过程控制系统及工程应用 蔡大泉 ... [等]著 9787512307940 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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蔡大泉 ...（等）著 著

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店铺： 天乐图书专营店

出版社： 中国电力出版社

ISBN：9787512307940

商品编码：29295570195

包装：平装

出版时间：2010-11-01

基本信息

书名：过程控制系统及工程应用

定价：25.00元

作者：蔡大泉 ... 著

出版社：中国电力出版社

出版日期：2010-11-01

ISBN：9787512307940

字数：207000

页码：

版次：5

装帧：平装

开本：12k

商品重量：0.259kg

编辑推荐

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内容提要

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本书概要介绍了过程控制系统的基本概念，深入分析了过程控制中常用检测与控制仪表的原理与工程选型、过程执行器的类型及特性，详细讨论了被控过程的特性及建模方法，具体论述了简单控制系统的设计与参数整定、复杂控制系统的控制策略，并对近年来发展迅速的计算机过程控制技术，如集散控制系统、现场总线技术、组态软件作了重点介绍。后，以工程实例为基础，对过程控制系统的设计与实际应用进行了深入分析。
　　本书侧重理论联系实际，内容深入浅出，可作为高校自动化、电气工程及自动化、测控技术与仪器、过程装备与控制工程、化学工程等专业的教材或参考书，也司供电力、石化、冶金、化工、轻工等行业的工程技术人员和研究人员参考。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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深入剖析现代工业自动化基石——过程控制理论与实践 引言 在现代工业生产的宏大图景中，效率、安全、稳定和经济性是永恒的追求。而实现这些目标的关键，在于对生产过程中各种变量进行精确、可靠的调控，即“过程控制”。从炼油厂的复杂化工反应到水处理厂的精细净化，再到电力系统的稳定运行，无处不闪耀着过程控制的身影。它如同工业的“大脑”和“神经系统”，默默地引导着生产流程，确保每一环节都按预设轨道运行。本书《过程控制系统及工程应用》正是致力于深入解析这一核心技术，为读者构建一个全面、系统、深入的知识体系。本书并非简单罗列公式或技术，而是着重于理解过程控制背后的逻辑、方法和工程实现的细节，旨在帮助读者掌握从理论到实践的完整链条，成为能够胜任复杂工业控制任务的专业人才。 第一部分：过程控制的基本原理与数学模型 本部分将奠定坚实的理论基础，为后续的深入探讨做好铺垫。 过程的理解与描述： 首先，我们将聚焦于“过程”本身。什么是工业过程？它是如何构成的？一个典型的过程通常包含哪些要素？例如，在化工领域，反应器、蒸馏塔、换热器等都是核心组成部分。我们将学习如何从动态和稳态两个角度来理解和描述这些过程。动态特性关注的是过程变量随时间的变化响应，例如温度、压力、流量、液位等如何对外界扰动或控制信号做出反应。