过程控制系统及其应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:居滋培

出品人:

页数:199

译者:

出版时间:2005-5

价格:19.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111162391

丛书系列:

图书标签:

• 过程控制
• 自动化
• 工业控制
• 系统工程
• 化学工程
• 控制理论
• 仪表技术
• 传感器
• PLC
• DCS

好的，这是一份针对一本假设的书籍的详细简介，该书不涉及“过程控制系统及其应用”这一主题，而是聚焦于“复杂系统中的非线性动力学与混沌理论”。 --- 图书名称：复杂系统中的非线性动力学与混沌理论 作者： [虚构作者姓名，例如：张文博，李明] 出版社： [虚构出版社名称，例如：前沿科学出版社] ISBN： [虚构ISBN] 全书页数： 约 780 页（包含丰富的图表、案例分析及参考文献） --- 导言：重塑我们对“秩序”与“无序”的理解 我们生活在一个充满复杂性的世界。从气候模式的瞬息万变到生物种群数量的起伏不定，从金融市场的剧烈震荡到大脑神经元的放电序列，许多自然与工程现象都呈现出远超简单线性模型的行为特征。传统的线性分析工具在描述这些现象时显得捉襟见肘。本书正是在此背景下诞生，它系统地、深入地探讨了非线性动力学与混沌理论这两个前沿交叉学科的核心概念、数学基础与实际应用。 本书旨在为物理学、数学、工程学、生物学、经济学乃至社会科学的研究人员和高级学生提供一个全面且深入的视角，理解系统如何从简单的驱动力中涌现出惊人的复杂行为，以及如何通过非线性工具捕捉和预测这种“看似随机”的确定性规律。 第一部分：非线性动力学的数学基础 本书的基石是坚实的数学框架。第一部分专注于建立理解非线性系统的必要工具和语言。 第一章：从线性到非线性——范式转换 本章首先回顾了线性系统的基本概念（如叠加原理和特征值分析），并明确指出了线性模型在描述现实世界复杂性时的局限性。随后，引入了非线性系统的基本定义、相空间（Phase Space）的概念，以及李雅普诺夫指数（Lyapunov Exponent）作为衡量系统敏感性与不稳定性的核心指标。 第二章：一维与二维动力学系统分析 这是理解更高维度系统的起点。我们详细考察了一阶和二阶常微分方程（ODE）的定性分析方法。内容包括：平衡点的分类（节点、鞍点、焦点、中心），极限环（Limit Cycles）的分析，以及庞加莱-本迪克森（Poincaré-Bendixson）定理在二维系统中的应用。特别是，本章利用 Logistic 映射作为离散时间系统的代表案例，展示了系统如何通过倍周期分岔（Period-Doubling Bifurcation）过渡到混沌。 第三章：分岔理论与定性拓扑学 分岔是系统参数变化时定性行为发生突变的关键机制。本章深入探讨了经典的分岔类型，包括鞍结分岔（Saddle-Node）、超临界和次临界霍普夫分岔（Hopf Bifurcation），以及意大利学者Ruelle和Takens提出的更一般的“准周期湍流”概念。我们侧重于理解分岔图（Bifurcation Diagrams）的物理意义。 第四章：几何与拓扑视角：庞加莱截面与流形 为了研究高维系统的行为，引入了庞加莱截面（Poincaré Sections）作为降维分析的强大工具。本章详细阐述了如何利用截面来识别吸引子（Attractors），区分稳定、准周期和奇异吸引子（Strange Attractors）。拓扑结构（如拓扑等价）的初步概念被引入，为后续章节中对奇异吸引子的几何结构描述做铺垫。 第二部分：混沌的本质与结构 第二部分将焦点完全集中于“混沌”这一现象本身，剖析其内在的数学结构和物理表现。 