气动自动化系统的优化设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:上海科学技术文献出版社

作者:陆鑫盛

出品人:

页数:412

译者:

出版时间:2000-5

价格:60.0

装帧:精装

isbn号码:9787543915251

丛书系列:

图书标签:

• 气动自动化
• 气动自动化
• 优化设计
• 系统工程
• 控制技术
• 工业自动化
• 机械工程
• 仿真技术
• 节能减排
• 可靠性设计
• 智能制造

工业控制的未来之路：先进过程控制与智能决策系统 本书深入探讨了现代工业生产中过程控制技术的前沿发展与实践应用，聚焦于如何通过引入更高级的控制策略和智能化决策工具，实现生产过程的高精度、高效率和高稳定性运行。全书内容紧密围绕面向复杂多变量、强耦合系统的先进控制理论及其工程化实现，旨在为从事过程控制系统设计、优化与运行管理的工程师、研究人员以及相关专业学生提供一本全面、深入且具有高度实践指导意义的参考手册。 本书的理论基础扎实，结构清晰，涵盖了从经典控制的局限性分析，到现代控制理论的深化应用，再到前沿智能控制技术的集成实践。我们力求避免仅仅停留在概念介绍的层面，而是通过大量的工程实例和仿真分析，展示了各类先进控制技术在石化、冶金、电力和精细化工等关键工业领域中的实际部署和优化效果。 第一部分：过程控制系统基础回顾与现代控制理论的深化 本部分首先对传统PID控制的原理、局限性及常见改进方案进行了系统的梳理，为引入更复杂的控制结构奠定基础。重点分析了在大型工业装置中，系统固有的非线性和时滞特性对传统控制策略带来的严峻挑战。 随后，本书详细阐述了状态空间法在多输入多输出（MIMO）系统建模与控制中的核心地位。我们不仅复习了能控性和能观测性的判断，更深入探讨了极点配置技术的设计原则，以及如何结合观测器（如Luenberger观测器和卡尔曼滤波）来处理系统状态信息不完备的问题。特别地，针对系统模型不确定性，本书引入了鲁棒控制理论的基础概念，包括$H_infty$控制的设计框架，强调了在系统参数波动或外部扰动下，保证控制系统性能和稳定性的重要性。 第二部分：先进过程控制（APC）的核心技术与工程实现 进入本书的核心内容，我们将重点剖析当前工业界应用最为广泛且效果显著的先进过程控制技术。 2.1 模型预测控制（MPC）的深度解析： MPC作为当前工业界的主流APC技术，被赋予了极高的篇幅。我们从其基本原理——在线优化出发，详细拆解了其滚动时域、预测模型和控制约束的数学表达。本书不仅涵盖了线性MPC（LMPC）在线性约束下的求解方法（如二次规划），更重要的是，对非线性模型预测控制（NMPC）的求解策略进行了细致的探讨，包括实时优化算法（如梯度下降法、牛顿法）的选择与收敛性分析。我们还讨论了如何针对实际工程中的模型失配问题，采用自适应MPC（AMPC）或参数估计技术来维持控制性能。 2.2 强耦合系统的解耦控制策略： 针对化工装置中常见的物料流、能量流相互影响的强耦合特性，本书介绍了动态矩阵控制（DMC）在解耦方面的优势。同时，我们深入研究了基于逆模型解耦和状态反馈解耦的经典方法，并比较了它们在运算复杂度和对系统模型精度依赖性方面的差异。对如何构建有效的系统辨识模型以支撑这些先进控制器的设计，提供了实用的工具和步骤指导。 2.3 约束处理与优化目标设定： 在现代工业生产中，安全、环保和经济性是控制系统的三大约束。本书专门用一章的篇幅讨论了如何在优化算法中有效地集成硬约束（如阀门开度限制、温度安全上限）和软约束（如经济指标的期望值）。探讨了如何通过松弛变量和惩罚函数的设置，平衡控制性能与约束满足度的关系，确保控制器的实用性和可靠性。 第三部分：智能控制与决策支持系统的融合 随着计算能力的飞速提升，将人工智能技术融入过程控制已成为提升系统自适应能力和决策水平的关键方向。 3.1 神经网络在系统辨识与控制中的应用： 本书探讨了前馈神经网络（FNN）和循环神经网络（RNN）如何用于构建高精度的非线性系统辨识模型，特别是针对那些难以建立物理模型的复杂化学反应过程。在控制应用方面，我们展示了神经网络控制器（如直接神经控制NNC）的设计思路，以及如何利用模糊逻辑系统处理专家经验知识，实现对系统异常工况的柔性响应。 3.2 强化学习（RL）在过程优化中的探索： 针对长期优化和应对突变工况，本书引入了深度强化学习（DRL）在工业过程优化中的前沿应用。我们详细分析了如何定义状态空间、动作空间和奖励函数，以训练深度Q网络（DQN）或Actor-Critic算法，使其能够在模拟环境中学习到超越传统优化算法的全局最优控制策略。重点讨论了RL在能耗优化和催化剂寿命管理等领域的潜力与挑战。 3.3 故障诊断与安全可靠性设计： 控制系统自身的可靠性是保障生产安全的首要前提。本部分介绍了基于残差生成和判别的故障检测方法，以及利用小波分析对传感器信号进行噪声抑制和特征提取。此外，我们还探讨了容错控制（FTC）的基本框架，即在系统关键组件（如执行器或传感器）发生部分失效时，控制系统如何快速重构或切换，以维持过程的受控状态。 第四部分：系统集成、仿真与工程实践案例 理论最终要落实到工程实践。本部分着重于将前述的先进控制技术集成到实际的分布式控制系统（DCS）或可编程逻辑控制器（PLC）环境中。 4.1 仿真环境的构建与验证： 强调了使用MATLAB/Simulink或专业化工模拟软件（如Aspen Plus/Dymola）建立高保真度的动态仿真模型的重要性。书中提供了详细的步骤，指导读者如何将APC算法转换为可执行代码，并在虚拟环境中进行压力测试和参数整定。 4.2 实际工程应用剖析： 通过两个详尽的案例研究——大型乙烯裂解装置的温度控制优化和精馏塔的组分分离控制，详细展示了从系统辨识、模型选择、控制器设计、在线部署到最终性能评估的全过程。这些案例不仅展示了APC带来的节能降耗效果，还量化了其在提高产品收率和减少波动性方面的具体贡献。 本书的最终目标是培养读者构建面向未来、具备高度自适应和智能决策能力的工业过程控制系统的能力。它不仅仅是一本理论教材，更是一本驱动工业控制技术向更深层次迈进的实践指南。