稳态特性则描述了过程在达到平衡状态时各变量之间的关系。 数学建模的艺术： 为了实现对过程的精确控制，我们必须能够用数学语言来描绘其行为。本部分将系统介绍建立过程数学模型的方法。这包括： 机理建模： 基于物理、化学、生物等基本原理，通过建立微分方程、代数方程等来描述过程的内在规律。我们将探讨如何将物质守恒、能量守恒、动量守恒等基本定律应用于具体的工业过程，并推导出相应的数学模型。 数据驱动建模： 在机理不完全清楚或模型过于复杂的情况下，我们可以利用历史运行数据来辨识模型。本书将介绍线性与非线性模型辨识的技术，包括最小二乘法、最大似然法等，并讨论模型验证的重要性。 模型类型的选择： 不同的过程和控制目标需要不同类型的模型。我们将学习如何选择合适的模型，例如低阶模型（如比例-积分-微分，PID）、高阶模型、线性模型、非线性模型、时滞模型等，并理解它们各自的优缺点。 线性化技术： 许多实际过程是非线性的，但为了简化分析和设计控制器，我们常常需要将其在某个工作点附近进行线性化。本部分将详细讲解如何应用泰勒展开等方法对非线性模型进行线性化，以及线性化模型的意义和局限性。 第二部分：经典控制理论与控制器设计 在理解了过程的数学模型后，我们就可以着手设计能够对其进行有效控制的控制器。 反馈控制的基础： 反馈控制是过程控制的核心思想。我们将深入探讨反馈控制的基本原理，包括设定值、测量值、误差信号以及控制器的作用。理解反馈控制的优势，如抵抗扰动、补偿模型不确定性等。 PID 控制器： PID（比例-积分-微分）控制器是工业界应用最广泛的控制器。本部分将对其进行详尽的剖析： 比例（P）作用： 理解比例增益如何影响系统的响应速度和静态误差。 积分（I）作用： 阐述积分作用如何消除系统的稳态误差，以及可能带来的超调和振荡。 微分（D）作用： 解释微分作用如何预测未来趋势，提高系统的动态响应速度，抑制超调。 PID 参数整定： 这是PID控制应用中的关键环节。我们将学习多种常用的PID参数整定方法，如临界比例法（齐格勒-尼科尔斯法）、试凑法、基于模型的整定方法等，并讨论不同整定方法的适用场景和注意事项。 PID 控制器的改进与应用： 除了标准PID，我们还会介绍一些改进型PID控制器，如增量式PID、位置式PID、带抗积分饱和功能的PID等，以及它们在实际工程中的应用案例。 稳定性分析： 控制系统的性能与稳定性息息相关。本部分将引入稳定性分析的概念，包括： 劳斯判据： 一种代数方法，用于判断线性定常系统的稳定性。 根轨迹法： 通过分析系统开环传递函数极点随增益变化时的轨迹，来研究闭环系统的稳定性。 奈奎斯特判据和伯德图： 基于频率响应的稳定性判据，直观地反映系统的幅值和相角裕度，评估系统的鲁棒性。 前馈控制： 在某些情况下，我们可以测量到可能引起过程偏差的扰动，并提前对其进行补偿，以提高控制效果。本部分将介绍前馈控制的原理、设计方法以及与反馈控制的结合应用。 第三部分：先进过程控制技术 随着工业自动化水平的不断提高，经典控制方法已不足以满足所有需求。本部分将聚焦于更高级的过程控制技术。 状态空间方法： 状态空间方法提供了一种更普遍、更强大的描述和分析系统的方式，尤其适用于多变量系统。我们将学习状态向量、状态方程、输出方程等概念，并介绍线性二次调节器（LQR）等基于状态空间的最优控制方法。 模型预测控制（MPC）： MPC 是当今工业界应用最广泛的先进过程控制技术之一。其核心思想是利用过程模型，在每个采样时刻预测未来一段时间内的系统响应，并计算出一组最优的控制序列，只将第一个控制量施加于系统，然后在下一个采样时刻重复该过程。