過程控製係統及工程應用 蔡大泉 ... [等]著 9787512307940 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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蔡大泉 ...（等）著 著

圖書標籤:

• 過程控製
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• 工業自動化
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• 控製工程
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• 應用技術

店鋪： 天樂圖書專營店

齣版社： 中國電力齣版社

ISBN：9787512307940

商品編碼：29295570195

包裝：平裝

齣版時間：2010-11-01

基本信息

書名：過程控製係統及工程應用

定價：25.00元

作者：蔡大泉 ... 著

齣版社：中國電力齣版社

齣版日期：2010-11-01

ISBN：9787512307940

字數：207000

頁碼：

版次：5

裝幀：平裝

開本：12k

商品重量：0.259kg

編輯推薦

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內容提要

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本書概要介紹瞭過程控製係統的基本概念，深入分析瞭過程控製中常用檢測與控製儀錶的原理與工程選型、過程執行器的類型及特性，詳細討論瞭被控過程的特性及建模方法，具體論述瞭簡單控製係統的設計與參數整定、復雜控製係統的控製策略，並對近年來發展迅速的計算機過程控製技術，如集散控製係統、現場總綫技術、組態軟件作瞭重點介紹。後，以工程實例為基礎，對過程控製係統的設計與實際應用進行瞭深入分析。
　　本書側重理論聯係實際，內容深入淺齣，可作為高校自動化、電氣工程及自動化、測控技術與儀器、過程裝備與控製工程、化學工程等專業的教材或參考書，也司供電力、石化、冶金、化工、輕工等行業的工程技術人員和研究人員參考。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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深入剖析現代工業自動化基石——過程控製理論與實踐 引言 在現代工業生産的宏大圖景中，效率、安全、穩定和經濟性是永恒的追求。而實現這些目標的關鍵，在於對生産過程中各種變量進行精確、可靠的調控，即“過程控製”。從煉油廠的復雜化工反應到水處理廠的精細淨化，再到電力係統的穩定運行，無處不閃耀著過程控製的身影。它如同工業的“大腦”和“神經係統”，默默地引導著生産流程，確保每一環節都按預設軌道運行。本書《過程控製係統及工程應用》正是緻力於深入解析這一核心技術，為讀者構建一個全麵、係統、深入的知識體係。本書並非簡單羅列公式或技術，而是著重於理解過程控製背後的邏輯、方法和工程實現的細節，旨在幫助讀者掌握從理論到實踐的完整鏈條，成為能夠勝任復雜工業控製任務的專業人纔。 第一部分：過程控製的基本原理與數學模型 本部分將奠定堅實的理論基礎，為後續的深入探討做好鋪墊。 過程的理解與描述： 首先，我們將聚焦於“過程”本身。什麼是工業過程？它是如何構成的？一個典型的過程通常包含哪些要素？例如，在化工領域，反應器、蒸餾塔、換熱器等都是核心組成部分。我們將學習如何從動態和穩態兩個角度來理解和描述這些過程。動態特性關注的是過程變量隨時間的變化響應，例如溫度、壓力、流量、液位等如何對外界擾動或控製信號做齣反應。穩態特性則描述瞭過程在達到平衡狀態時各變量之間的關係。 數學建模的藝術： 為瞭實現對過程的精確控製，我們必須能夠用數學語言來描繪其行為。本部分將係統介紹建立過程數學模型的方法。這包括： 機理建模： 基於物理、化學、生物等基本原理，通過建立微分方程、代數方程等來描述過程的內在規律。我們將探討如何將物質守恒、能量守恒、動量守恒等基本定律應用於具體的工業過程，並推導齣相應的數學模型。 數據驅動建模： 在機理不完全清楚或模型過於復雜的情況下，我們可以利用曆史運行數據來辨識模型。本書將介紹綫性與非綫性模型辨識的技術，包括最小二乘法、最大似然法等，並討論模型驗證的重要性。 模型類型的選擇： 不同的過程和控製目標需要不同類型的模型。我們將學習如何選擇閤適的模型，例如低階模型（如比例-積分-微分，PID）、高階模型、綫性模型、非綫性模型、時滯模型等，並理解它們各自的優缺點。 綫性化技術： 許多實際過程是非綫性的，但為瞭簡化分析和設計控製器，我們常常需要將其在某個工作點附近進行綫性化。本部分將詳細講解如何應用泰勒展開等方法對非綫性模型進行綫性化，以及綫性化模型的意義和局限性。 第二部分：經典控製理論與控製器設計 在理解瞭過程的數學模型後，我們就可以著手設計能夠對其進行有效控製的控製器。 反饋控製的基礎： 反饋控製是過程控製的核心思想。我們將深入探討反饋控製的基本原理，包括設定值、測量值、誤差信號以及控製器的作用。理解反饋控製的優勢，如抵抗擾動、補償模型不確定性等。 PID 控製器： PID（比例-積分-微分）控製器是工業界應用最廣泛的控製器。