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这本书的写作风格非常具有“工程师的语言”，简洁、精确，不带多余的修饰。它的图表绘制质量极高，每一个示意图都像是经过精密制图师反复打磨过，布局合理，信息密度恰到好处。比如在讲解复杂管路布局对系统动态特性的影响时，书中提供的那几张三维流场模拟图，清晰地展示了拐角处和分支处的压力损失分布，这比单纯看公式推导要直观得多。我特别喜欢它在处理“故障诊断”那章的方式，作者没有给出笼统的建议，而是建立了一个基于多变量传感器数据融合的决策树模型。这个模型可以帮助操作员快速定位是传感器漂移、管道堵塞还是执行器响应滞后的根本原因，极大地缩短了停机排查时间。总体而言，这本书更像是一本“操作手册+深度参考指南”的结合体，它要求读者具备一定的基础知识，但一旦掌握，就能立刻转化为解决实际工程难题的利器。

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这本关于气动自动化的书籍，我读起来感觉内容组织得相当扎实，尤其是对系统建模与仿真那部分，简直是教科书级别的深度。它没有停留在泛泛而谈的原理介绍，而是直接深入到如何通过精确的数学模型来预测和优化实际运行中的响应速度和稳定性。我特别欣赏作者在处理非线性问题时的严谨态度，比如如何运用先进的控制算法，如滑模控制或者模糊逻辑控制，来克服传统PID控制在复杂工况下的局限性。书中对各种执行机构——从阀门到气缸——的动态特性分析得非常透彻，这对于我们实际设计需要高精度定位和快速响应的生产线来说，提供了极为宝贵的理论基础和实践指导。我花了相当长的时间去研究它讲解的“鲁棒性设计”章节，那里的论述逻辑清晰，层层递进，让人感觉作者不仅是理论家，更是深谙现场疾苦的工程师。它成功地搭建起了一座理论与工程实践之间的桥梁，使得复杂的优化设计过程变得可量化、可执行，这在同类书籍中是相当罕见的。

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我发现这本书在数学工具的选择上非常务实和高效。它没有一味地推崇复杂的、难以在有限时间内完成计算的分析方法，而是更侧重于那些能够快速在工程软件中实现迭代优化的工具，比如基于实验数据的回归分析和基于有限元法的初步判断。对于那些需要快速交付设计方案的工程师来说，这种“够用且高效”的数学应用哲学显得尤为珍贵。此外，书中对“不确定性分析”的讨论，也远比我预期的要深入。作者清楚地指出了在实际制造公差、介质温度波动等环境下，系统性能会如何漂移，并提供了相应的蒙特卡洛模拟的简化操作步骤。这种对“真实世界不完美性”的坦诚接纳和应对方案，使得整本书的指导价值飙升，它教会我们如何设计一个能“容错”的气动系统，而不是一个只在理想条件下工作的完美系统。

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初次翻开这本书，我最大的感受是它在案例分析上的独到之处，简直是把一个气动系统从头到尾“解剖”了一遍。不同于许多只停留在公式推导的书籍，这里面有大量来自真实工业现场的“反面教材”和“成功经验”的对比。比如，它详细对比了两种不同换向阀在高频动作下的磨损率和能耗差异，数据详实到令人咋舌，这直接指导我重新评估了我们车间正在淘汰的旧设备升级方案。更让我眼前一亮的是，书中对节能降耗这一现代工业核心诉求的关注。作者没有简单地建议换用更高效的泵或压缩机，而是深入到如何通过优化缓冲、泄压回路的设计，甚至引入蓄能装置来回收瞬时压力波动的能量，这种对细节的挖掘和对成本效益的深层考量，体现了作者极高的工程素养。读完这部分，我感觉自己对“优化”二字的理解，从单纯追求速度和精度，拓宽到了可持续性和全生命周期成本管理的高度。

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坦白说，我最初对这本书抱有疑虑，担心它会陷入过于学术化的泥潭，但事实证明我的担忧是多余的。这本书的视野非常开阔，它不仅关注了传统的纯气动控制，还花了不少篇幅探讨了机电一体化背景下的“气电混合”设计策略。特别是关于如何将现代微处理器和实时操作系统引入到传统气动逻辑控制中去实现更复杂的运动轨迹规划，这部分内容是目前市场上许多同类书籍所欠缺的。作者似乎刻意强调了系统集成和接口兼容性的重要性，提供了大量关于如何选择合适的电磁阀驱动电路以及如何处理信号噪声隔离的实用建议。这种前瞻性思维，让我意识到仅仅掌握气动元件本身是不够的，未来的优化设计必须是跨学科的整合。它成功地将一门传统学科，注入了现代信息技术的活力。

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