第五章：洛伦兹系统：混沌的经典范例 洛伦兹（Lorenz）系统作为湍流和大气科学研究的产物，是研究奇异吸引子的里程碑。本章将深入推导洛伦兹方程，分析其关键参数（如瑞利数 $ ext{Ra}$ 和普朗特数 $ ext{Pr}$）对系统行为的影响。重点分析洛伦兹吸引子的结构，解释其“蝴蝶效应”的数学根源。 第六章：衡量混沌：维数、熵与复杂度 混沌系统是确定的，但其长期行为不可预测。本章探讨量化混沌的指标。内容包括：关联维数（Correlation Dimension）、豪斯多夫维数（Hausdorff Dimension）在刻画吸引子的分形特性中的应用。此外，详细介绍了李雅普诺夫谱（Lyapunov Spectrum）及其对系统稳定性的综合判断，以及信息熵（如科尔莫戈洛夫-辛奈指数 K-S Entropy）在衡量信息产生速率上的作用。 第七章：分形几何与自相似性 混沌吸引子天然地具有分形结构。本章引入了分形几何的基础，如自相似性（Self-Similarity）、迭代函数系统（IFS）和盒子计数法（Box-Counting Method）。通过曼德勃罗集（Mandelbrot Set）和朱利亚集（Julia Sets）的分析，直观地展示了分形在复杂系统中的普遍性。 第八章：间歇性与过渡到混沌的新路径 与倍周期分岔不同，间歇性（Intermittency）描述了系统在准周期振荡和混沌爆发之间交替出现的现象。本章分类讨论了间歇性的三种主要类型（I型、II型、III型），并分析了其在水流、激光动力学等领域中的实际观测。 第三部分：复杂系统的建模与应用实例 本书的第三部分将理论框架应用于具体的跨学科领域，展示非线性动力学在解决实际复杂问题中的潜力。 第九章：湍流与流体力学中的非线性 本章探讨了纳维-斯托克斯（Navier-Stokes）方程的挑战性。虽然解析解尚未找到，但非线性动力学方法被用于分析低雷诺数下的转捩（Transition）过程。通过研究二维和三维流体模型（如受限空间内的对流），展示了从层流到湍流的动力学路径。 第十章：生物系统中的非线性动力学 生物学是检验混沌理论的天然实验室。本章研究了种群动态学（如周期性捕食者-猎物模型）、神经元放电模式（如霍奇金-赫胥黎模型简化后的行为）以及心律失常（Arrhythmia）中的混沌行为。重点分析了如何在生物系统中区分真正的混沌与周期性振荡。 第十一章：经济与金融市场的非线性建模 本章聚焦于看似随机的经济时间序列。我们探讨了将宏观经济模型（如非线性投资函数）引入动力学框架的可能性，并分析了使用非线性指标（如回归分析中的非线性残差）来检验市场是否存在底层混沌结构的可能性，而非仅仅是随机游走。 第十二章：控制混沌与同步 理解了混沌的结构后，如何对其进行干预或利用？本章讨论了控制混沌的策略，如奥古辛-坦兹（Ogyuztuz-Tanz）方法和反馈控制方法。此外，系统同步（Synchronization）作为非线性系统间相互影响的体现，详细分析了耦合振荡器的同步现象，包括完全同步、相位锁定和脉冲同步。 结语：非线性科学的未来展望 本书总结了非线性动力学在理解复杂性方面的成就，并展望了未来研究方向，包括高维系统的拓扑分析、随机扰动下的混沌系统（随机共振）研究，以及量子动力学中非线性效应的探索。 --- 目标读者对象： 物理、数学、航空航天、生物工程、环境科学、经济计量学等领域的研究生、博士后及专业工程师。本书要求读者具备微积分、线性代数和基础常微分方程的知识。 本书特色： 1. 概念的严谨性与直观性的结合： 理论推导严密，同时配以大量的相图、轨迹图和分岔图进行直观解释。 2. 跨学科的广度： 案例覆盖物理、工程、生物、经济等多个领域，展示了统一的数学语言。 3. 计算方法指导： 提供了大量使用数值模拟软件（如MATLAB或Python）重现书中关键结果的指南和伪代码。