本部分將對其進行詳盡的剖析： 比例（P）作用： 理解比例增益如何影響係統的響應速度和靜態誤差。 積分（I）作用： 闡述積分作用如何消除係統的穩態誤差，以及可能帶來的超調和振蕩。 微分（D）作用： 解釋微分作用如何預測未來趨勢，提高係統的動態響應速度，抑製超調。 PID 參數整定： 這是PID控製應用中的關鍵環節。我們將學習多種常用的PID參數整定方法，如臨界比例法（齊格勒-尼科爾斯法）、試湊法、基於模型的整定方法等，並討論不同整定方法的適用場景和注意事項。 PID 控製器的改進與應用： 除瞭標準PID，我們還會介紹一些改進型PID控製器，如增量式PID、位置式PID、帶抗積分飽和功能的PID等，以及它們在實際工程中的應用案例。 穩定性分析： 控製係統的性能與穩定性息息相關。本部分將引入穩定性分析的概念，包括： 勞斯判據： 一種代數方法，用於判斷綫性定常係統的穩定性。 根軌跡法： 通過分析係統開環傳遞函數極點隨增益變化時的軌跡，來研究閉環係統的穩定性。 奈奎斯特判據和伯德圖： 基於頻率響應的穩定性判據，直觀地反映係統的幅值和相角裕度，評估係統的魯棒性。 前饋控製： 在某些情況下，我們可以測量到可能引起過程偏差的擾動，並提前對其進行補償，以提高控製效果。本部分將介紹前饋控製的原理、設計方法以及與反饋控製的結閤應用。 第三部分：先進過程控製技術 隨著工業自動化水平的不斷提高，經典控製方法已不足以滿足所有需求。本部分將聚焦於更高級的過程控製技術。 狀態空間方法： 狀態空間方法提供瞭一種更普遍、更強大的描述和分析係統的方式，尤其適用於多變量係統。我們將學習狀態嚮量、狀態方程、輸齣方程等概念，並介紹綫性二次調節器（LQR）等基於狀態空間的最優控製方法。 模型預測控製（MPC）： MPC 是當今工業界應用最廣泛的先進過程控製技術之一。其核心思想是利用過程模型，在每個采樣時刻預測未來一段時間內的係統響應，並計算齣一組最優的控製序列，隻將第一個控製量施加於係統，然後在下一個采樣時刻重復該過程。我們將詳細講解MPC的原理、預測模型、代價函數、約束處理以及其在化工、能源等領域的成功應用。 解耦控製： 在多變量係統中，一個控製器的輸齣可能影響多個被控變量，一個被控變量的偏差也可能受到多個控製器輸齣的影響，這種相互耦閤會顯著降低控製性能。本部分將介紹解耦控製器的設計方法，如對角占優解耦、逆係統解耦等，以實現各變量之間的獨立控製。 自適應控製： 工業過程的特性往往會隨時間發生變化（例如，催化劑的老化、原料性質的改變）。自適應控製能夠根據過程的變化自動調整控製器參數，以維持最佳的控製性能。我們將介紹自適應控製的基本原理，以及一些常見的自適應控製算法。 模糊邏輯控製與神經網絡控製： 這些基於人工智能的方法能夠處理非綫性、不確定性強的過程，並具備一定的學習能力。我們將探討模糊邏輯控製器的設計思路，如何將人的經驗知識轉化為模糊規則，以及神經網絡在過程建模和控製中的應用。 第四部分：過程控製係統的工程應用與實踐 理論的最終目的是指導實踐。本部分將重點關注過程控製係統的實際工程應用。 傳感器與執行器： 任何控製係統都離不開對過程變量的測量和對過程的乾預。我們將深入瞭解各種工業傳感器（如溫度傳感器、壓力傳感器、流量計、液位計等）的工作原理、技術特點、選型原則以及安裝注意事項。同時，也將詳細介紹各種執行器（如閥門、泵、電機等）的類型、工作特性以及控製信號的轉換。 分布式控製係統（DCS）與可編程邏輯控製器（PLC）： DCS 和 PLC 是現代工業自動化係統的核心硬件平颱。我們將介紹它們的體係結構、功能特點、組態方法以及在不同規模和復雜度的生産過程中的應用。 現場總綫技術： 現場總綫技術是實現現場設備與控製係統之間高效、可靠通信的關鍵。我們將介紹幾種主流的現場總綫（如 HART、Foundation Fieldbus、Profibus 等）的原理、優缺點以及在工業現場的應用。 控製迴路的調試與優化： 新建或改造的控製迴路並非一蹴而就就能達到最佳性能。本部分將詳細介紹控製迴路的調試步驟，如何通過實際運行數據來驗證控製器的性能，並進行二次優化。我們將強調安全、循序漸進的調試原則。 安全儀錶係統（SIS）： 在危險性較高的工業過程中，安全是首要考慮的因素。SIS 是一種獨立於基本過程控製係統（BPCS）的安全係統，用於在緊急情況下將過程帶到安全狀態。我們將介紹 SIS 的基本原理、 SIL（安全完整性等級）概念以及其在風險控製中的作用。 典型工業過程控製實例： 為瞭加深理解，我們將選取幾個典型的工業過程，如： 煉油廠催化裂化裝置的控製： 分析其復雜的多變量控製需求。 發電廠鍋爐的燃燒控製： 強調優化燃燒效率和減少排放。 水處理廠的pH值控製： 演示如何實現精確的化學品投加。 食品飲料行業的溫度和流量控製： 關注産品質量和生産效率。 我們將結閤具體實例，講解如何應用本書介紹的理論知識來設計和實現這些過程的控製係統，並討論在實際工程中可能遇到的挑戰和解決方案。 結論 過程控製係統是現代工業生産的基石，其重要性不言而喻。《過程控製係統及工程應用》旨在為讀者提供一個全麵、深入、實用的學習平颱。本書從最基本的控製原理齣發，逐步深入到先進的控製技術，並最終落腳於工程實踐。通過對本書的學習，讀者不僅能夠掌握過程控製的理論知識，更重要的是能夠理解這些理論如何在實際工業環境中得到應用，並具備獨立分析和解決復雜過程控製問題的能力。本書的編寫旨在激發讀者對過程控製領域的興趣，並為他們在這個充滿挑戰和機遇的領域中發展職業生涯奠定堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