我们将详细讲解MPC的原理、预测模型、代价函数、约束处理以及其在化工、能源等领域的成功应用。 解耦控制： 在多变量系统中，一个控制器的输出可能影响多个被控变量，一个被控变量的偏差也可能受到多个控制器输出的影响，这种相互耦合会显著降低控制性能。本部分将介绍解耦控制器的设计方法，如对角占优解耦、逆系统解耦等，以实现各变量之间的独立控制。 自适应控制： 工业过程的特性往往会随时间发生变化（例如，催化剂的老化、原料性质的改变）。自适应控制能够根据过程的变化自动调整控制器参数，以维持最佳的控制性能。我们将介绍自适应控制的基本原理，以及一些常见的自适应控制算法。 模糊逻辑控制与神经网络控制： 这些基于人工智能的方法能够处理非线性、不确定性强的过程，并具备一定的学习能力。我们将探讨模糊逻辑控制器的设计思路，如何将人的经验知识转化为模糊规则，以及神经网络在过程建模和控制中的应用。 第四部分：过程控制系统的工程应用与实践 理论的最终目的是指导实践。本部分将重点关注过程控制系统的实际工程应用。 传感器与执行器： 任何控制系统都离不开对过程变量的测量和对过程的干预。我们将深入了解各种工业传感器（如温度传感器、压力传感器、流量计、液位计等）的工作原理、技术特点、选型原则以及安装注意事项。同时，也将详细介绍各种执行器（如阀门、泵、电机等）的类型、工作特性以及控制信号的转换。 分布式控制系统（DCS）与可编程逻辑控制器（PLC）： DCS 和 PLC 是现代工业自动化系统的核心硬件平台。我们将介绍它们的体系结构、功能特点、组态方法以及在不同规模和复杂度的生产过程中的应用。 现场总线技术： 现场总线技术是实现现场设备与控制系统之间高效、可靠通信的关键。我们将介绍几种主流的现场总线（如 HART、Foundation Fieldbus、Profibus 等）的原理、优缺点以及在工业现场的应用。 控制回路的调试与优化： 新建或改造的控制回路并非一蹴而就就能达到最佳性能。本部分将详细介绍控制回路的调试步骤，如何通过实际运行数据来验证控制器的性能，并进行二次优化。我们将强调安全、循序渐进的调试原则。 安全仪表系统（SIS）： 在危险性较高的工业过程中，安全是首要考虑的因素。SIS 是一种独立于基本过程控制系统（BPCS）的安全系统，用于在紧急情况下将过程带到安全状态。我们将介绍 SIS 的基本原理、 SIL（安全完整性等级）概念以及其在风险控制中的作用。 典型工业过程控制实例： 为了加深理解，我们将选取几个典型的工业过程，如： 炼油厂催化裂化装置的控制： 分析其复杂的多变量控制需求。 发电厂锅炉的燃烧控制： 强调优化燃烧效率和减少排放。 水处理厂的pH值控制： 演示如何实现精确的化学品投加。 食品饮料行业的温度和流量控制： 关注产品质量和生产效率。 我们将结合具体实例，讲解如何应用本书介绍的理论知识来设计和实现这些过程的控制系统，并讨论在实际工程中可能遇到的挑战和解决方案。 结论 过程控制系统是现代工业生产的基石，其重要性不言而喻。《过程控制系统及工程应用》旨在为读者提供一个全面、深入、实用的学习平台。本书从最基本的控制原理出发，逐步深入到先进的控制技术，并最终落脚于工程实践。通过对本书的学习，读者不仅能够掌握过程控制的理论知识，更重要的是能够理解这些理论如何在实际工业环境中得到应用，并具备独立分析和解决复杂过程控制问题的能力。本书的编写旨在激发读者对过程控制领域的兴趣，并为他们在这个充满挑战和机遇的领域中发展职业生涯奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

