过程控制原理与工程 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:机械工业

作者:于辉编

出品人:

页数:193

译者:

出版时间:2010-2

价格:22.00元

装帧:

isbn号码:9787111295105

丛书系列:

图书标签:

过程控制
自动化
化工控制
控制工程
工业自动化
PID控制
系统分析
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过程工业

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具体描述

《过程控制原理与工程》共分两篇7章。第一篇为过程控制原理(第1章～第4章)，主要阐述了过程控制的基本原理、基本概念，过程控制系统的数学模型，过程控制系统的时域和频率分析法；第二篇为过程控制工程(第5章～第7章)，详细介绍了简单控制系统的分析与设计方法,控制系统实施、控制系统故障分析与排除、控制系统投运等知识；比较全面地介绍了复杂控制系统的构成方法与应用。以常规过程控制系统为主体，结合炼油、化工、热电、轻工等工业过程中的典型操作单元，从控制过程的特性、基本控制方案等方面作了简明的叙述。《过程控制原理与工程》选材精炼，突出了知识的实用性、实际性和实践性。编写时力求循序渐进、深入浅出、通俗易懂、便于自学。

《过程控制原理与工程》可作为高职高专院校、成人教育学院生产过程自动化技术、检测技术及仪表等专业的教材用书，也可作为电气、机电一体化、冶金、化工、制药、轻工等相关专业的参考书，并可供相关专业技术人员参考。