在我最近的閱讀體驗中，《過程控製係統及工程應用》給我留下瞭非常深刻的印象，尤其是在其對工程應用場景的細緻描繪上。這本書並非那種隻講理論、脫離實際的教科書，它成功地將過程控製的精髓與工業生産中的具體應用巧妙地結閤起來。我印象最深的是書中關於“多變量控製”章節的講解，它不僅僅介紹瞭傳統的解耦控製策略，還深入探討瞭模型預測控製（MPC）在處理復雜耦閤係統中的優勢，並且列舉瞭石油煉化、電力係統等行業的實際案例。作者在分析這些案例時，不僅僅關注瞭控製係統的結構和算法，更重要的是強調瞭如何根據具體的工藝特點來選擇閤適的控製結構，以及如何進行參數的實際整定和優化。書中還詳細闡述瞭控製迴路的常見故障及其診斷方法，這對於現場工程師來說，簡直是“救命稻草”般的存在。通過閱讀這些內容，我不僅鞏固瞭理論知識，更重要的是學會瞭如何將理論付諸實踐，如何去分析和解決實際工程中遇到的各種問題。這本書的實用性，遠超我的預期。

評分☆☆☆☆☆

我必須說，《過程控製係統及工程應用》這本書，在“現代控製理論”與“傳統控製方法”的融閤方麵，做得相當齣色。作者並沒有固執於某一種技術路綫，而是根據實際工程的需求，將經典控製理論的穩定性和可靠性，與現代控製理論的先進性和靈活性有機地結閤起來。我個人特彆看重書中關於“先進控製策略”的介紹，例如模型預測控製（MPC）在處理約束和優化問題方麵的強大能力，以及自適應控製和模糊控製在應對參數變化和非綫性特性時的優勢。但同時，書中也花瞭相當大的篇幅來講解PID控製器的原理、整定方法和改進策略，這保證瞭即使是對於一些相對簡單的應用場景，讀者也能找到最經濟、最有效的解決方案。更重要的是，書中在介紹這些先進技術時，都盡量結閤瞭實際的工業應用案例，例如在化工、電力、航空航天等領域的應用。這些案例的引入，讓我能夠更清晰地理解這些復雜理論背後的價值，以及如何在實際工程中進行選擇和實施。這本書的價值在於，它既能滿足我們對前沿技術的探索欲，又能夯實我們對基礎理論的理解。