在我最近的阅读体验中，《过程控制系统及工程应用》给我留下了非常深刻的印象，尤其是在其对工程应用场景的细致描绘上。这本书并非那种只讲理论、脱离实际的教科书，它成功地将过程控制的精髓与工业生产中的具体应用巧妙地结合起来。我印象最深的是书中关于“多变量控制”章节的讲解，它不仅仅介绍了传统的解耦控制策略，还深入探讨了模型预测控制（MPC）在处理复杂耦合系统中的优势，并且列举了石油炼化、电力系统等行业的实际案例。作者在分析这些案例时，不仅仅关注了控制系统的结构和算法，更重要的是强调了如何根据具体的工艺特点来选择合适的控制结构，以及如何进行参数的实际整定和优化。书中还详细阐述了控制回路的常见故障及其诊断方法，这对于现场工程师来说，简直是“救命稻草”般的存在。通过阅读这些内容，我不仅巩固了理论知识，更重要的是学会了如何将理论付诸实践，如何去分析和解决实际工程中遇到的各种问题。这本书的实用性，远超我的预期。

评分☆☆☆☆☆

这本书在对“控制系统设计”这一核心议题的处理上，给予了我很大的启发。作者在书中并没有仅仅满足于介绍各种控制器的设计方法，而是从系统建模、性能指标定义、控制器选择、参数整定到最终的实现与优化，为读者提供了一个相对完整且系统化的设计流程。我特别欣赏书中对“系统建模”部分的讲解，它不仅仅介绍了常用的数学模型（如传递函数、状态空间模型），更重要的是强调了如何根据被控对象的物理特性和实验数据来构建一个准确的模型，并且讨论了模型简化和不确定性处理的策略。这对于我们在实际工程中面对各种复杂、非线性的被控对象时，如何有效地开展控制系统设计至关重要。书中还针对不同类型的控制系统（如连续控制、批次控制）以及不同的性能要求（如快速响应、高精度、抗干扰等），给出了相应的控制器选择和参数整定指南。这些内容，不是简单的理论介绍，而是带有强烈的指导性和实用性，能够帮助读者少走弯路，更快地掌握设计方法。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，《过程控制系统及工程应用》这本书，在“现代控制理论”与“传统控制方法”的融合方面，做得相当出色。作者并没有固执于某一种技术路线，而是根据实际工程的需求，将经典控制理论的稳定性和可靠性，与现代控制理论的先进性和灵活性有机地结合起来。我个人特别看重书中关于“先进控制策略”的介绍，例如模型预测控制（MPC）在处理约束和优化问题方面的强大能力，以及自适应控制和模糊控制在应对参数变化和非线性特性时的优势。但同时，书中也花了相当大的篇幅来讲解PID控制器的原理、整定方法和改进策略，这保证了即使是对于一些相对简单的应用场景，读者也能找到最经济、最有效的解决方案。更重要的是，书中在介绍这些先进技术时，都尽量结合了实际的工业应用案例，例如在化工、电力、航空航天等领域的应用。这些案例的引入，让我能够更清晰地理解这些复杂理论背后的价值，以及如何在实际工程中进行选择和实施。这本书的价值在于，它既能满足我们对前沿技术的探索欲，又能夯实我们对基础理论的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本《过程控制系统及工程应用》算是我在职业生涯中近期读到的一本相对扎实的教材了。首先，不得不提的是它在理论深度上的权衡做得不错，既不像某些入门读物那样流于表面，又不像前沿学术期刊那样晦涩难懂。作者在讲解基础概念时，比如 PID 控制器的原理、传递函数、频率响应分析等，都做了非常细致的展开，并且引用了不少经典的控制理论作为铺垫。我尤其欣赏的是，书中在介绍具体控制策略时，并没有仅仅停留于理论公式的推导，而是花了大量篇幅去阐述这些策略在实际工程中的应用场景和优劣势分析。例如，对于一些复杂的非线性系统，书中会引导读者思考如何通过分段线性化、反馈线性化等方法来近似处理，并且会给出一些常见的实际案例，比如化工流程中的温度控制、压力控制等。这些案例的引入，极大地增强了理论知识的可操作性，让我能够更清晰地将抽象的数学模型与具体的工程问题联系起来。此外，书中对控制系统的鲁棒性、稳定性等工程化必备的考量也进行了比较深入的探讨，这对于我们这些在实际一线工作的工程师来说，是至关重要的。总的来说，如果你想系统地学习过程控制，并且希望理论与实践相结合，这本书绝对是一个值得深入研读的选择。

评分☆☆☆☆☆

说实话，当我拿到这本《过程控制系统及工程应用》时，并没有抱有太高的期望，毕竟市面上同类书籍不少，很多都大同小异。然而，真正翻阅之后，我才发现它在对复杂概念的阐释上，有着自己独到之处。作者并没有直接抛出晦涩的数学公式，而是通过大量的类比和形象化的描述，将一些抽象的物理过程和数学模型变得生动易懂。举个例子，在解释状态空间法时，它并非直接给出矩阵方程，而是先从一个简单的物理系统（比如弹簧阻尼系统）出发，逐步引导读者理解变量之间的相互关系，再过渡到更通用的状态向量和状态方程。这种由浅入深、循序渐进的学习路径，对于初学者来说非常友好。我特别喜欢书中对不同控制算法的比较分析，它不仅仅是罗列出各种算法的特点，更重要的是分析了它们各自适用的工况、对参数整定的敏感度、以及在实际应用中可能遇到的挑战。书中还穿插了一些“思考题”和“实践建议”，这些细节的设计，让我感觉作者真的站在读者的角度去思考如何更好地掌握这些知识。即使我不是控制工程专业的科班出身，也能从中找到不少启发。