好的，这是一本涵盖了现代工业自动化领域核心知识的教材的简介，它侧重于系统设计、先进控制方法以及实际应用案例分析，完全避开了《过程控制原理与工程》可能涉及的具体内容。 --- 《智能制造时代的工业自动化系统：架构设计与前沿算法》书籍概述：在工业 4.0 和智能制造浪潮的推动下，传统的自动化系统正经历深刻的变革。本书《智能制造时代的工业自动化系统：架构设计与前沿算法》旨在为读者提供一个全面、深入的视角，理解和掌握构建下一代高可靠性、高效率、自适应工业自动化解决方案所需的理论基础与工程实践。本书聚焦于系统级的集成、先进的控制策略、网络安全以及数据驱动的优化，是面向自动化工程师、系统集成商、以及相关专业研究人员的权威参考资料。核心内容板块详解：本书内容结构严谨，分为四个主要部分，每个部分都深入探讨了当前工业自动化领域最关键的技术栈。第一部分：现代工业自动化系统架构与集成本部分首先确立了对现代复杂工业环境的认知框架，强调了从传统的分布式控制系统（DCS）到基于工业物联网（IIoT）的集成架构的演进。 1. 层次化与集成化架构设计：详细阐述了 ISA-95/Purdue 模型在现代工厂中的重新诠释。重点分析了从现场设备层（传感器、执行器）到控制层（PLC/PAC）、再到制造执行系统（MES）和企业资源规划（ERP）层的数据流、控制流和信息流的有效集成策略。讨论了如何利用标准化的通信协议（如 OPC UA、MQTT）实现跨平台、跨供应商设备间的高效互操作性。 2. 工业通信与网络安全：深入解析了工业以太网（EtherNet/IP, PROFINET, EtherCAT）的实时性机制、时间同步技术（如 TSN - 时间敏感网络）的原理和应用。鉴于网络化带来的安全挑战，本书专门辟章论述了 OT（运营技术）网络的安全框架，包括零信任原则在工业控制系统（ICS）中的部署、威胁建模、以及物理隔离与逻辑隔离的最佳实践。 3. 可编程逻辑控制器（PLC/PAC）的高级应用：区别于基础的逻辑编程，本章节侧重于现代高性能控制器在复杂运动控制、安全联锁系统（SIS）以及高性能批处理（S88 标准）中的应用。强调了模块化编程范式、代码复用技术以及冗余系统（如热备份、故障转移）的设计与调试。第二部分：面向复杂动态过程的先进控制理论与实践本部分深入探讨了超越传统 PID 技术的现代控制算法，这些算法是处理强耦合、时滞大、非线性过程的关键。 1. 模型预测控制（MPC）的工程化实现：这是本书的重点之一。详细介绍了线性 MPC (LMPC) 和非线性 MPC (NMPC) 的基本原理、滚动优化机制和约束处理能力。关键内容包括：如何辨识过程模型（如步长响应法、系统辨识工具箱的应用），如何选择合适的优化求解器（如内点法、序列二次规划），以及在资源受限的 PLC/PAC 平台上实现 MPC 算法的量化与调度策略。 2. 鲁棒控制与自适应技术：讨论了如何设计在模型不确定性（如传感器漂移、执行器老化）下仍能保持性能的控制器，如 $H_{infty}$ 控制设计方法。同时，详细介绍了在线参数估计（如卡尔曼滤波及其变种）在自适应控制中的应用，以应对过程特性随时间变化的工况。 3. 多变量解耦与控制：针对化工、冶金等行业中常见的强耦合系统，本书提供了如相对增益矩阵（RGA）分析、反馈解耦矩阵设计等工具，指导工程师如何有效地将多输入多输出（MIMO）系统分解为可独立控制的子系统，并给出实际的案例演示。第三部分：数据驱动的优化与机器学习在控制中的融合随着传感器密度的增加和计算能力的提升，数据驱动的方法正在重塑控制系统的决策能力。 1. 工业大数据采集与预处理：讲解了如何有效地从 SCADA/DCS 历史数据库（Historian）中提取、清洗和标注数据，以满足机器学习模型的训练要求。重点讨论了时间序列数据的去噪、异常检测和特征工程在工业场景下的特殊性。 2. 基于机器学习的故障诊断与预测性维护（PdM）：介绍了监督学习（如 SVM、随机森林）和深度学习（如 LSTM、Autoencoder）在设备健康状态监测中的应用。内容涵盖特征提取、模型训练、实时性能评估，以及如何将诊断结果无缝集成到控制器的状态机中，实现预防性停机和自适应工况调整。 3. 强化学习（RL）在过程优化中的探索：提供了 RL 框架（如 DQN, PPO）在复杂系统（如反应堆温度控制、能源调度）中进行试错式策略学习的原理介绍。重点探讨了在真实工业环境中，如何通过仿真环境（Digital Twin）进行安全训练，并将训练好的策略部署到生产环境的策略和风险评估流程。第四部分：系统可靠性、仿真与数字孪生可靠性是工业自动化的生命线。本部分关注系统验证、验证和虚拟调试。 1. 工业系统可靠性工程与冗余设计：深入分析了故障树分析（FTA）、事件树分析（ETA）在系统安全设计中的应用。详细对比了不同级别的冗余架构（如 1oo2, 2oo3）的成本、可用性与平均故障间隔时间（MTBF）的计算方法。 2. 高保真仿真与虚拟调试：强调了在实际硬件投入前，通过仿真来验证控制逻辑和操作员界面（HMI）的必要性。介绍了基于物理建模（如 Bond Graph, CFD 耦合）的数字孪生（Digital Twin）构建方法，以及如何利用孪生模型进行控制参数的预整定和操作员培训。 3. 人机交互（HMI）与操作员决策支持：遵循人因工程学原理，指导读者设计清晰、直观且符合认知负荷的 HMI 界面。讨论了如何利用高级报警管理系统（ISA 18.2 标准）有效过滤“报警泛滥”，并为操作员提供基于状态的、清晰的决策建议。目标读者群体：本书不仅适用于高等院校过程控制、自动化、电气工程等专业的硕士及博士研究生，更直接服务于在化工、石油天然气、电力、制药及高端装备制造等行业中从事自动化系统设计、实施、维护和升级的专业工程师。通过系统学习，读者将能够从容应对复杂工业环境对新一代自动化技术提出的挑战。

