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出版者:CRC Pr I Llc

作者:A, Pansini

出品人:

页数:264

译者:

出版时间:2005-6

价格:$ 120.85

装帧:HRD

isbn号码:9780849336669

丛书系列:

图书标签:

• 电力系统
• 电气工程
• 电力分配
• 电力传输
• 配电网
• 电力设备
• 电气安装
• 电力保护
• 电力自动化
• 电力质量

《工业自动化与过程控制系统：原理、应用与前沿技术》 书籍简介 本书是一部全面深入探讨现代工业自动化与过程控制系统核心原理、关键技术、实际应用及未来发展方向的综合性专著。旨在为电气工程、自动化科学、机械电子工程等相关专业的学生、工程师、技术研发人员以及行业管理者提供一份既有深厚理论基础，又紧密结合工程实践的参考指南。 第一部分：自动化与控制系统的基础理论 本部分奠定了理解现代控制系统的理论基石。首先从经典的控制理论出发，详细阐述了线性时不变（LTI）系统的建模方法，包括传递函数、状态空间表示等。深入剖析了系统的时域响应、频域特性分析（如波特图、奈奎斯特图），以及系统的稳定性判据（如劳斯-赫尔维茨判据）。 随后，内容转向现代控制理论的核心，重点讲解了状态空间法的优势及其在复杂系统分析中的应用。详细讨论了能控性、能观测性理论，以及极点配置、最小阶观测器（如卡尔曼滤波器）的设计方法。对于非线性系统的分析，本书介绍了李雅普诺夫稳定性理论、小范围线性化方法，并对一些常见非线性现象（如死区、饱和）进行了定性分析。 此外，数字控制系统是现代工业控制的支柱。本部分详述了采样、保持过程的理论，离散时间系统的建模（Z变换），以及数字PID控制器的设计与离散化算法。特别强调了数字控制系统的时间延迟补偿与量化误差的处理。 第二部分：工业传感器、执行器与现场设备 本部分聚焦于构成控制系统的“感”与“动”的物理层基础。 传感器技术： 覆盖了工业环境中应用最广泛的各类传感器。对温度、压力、流量、液位等过程变量的测量原理进行了详尽的阐述，包括电阻式、电容式、光电式、超声波及激光测量技术。重点分析了传感器的精度、分辨率、漂移、线性度等关键性能指标，以及抗干扰措施的选择。对于新型传感器技术，如智能传感器和无线传感网络在工业物联网（IIoT）中的集成应用也进行了探讨。 执行器系统： 详细介绍了工业执行器的类型与驱动技术。包括气动、液压系统的基本原理、组件选型与控制回路设计。在电动执行器方面，深入分析了各种电机（直流、交流、步进、伺服电机）的特性、驱动电路（如PWM技术）及精确运动控制所需的反馈机制。对于调节阀的选型、流量特性曲线分析及动态响应优化，提供了丰富的工程案例指导。 现场总线与通信协议： 现代工厂依赖高效可靠的通信网络。本部分系统梳理了主流的工业通信标准，包括串行通信（RS-232/485）、以太网/IP、Profibus/Profinet、DeviceNet以及最新的EtherCAT技术。重点讨论了不同协议在实时性、带宽、拓扑结构和容错能力方面的权衡，以及如何构建分层、异构的工业通信架构。 第三部分：可编程逻辑控制器（PLC）与分布式控制系统（DCS） 本部分是工业控制系统的核心实现平台。 PLC技术： 深入解析了PLC的硬件结构（CPU、I/O模块、通信模块）和软件架构。详细讲解了IEC 61131-3标准下的五种编程语言，特别是梯形图（LD）、指令表（IL）、功能块图（FBD）和结构化文本（ST）的实际应用场景。通过大量的逻辑控制案例，指导读者掌握定时器、计数器、数据处理、中断服务程序的设计与调试技巧。特别强调了PLC在安全联锁、故障诊断及网络集成中的应用。 DCS系统： 阐述了分布式控制系统的架构、特点及其在大型复杂过程控制中的优越性。分析了DCS的控制站、操作员站、工程师站之间的相互关系。内容涵盖了先进过程控制（APC）算法在DCS中的集成部署，如模型预测控制（MPC）的结构与实现难点。同时，对比了DCS与PLC在系统冗余、工程量化、操作界面友好性方面的差异与互补性。 第四部分：先进控制策略与系统优化 本部分着眼于提高过程控制系统的性能极限。 反馈与前馈控制： 在PID控制的基础上，深入探讨了串级控制、比值控制、解耦控制等常用复合控制策略的设计流程与参数整定方法。详细讲解了针对滞后过程的史密斯预测器（Smith Predictor）的设计与应用。 先进过程控制（APC）： 全面介绍了基于模型的先进控制技术。重点剖析了基于模型的控制（MPC）的核心算法——优化目标函数的建立、约束处理、模型降阶等关键步骤。并讨论了对模型不确定性鲁棒性的分析方法。 自适应与鲁棒控制： 针对过程参数随时间变化的系统，讲解了自整定PID、基于误差重设的自适应控制（MRAC）的设计思想。在鲁棒控制方面，本书介绍了$mathcal{H}_{infty}$控制和滑模控制（SMC）的基本原理，及其在应对强耦合、不确定性大的系统中的优势与挑战。 第五部分：工业安全、网络化与未来趋势 本部分关注控制系统的可靠性、安全性及未来的技术发展方向。 功能安全与SIL等级： 详细解读了IEC 61508和IEC 61511标准，阐述了安全仪表系统（SIS）的风险评估、安全完整性等级（SIL）的确定、安全联锁逻辑的设计与验证流程。重点分析了故障容忍设计（如2oo3投票机制）在关键设备中的应用。 工业网络安全： 随着控制系统（ICS）向IT网络融合，网络安全成为重中之重。本部分分析了工控系统的常见攻击面、安全漏洞（如零日漏洞），并介绍了纵深防御策略，包括网络分段（Purdue模型）、访问控制、入侵检测系统（IDS）在OT环境中的部署与管理。 工业物联网（IIoT）与数字化转型： 探讨了云计算、边缘计算在工业数据采集、实时分析中的作用。介绍了数字孪生（Digital Twin）的概念模型、构建要素及其在工厂优化、预测性维护中的实际价值。讨论了大数据分析技术（如机器学习算法）如何赋能过程优化和故障早期预警。 结论： 本书力求在理论深度与工程实用性之间取得平衡，通过丰富的案例分析和工程实例，帮助读者构建一个完整、系统且面向未来的工业自动化与过程控制知识体系。

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