評分☆☆☆☆☆

這本《過程控製係統及工程應用》算是我在職業生涯中近期讀到的一本相對紮實的教材瞭。首先，不得不提的是它在理論深度上的權衡做得不錯，既不像某些入門讀物那樣流於錶麵，又不像前沿學術期刊那樣晦澀難懂。作者在講解基礎概念時，比如 PID 控製器的原理、傳遞函數、頻率響應分析等，都做瞭非常細緻的展開，並且引用瞭不少經典的控製理論作為鋪墊。我尤其欣賞的是，書中在介紹具體控製策略時，並沒有僅僅停留於理論公式的推導，而是花瞭大量篇幅去闡述這些策略在實際工程中的應用場景和優劣勢分析。例如，對於一些復雜的非綫性係統，書中會引導讀者思考如何通過分段綫性化、反饋綫性化等方法來近似處理，並且會給齣一些常見的實際案例，比如化工流程中的溫度控製、壓力控製等。這些案例的引入，極大地增強瞭理論知識的可操作性，讓我能夠更清晰地將抽象的數學模型與具體的工程問題聯係起來。此外，書中對控製係統的魯棒性、穩定性等工程化必備的考量也進行瞭比較深入的探討，這對於我們這些在實際一綫工作的工程師來說，是至關重要的。總的來說，如果你想係統地學習過程控製，並且希望理論與實踐相結閤，這本書絕對是一個值得深入研讀的選擇。

評分☆☆☆☆☆

說實話，當我拿到這本《過程控製係統及工程應用》時，並沒有抱有太高的期望，畢竟市麵上同類書籍不少，很多都大同小異。然而，真正翻閱之後，我纔發現它在對復雜概念的闡釋上，有著自己獨到之處。作者並沒有直接拋齣晦澀的數學公式，而是通過大量的類比和形象化的描述，將一些抽象的物理過程和數學模型變得生動易懂。舉個例子，在解釋狀態空間法時，它並非直接給齣矩陣方程，而是先從一個簡單的物理係統（比如彈簧阻尼係統）齣發，逐步引導讀者理解變量之間的相互關係，再過渡到更通用的狀態嚮量和狀態方程。這種由淺入深、循序漸進的學習路徑，對於初學者來說非常友好。我特彆喜歡書中對不同控製算法的比較分析，它不僅僅是羅列齣各種算法的特點，更重要的是分析瞭它們各自適用的工況、對參數整定的敏感度、以及在實際應用中可能遇到的挑戰。書中還穿插瞭一些“思考題”和“實踐建議”，這些細節的設計，讓我感覺作者真的站在讀者的角度去思考如何更好地掌握這些知識。即使我不是控製工程專業的科班齣身，也能從中找到不少啓發。

評分☆☆☆☆☆

這本書在對“控製係統設計”這一核心議題的處理上，給予瞭我很大的啓發。作者在書中並沒有僅僅滿足於介紹各種控製器的設計方法，而是從係統建模、性能指標定義、控製器選擇、參數整定到最終的實現與優化，為讀者提供瞭一個相對完整且係統化的設計流程。我特彆欣賞書中對“係統建模”部分的講解，它不僅僅介紹瞭常用的數學模型（如傳遞函數、狀態空間模型），更重要的是強調瞭如何根據被控對象的物理特性和實驗數據來構建一個準確的模型，並且討論瞭模型簡化和不確定性處理的策略。這對於我們在實際工程中麵對各種復雜、非綫性的被控對象時，如何有效地開展控製係統設計至關重要。書中還針對不同類型的控製係統（如連續控製、批次控製）以及不同的性能要求（如快速響應、高精度、抗乾擾等），給齣瞭相應的控製器選擇和參數整定指南。這些內容，不是簡單的理論介紹，而是帶有強烈的指導性和實用性，能夠幫助讀者少走彎路，更快地掌握設計方法。