作者简介

目录信息

前言第一篇过程控制原理1第1章过程控制系统的基本概念2 1.1 引言2 1.2 过程控制系统的组成及框图2 1.2.1 过程控制系统的组成2 1.2.2 过程控制系统的框图3 1.2.3 过程控制系统的相关术语3 1.3 过程控制系统的分类4 1.3.1 开环控制与闭环控制4 1.3.2 按设定值变化规律分类6 1.4 过程控制系统的性能要求7 1.4.1 过程控制系统的过渡过程7 1.4.2 过程控制系统的过渡过程的几种形式7 1.4.3 过程控制系统的性能指标8 本章小结8 思考题与习题8第2章过程控制系统的数学模型10 2.1 建立被控对象的数学模型10 2.2典型化工对象(或环节)数学模型的建立13 2.2.1 串联液体储槽13 2.2.2 带套管热电偶13 2.2.3 气动薄膜控制阀14 2.3 拉氏变换、反变换及其应用15 2.3.1 拉氏变换的概念16 2.3.2 拉氏变换的运算定理17 2.3.3 拉氏反变换19 2.3.4 拉氏变换及拉氏反变换的应用19 2.4 传递函数19 2.4.1 传递函数的定义19 2.4.2 传递函数的一般表达式20 2.4.3 传递函数的性质20 2.4.4 典型环节的传递函数21 2.4.5 过程控制系统的结构图及其等效变换23 2.5 过程控制系统的传递函数27 2.5.1 系统开环传递函数28 2.5.2 系统闭环传递函数28 本章小结29 思考题与习题30第3章过程控制系统的时域分析法33 3.1 过程控制系统的响应分析33 3.1.1 典型输入信号33 3.1.2 过程控制系统的时域性能指标34 3.1.3 一阶过程控制系统的阶跃响应分析36 3.1.4 二阶过程控制系统的阶跃响应分析38 3.2 过程控制系统的稳定性分析41 3.2.1 系统的稳定性41 3.2.2 劳斯稳定判据42 3.3 常规控制规律及其对过程控制质量的影响45 本章小结51 思考题与习题51第4章过程控制系统的频率分析法53 4.1 频率特性53 4.1.1 频率特性的基本概念53 4.1.2 频率特性与传递函数的关系55 4.2 典型环节的博德图56 4.2.1 博德图的表示56 4.2.2 比例环节57 4.2.3 积分环节57 4.2.4 微分环节58 4.2.5 惯性环节59 4.2.6 一阶微分环节60 4.2.7 振荡环节60 4.3 控制系统开环博德图的绘制62 4.3.1 采用叠加方法绘制系统开环博德图62 4.3.2 根据系统开环对数频率特性曲线确定系统的传递函数66 4.4 对数频率稳定判据与稳定裕量67 4.4.1 对数频率稳定判据67 4.4.2 稳定裕量68 4.4.3 过程控制系统分析和设计的稳定裕量法70 本章小结74 思考题与习题75第二篇过程控制工程77第5章简单控制系统分析与设计78 5.1 简单控制系统的组成78 5.2 被控变量与操纵变量的选择79 5.2.1 被控变量的选择79 5.2.2 操纵变量的选择79 5.3 测量滞后对控制质量的影响及克服办法82 5.3.1 测量滞后对控制质量的影响82 5.3.2 克服测量滞后及信号的处理方法84 5.4 控制阀的选择86 5.4.1 控制阀概述86 5.4.2 控制阀的流量特性87 5.4.3 控制阀的流量特性的选择90 5.4.4 控制阀气开、气关形式的选择92 5.4.5 阀门定位器的正确使用93 5.5 控制器的选择94 5.5.1 控制器控制规律的选择94 5.5.2 控制器正、反作用的确定95 5.6 简单控制系统工程应用案例97 5.7 简单控制系统的投运和控制器参数整定98 5.7.1 系统的投运98 5.7.2 控制器参数的工程整定 99 5.8 简单控制系统的故障及故障排除103 5.8.1 自动控制系统的故障及判别方法103 5.8.2 故障分析举例105 本章小结107 思考题与习题107第6章复杂控制系统111 6.1 串级控制系统111 6.1.1 串级控制系统的基本原理与结构 111 6.1.2 串级控制系统的工作过程113 6.1.3 串级控制系统的特点114 6.1.4 串级控制系统的设计117 6.1.5 串级控制系统的工业应用场合及应用案例120 6.1.6 串级控制系统的投运和主、副控制器的参数整定122 6.2 均匀控制系统 124 6.2.1 均匀控制的目的和要求124 6.2.2 均匀控制方案125 6.2.3 控制器参数的整定127 6.3 比值控制系统128 6.3.1 概述128 6.3.2 定比值控制系统129 6.3.3 变比值控制系统130 6.3.4 比值控制系统的实施131 6.3.5 比值控制系统的投运和控制器参数的整定136 6.4 分程控制系统136 6.4.1 分程控制系统的构成136 6.4.2 分程控制的应用场合137 6.5 前馈控制系统140 6.5.1 前馈控制的基本原理及特点140 6.5.2 前馈控制系统的几种结构形式142 6.5.3 前馈控制系统的选用144 6.6 选择性控制系统144 6.6.1 概述144 6.6.2 选择性控制系统的构成145 6.6.3 选择性控制系统的类型146 6.6.4 积分饱和现象及其防止措施147 本章小结149 思考题与习题149第7章工业生产过程控制应用153 7.1 流体输送设备的控制153 7.1.1 离心泵的控制153 7.1.2 容积式泵的控制156 7.1.3 压缩机的控制156 7.1.4 离心式压缩机的防喘振控制157 7.2 传热设备的控制159 7.2.1 换热器的控制160 7.2.2 蒸汽加热器的控制162 7.2.3 冷却器的控制162 7.2.4 加热炉的控制163 7.3 锅炉设备的控制167 7.3.1 概述167 7.3.2 汽包水位系统的控制 168 7.3.3 锅炉燃烧系统的控制173 7.4 精馏塔的控制174 7.4.1 概述174 7.4.2 精馏塔的控制目标175 7.4.3 精馏塔的干扰因素分析175 7.4.4 精馏塔质量指标的选择176 7.4.5 精馏塔的基本控制方案178 7.5 化学反应器的控制181 7.5.1 化学反应器的控制要求181 7.5.2 化学反应器的基本控制方案182 7.6 炼油工业生产过程控制184 7.6.1 炼油工业概述184 7.6.2 常减压生产过程控制185 7.6.3 催化裂化生产过程控制187 7.6.4 催化重整生产过程控制189 本章小结191 思考题与习题192参考文献193
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读后感

