路需要能够精确地跟踪这些设定值的变化，并快速响应，引导被控变量（如反应釜内的温度）沿着预设的轨迹前进。 本书的姊妹篇会详细探讨批量过程控制的独特性。例如，在“配料”环节，控制回路需要精确控制各种原料的加入量和加入速率，以确保化学计量比的准确性，这直接关系到最终产品的产率和质量。在“反应”环节，温度、压力、搅拌速度等参数的精确控制至关重要，需要考虑反应动力学、热量传递以及可能出现的放热或吸热现象。控制回路需要能够根据这些因素的变化，实时调整操作变量，维持反应的稳定进行。而在“后处理”环节，如过滤、干燥、蒸馏等，控制回路同样扮演着关键角色，确保产品的分离和纯化达到预期效果。 批量过程的控制策略往往需要考虑“时间”这个重要的维度。控制回路不仅要关注当前的瞬时值，更要能够预测和规划未来一段时间内的控制行为。这可能涉及到复杂的序列控制，即按照预设的顺序执行一系列操作，并且每一步的完成都会触发下一个步骤的启动。同时，由于批次之间可能存在较大的差异，控制回路的鲁棒性（即在参数变化或扰动下保持良好性能的能力）也显得尤为重要。 连续过程：流水作业的效率 与批量过程不同，连续过程是指原料以恒定的速率进入装置，经过一系列连续的单元操作，最终以恒定的速率产出产品。这种模式更像是汽车生产线，每一个工位都在不停地运转，物料源源不断地流过。其核心优势在于高效率、大规模生产和生产成本的降低。 在连续过程中，控制回路的主要目标是维持稳态运行。一旦系统达到稳定的运行状态，控制回路的首要任务就是抵抗各种外部和内部的扰动，将生产过程中的关键变量（如塔顶温度、反应器出口压力、管道流量等）精确地维持在设定值附近。这需要控制回路具有良好的抗扰性和动态响应性能。 本书的姊妹篇将深入解析连续过程控制的挑战。在“原料输送”环节，精确的流量控制是基础，确保各股物料按照预定比例进入后续单元。在“反应”环节，维持反应器内的温度、压力和停留时间至关重要，需要控制回路快速响应温度变化、催化剂活性变化等因素。在“分离”环节，例如蒸馏塔、萃取器等，控制回路需要精确控制塔顶和塔底的温度、压力、回流比等参数，以达到高效分离的目的。 连续过程控制的一个重要方面是“串级控制”和“前馈控制”的应用。串级控制能够利用一个“从属”回路来加速主回路的响应速度，从而提高系统的稳定性和抗扰性。例如，在流量控制中，可以采用一个快响应的流量控制器来控制阀门开度，而这个流量控制器又作为另一个较慢响应的压力控制器的测量信号，形成串级控制。前馈控制则通过测量可能引起扰动的信号，在扰动真正影响被控变量之前就采取相应的控制动作，从而进一步提高系统的性能。 此外，对于一些复杂的连续过程，还可能涉及到“模型预测控制”（MPC）等先进控制策略。MPC利用过程模型来预测未来一段时间内的系统行为，并根据预测结果优化控制器的输出，以达到最佳的控制效果。这种方法在处理多变量耦合、长滞后等复杂系统时表现出色。 控制回路的通用语言：PID控制器 无论是在批量过程还是连续过程，PID（比例-积分-微分）控制器都是最基本、最广泛使用的控制器类型。本书的姊妹篇必然会深入讲解PID控制器的原理，包括比例（P）、积分（I）和微分（D）三部分是如何协同作用，从而实现对被控变量的精确控制。 比例（P）作用： 根据当前被控变量与设定值之间的偏差大小来产生控制输出。偏差越大，控制输出也越大。它能够快速响应偏差，但单独使用时可能存在稳态误差。 积分（I）作用： 根据被控变量与设定值之间偏差的累积来产生控制输出。它的作用是消除稳态误差，但可能会使系统的动态响应变慢，甚至引入振荡。 微分（D）作用： 根据被控变量与设定值之间偏差的变化率来产生控制输出。它能够预测未来的偏差趋势，从而提前采取措施，减小超调，加快响应速度。但对噪声敏感，且在被控变量变化缓慢时作用不大。 理解PID控制器各个参数（Kp, Ki, Kd）的整定方法，以及它们对系统性能的影响，是每一个化工过程控制工程师必备的技能。本书的姊妹篇将通过大量的实例和图示，帮助读者深入理解PID控制的精髓。 结语 控制回路是现代化工生产的“大脑”和“神经系统”，它们确保着生产过程的平稳运行，产品的质量稳定，以及操作的安全可靠。无论是精雕细琢的批量生产，还是高效运转的连续流产，对控制回路的深刻理解和熟练运用，都是实现化工生产价值最大化的关键。本书的姊妹篇《控制回路基础——批量过程和连续过程》正是为了满足这一需求而生，它将带领读者一步步走进控制回路的奇妙世界，掌握化工生产的“生命线”。