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我必须承认，阅读这本书的过程更像是一场与领域专家的深度对话，而非单纯的知识输入。作者的叙事风格非常平实，却蕴含着深厚的行业洞察力。例如，在描述人机界面（HMI）设计原则时，他强调的不仅仅是美观性，而是如何通过信息分层和关键告警的突出显示，最大限度地减少操作员的认知负荷，从而有效避免人为失误。这种对“人”在控制回路中角色的重视，是许多纯粹技术书籍所忽略的。书中对操作规程的标准化和变更管理的讨论，也体现了作者对整个生命周期管理的深刻理解，确保了系统在投入运行后，依然能够保持其设计初衷的性能和安全性。

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对于那些希望深入理解过程自动化领域最新技术趋势的专业人士而言，这本书的价值体现在其对新兴技术与传统实践的融合探讨上。书中对基于软件定义控制（SDC）的理念进行了前瞻性的论述，探讨了如何在虚拟化环境中实现更灵活的控制逻辑部署和更高效的资源管理。此外，作者对数据驱动决策在过程优化中的应用也进行了细致的分析，讨论了如何将机器学习的结果安全、可靠地融入到闭环控制流程中，而不是仅仅作为辅助分析工具。这种对未来控制范式的描绘，使得这本书不仅是一本知识总结，更像是一张指引我们探索下一代工业自动化技术路线图的指南针。

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这本书在控制算法的数学基础和实现细节上的详尽程度，简直令人惊叹。我对经典PID控制的改进算法部分印象尤其深刻，作者不仅回顾了其历史，更着重阐述了增量式PID、级联控制以及前馈补偿等高级技巧在实际应用中的微妙差异和调参哲学。很多工业界流传的“经验法则”，在这本书里都能找到严格的数学推导作为支撑，这极大地提升了我的理论信心。它处理非线性和大延迟系统的章节，尤其精彩，比如利用Smith预估器或基于模型预测控制（MPC）的思路，作者用清晰的数学语言描绘了如何将复杂的工程难题转化为可求解的最优化问题，对于希望从基础控制转向先进控制领域的读者来说，这部分内容是无价之宝。

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这本书的内容实在是让人大开眼界，特别是关于信号处理和数据采集那一部分。我记得它详细阐述了如何从复杂的物理过程中提取有意义的信息，并且对噪声的抑制和信号的重建进行了深入的探讨。书中不仅仅停留在理论层面，还结合了大量的实际案例，比如在化工生产线上如何通过精确的传感器数据来优化反应速率，这种结合理论与实践的写作方式，非常有助于我们这些一线工程师理解和应用。作者对各种滤波器的特性分析得非常透彻，无论是经典的IIR还是FIR滤波器，其设计思路和在不同工况下的适用性都讲得清清楚楚，读起来让人感觉自己对整个控制环路的“感知”能力都有了质的飞跃。尤其欣赏的是，书中对实时性要求的讨论，如何平衡计算复杂度和响应速度，这在现代高动态控制系统中是至关重要的议题，作者的见解独到且极具参考价值。

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从系统架构的角度来看，这本书对现代分布式控制系统（DCS）的描述，可以说是教科书级别的严谨。它没有简单地罗列各种硬件组件，而是深入剖析了不同层级之间数据流动的逻辑和协议层面的挑战。我特别关注了其中关于系统冗余和容错机制的章节，面对高风险、连续性要求极高的工业环境，如何设计出“永不宕机”的控制方案，这本书提供了非常清晰的蓝图。无论是热备切换的逻辑时序，还是不同控制器间状态同步的算法实现，讲解得丝丝入扣。更难能可贵的是，作者还探讨了网络安全在这些系统中的集成问题，这种前瞻性的视角，确保了我们现在建立的系统在未来很长一段时间内都具有前瞻性和健壮性，远非市面上那些只关注单一控制器配置手册的资料可比拟。

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