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用户评价

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**评价二：** 初次接触这本书的作者，就被他那独特的叙事风格深深吸引住了。他似乎有一种魔力，能将那些原本枯燥乏味的理论概念，描绘得如同精彩的侦探小说般引人入胜。阅读过程中，我经常会情不自禁地在脑海中构建出那些复杂的物理模型和动态过程，仿佛亲身参与了每一次的反馈回路调整。作者善于运用生动的比喻和贴近现实生活的案例来阐述深奥的数学原理，使得那些抽象的拉普拉斯变换和状态空间模型，不再是高不可攀的学术壁垒，而变成了触手可及的工程工具。这种将理论与实践完美融合的叙述方式，极大地激发了我学习的内在动力，让我对这个领域产生了前所未有的热情。

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**评价四：** 这本书中的插图和图解部分，绝对是教科书级别的典范。很多其他书籍中难以用文字描述清楚的控制流程图、信号流图，在这里都被绘制得简洁明了，一目了然。特别是那些针对特定控制算法的流程示意图，不仅仅是简单的线条和方框组合，而是融入了设计师对算法工作原理的深刻理解。它们用最直观的方式，解释了复杂的反馈机制如何运作，帮助我迅速捕捉到核心思想。这种高质量的视觉辅助材料，极大地降低了跨越认知障碍的难度，让学习效率得到了质的飞跃。我甚至会单独翻阅这些图表，来加深对某个关键概念的记忆和理解。

评分☆☆☆☆☆

**评价三：** 这本书的逻辑架构构建得极其精妙，从基础概念的奠定，到复杂系统的分析，再到前沿技术的探讨，层层递进，环环相扣，展现出作者对整个学科体系的宏观掌控力。我发现，每当我在某一章节遇到理解上的困难时，稍稍回顾一下前几章的内容，总能找到清晰的线索和铺垫，这表明作者在内容组织上进行了大量的预先设计和权衡。不同于市面上那些零散、片段化的教材，这本书提供了一个完整且自洽的知识框架，让人能够系统性地建立起对该领域的认知体系。对于一个希望全面掌握这门学科的读者来说，这种系统性和连贯性是无可替代的宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

**评价五：** 我必须赞扬作者在案例研究部分所展现出的广度和深度。书中选取的应用实例，覆盖了从经典的温度控制到复杂的化学反应器优化，乃至一些现代化的智能制造场景。这些案例不仅仅是简单的理论应用演示，更像是真实的工程项目复盘。作者在描述每个项目时，都深入剖析了初始遇到的挑战、选择特定控制策略的原因，以及最终取得的效果，甚至坦诚地指出了某些方案的局限性。这种“知其然，更知其所以然”的探讨方式，让读者能够真正体会到工程决策的复杂性和艺术性，为我们这些未来的工程师提供了宝贵的实战经验参考。

评分☆☆☆☆☆

**评价一：** 这本书的装帧设计简直是一场视觉盛宴，封面那种深邃的蓝色调，配上烫金的字体，一下子就抓住了我的眼球。翻开内页，那种纸张的质感非常舒服，油墨印刷的清晰度也达到了行业顶尖水平，阅读体验极佳。我尤其欣赏作者在章节排版上花的心思，图表的布局和文字的间距都拿捏得恰到好处，让人长时间阅读也不会感到视觉疲劳。它不仅仅是一本技术书籍，更像是一件值得收藏的艺术品。细节之处见真章，比如目录的清晰索引、脚注的规范格式，都体现了出版社和作者对专业知识传播的严谨态度。这本书拿在手上，就有一种沉甸甸的可靠感，光是这份用心，就让我对里面的内容充满了期待，相信它一定是一本集大成之作，能带给我非同一般的知识体验。

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