评分☆☆☆☆☆

我对《控制回路基础——批量过程和连续过程》这本书寄予厚望。Terrence Blevins 和 Mark Nixon 的组合，让我对这本书的专业性和权威性有了很高的预期。作为一名刚入行不久的控制工程师，我渴望找到一本能够系统、全面地讲解控制回路原理的教材，而这本书的名称正好击中了我的痛点。我理解“基础”意味着它将从最根本的概念讲起，帮助我建立起扎实的知识框架。而“批量过程”和“连续过程”的划分，则让我看到了作者在内容组织上的用心。我相信，书中会分别针对这两种不同的过程特点，讲解相应的控制回路设计原则和方法。例如，在批量过程中，如何处理反应终点的判断、如何实现精确的加热/冷却控制；在连续过程中，如何设计用于维持液位、压力、流量、温度等关键参数稳定的回路。我尤其期待书中能提供一些实际的案例分析，能够让我看到理论知识如何转化为实际的工程应用。如果书中还能包含一些关于不同类型控制器（如PLC、DCS）在这些过程中的应用介绍，那就更好了。

评分☆☆☆☆☆

《控制回路基础——批量过程和连续过程》这本书，让我眼前一亮。我作为一个在自动化领域摸爬滚打多年的工程师，深知控制回路的重要性。而将“批量过程”和“连续过程”并列提及，则触及了核心问题。很多时候，我们学到的控制理论都是以连续过程为模型，但实际生产中，大量的批处理工艺同样需要精密的控制。我猜测，本书的作者Terrence Blevins 和 Mark Nixon，必定是在这两个领域都有深厚的实践经验。我期待书中能够深入剖析不同过程特点对控制回路设计的影响，例如，批量过程的变工况、变料位、变组分等带来的挑战，以及如何设计相应的适应性控制策略；连续过程的稳态运行、快速响应、高精度控制等需求，以及如何运用先进的控制技术来实现。更重要的是，我希望这本书能够提供一些实用的工具和方法，比如模型辨识的技巧、控制器参数整定的策略、以及故障诊断和排除的方法。如果书中还能涉及一些关于安全仪表系统（SIS）在这些过程中的应用，那就更完美了。一本真正有价值的书，不应该只是理论的堆砌，更应该成为指导实际工作的“宝典”。

评分☆☆☆☆☆

单从书名《控制回路基础——批量过程和连续过程》来看，我脑海中浮现的是一本能够系统性梳理和讲解控制回路原理的权威教材。我对“基础”二字尤为看重，这意味着它应该是一本能够帮助新手入门，同时也能让有一定经验的读者巩固和深化理解的佳作。Terrence Blevins 和 Mark Nixon 的名字，则是我对这本书品质的信心保证。我推测，书中会从最基本的概念讲起，例如传感器、执行器、控制器等关键组成部分，逐步深入到PID控制、前馈控制、串级控制等经典控制策略的原理、设计和调试方法。而特别提到“批量过程”和“连续过程”，则预示着这本书将超越许多泛泛而谈的控制理论书籍，能够针对性地分析这两种不同操作模式下控制回路的特有挑战。比如，在批量过程中，如何处理非稳态操作、如何确保批次间的重现性；在连续过程中，如何应对动态变化、如何实现高效稳定的运行。我希望这本书能够通过清晰的图示、详实的数学推导，以及生动的文字描述，将复杂的控制概念变得易于理解。一本好的基础教材，应该能够激发读者深入研究的兴趣，并为他们解决实际工程问题提供坚实的理论支撑。

评分☆☆☆☆☆

这本《控制回路基础——批量过程和连续过程》虽然我还没来得及细细拜读，但仅仅从书名和作者的组合，就足以让我对其内容充满期待。Terrence Blevins 和 Mark Nixon 的名字在控制理论领域并非泛泛之辈，他们的学术造诣和行业经验是毋庸置疑的。我尤其看重这本书将“批量过程”和“连续过程”这两个看似独立却又密切相关的概念融为一体进行讲解的思路。在实际的工业生产中，无论是精细化工的连续流反应，还是制药的间歇式发酵，亦或是食品的配料混合，都涉及到控制回路的设计与优化。我猜想，本书的重点将是如何在理解两种不同工艺特点的基础上，灵活运用和设计出适用于各自场景的控制策略，并可能深入探讨一些跨领域适用的通用原理。从读者的角度出发，我期待的是一种既有深度又不失广度的知识体系，能够帮助我建立起扎实的理论基础，同时又能触及到实际应用中的痛点和解决方案。想象一下，如果书中能提供一些真实案例的分析，哪怕是简化的模型，都能极大地提升学习的趣味性和实操性。毕竟，理论的最终目的是指导实践，能够看到自己学到的知识如何在工业生产中“落地生根”，是每个工程师都梦寐以求的。

评分☆☆☆☆☆

《控制回路基础——批量过程和连续过程》这本书，光听名字就足够吸引人。Terrence Blevins 和 Mark Nixon，两位作者的名字本身就代表着质量和深度。我之前接触过不少控制理论的书籍，但很少有能像这本书这样，明确地将“批量过程”和“连续过程”作为核心章节进行讲解。我猜想，这本书的价值在于，它能够帮助我理解，虽然基础的控制理论是相通的，但针对不同的工艺类型，控制回路的设计和实现方式会存在显著的差异。例如，批量过程的间歇性操作、参数的动态变化，可能需要更复杂的控制策略来保证批次间的质量一致性；而连续过程则更侧重于长期的稳定性、高效性和高精度。我希望这本书能够深入探讨这其中的奥秘，比如如何进行有效的过程建模，如何选择合适的控制器类型，以及如何进行鲁棒的控制器参数整定。如果书中还能包含一些关于数字孪生、模型预测控制（MPC）等更先进的控制技术在这些过程中的应用，那就更具前瞻性了。一本优秀的图书，应该能够引领读者思考，并为未来的技术发展做好铺垫。