过程计算机控制及先进控制策略的实现

过程计算机控制及先进控制策略的实现 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:机械工业出版社发行室
作者:田涛
出品人:
页数:292
译者:
出版时间:2007-1
价格:33.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787111192688
丛书系列:
图书标签:
  • 过程控制
  • 先进控制
  • 计算机控制
  • 自动化
  • 工业自动化
  • 控制系统
  • MATLAB
  • Simulink
  • PID控制
  • 模型预测控制
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具体描述

本书共分10章。其中有关计算机控制方面的内容,以PC/PCI总线工业控制计算机为基础展开,同时介绍了有关通信网络、分散控制系统和现场总线控制系统等知识;不仅介绍了PID算法、最小拍算法等常规控制算法,还介绍了自适应控制、模糊控制、神经控制等先进的控制策略及其计算机实现;以3类不同形式的火电厂热工控制工程实例阐述了控制算法的计算机实现方法。

本书适合于自动化相关专业的工程技术人员、大学本专科高年级学生及研究生阅读。

现代工业自动化与智能制造:系统集成、优化控制及前沿技术应用 本书聚焦于当代工业生产体系中,从基础自动化层到高级决策层的全面集成、优化控制策略的部署,以及新兴智能技术的融合应用。本书旨在为读者提供一个宏观而深入的视角,理解如何构建高效、柔性且具备自适应能力的现代工业系统,特别侧重于系统工程、数据驱动方法论以及对传统过程控制范式的创新性拓展。 --- 第一部分:工业控制系统架构与集成工程 本部分深入探讨了现代工业控制体系的结构组成、技术演进及其系统集成的方法论。 第一章:新一代分布式控制系统(DCS)与可编程逻辑控制器(PLC)的演进 本章首先回顾了传统控制系统(如早期继电器控制、早期的集中式PLC)的局限性。随后,详细阐述了现代基于以太网/工业互联网(IIoT)的分布式控制系统(DCS)的架构设计原则。重点分析了模块化、冗余性设计在提升系统可靠性方面的关键作用。对于PLC层面,讨论了基于IEC 61131-3标准的编程范式,并对比了不同厂商的现代运动控制器和安全控制系统(SIS)的最新特性,强调了操作技术(OT)与信息技术(IT)融合带来的数据交互新挑战与机遇。 第二章:工业网络与数据传输安全 随着控制系统向更高层级数据交换的推进,工业网络成为核心瓶颈。本章系统梳理了现场总线技术(如Profibus, Foundation Fieldbus)向高速工业以太网(如Profinet, EtherCAT, TSN)的迁移过程。详细剖析了时间敏感网络(TSN)在实现确定性通信和跨异构网络实时同步方面的技术细节。同时,鉴于工业控制系统(ICS)日益增长的网络安全风险,本章投入大量篇幅讲解了OT环境下的网络安全纵深防御体系,包括资产识别、入侵检测、安全域划分(Purdue模型的新诠释)及事件响应机制的构建。 第三章:人机界面(HMI)与操作员信息系统(OIS)的优化设计 有效的操作界面是人与复杂自动化系统交互的关键桥梁。本章探讨了优秀HMI设计的原则,强调“情境感知”和“认知负荷最小化”。内容涵盖了图形元素设计标准、报警管理系统(AMS)的设计规范(基于ISA 18.2标准),以及如何通过增强现实(AR)技术辅助现场维护和远程专家指导。此外,本章还分析了操作员绩效评估与人机工程学在控制室设计中的应用。 第四章:工业物联网(IIoT)基础设施的搭建与边缘计算 本部分是系统集成的基础。详细阐述了如何构建一个可扩展、高带宽的IIoT基础设施,包括传感器与执行器的选型标准、数据采集网关(Edge Gateway)的配置要求。重点分析了边缘计算(Edge Computing)在工业现场的应用价值——即在靠近数据源的地方进行预处理、实时分析和控制决策,以降低对中心云平台的依赖,并提高响应速度。探讨了容器化技术(如Docker/Kubernetes)在工业边缘环境中的部署策略。 --- 第二部分:数据驱动的优化与高级过程控制 本部分不再局限于传统的PID控制范畴,而是深入研究如何利用数据挖掘、建模技术和先进算法,实现生产过程的全局优化。 第五章:工业过程建模与系统辨识的现代方法 精确的模型是实现高级控制的前提。本章超越了简单的线性模型,重点介绍了非线性系统辨识技术,如基于神经网络(NN)、支持向量机(SVM)的黑箱模型辨识方法。对于机理尚不完全清晰的复杂过程,详细讲解了混合建模(Grey-Box Modeling)的构建流程,即将部分已知物理规律与数据驱动模型相结合,以提高模型的精度和泛化能力。讨论了模型验证(Validation)与在线更新(Adaptation)的工程实践。 第六章:模型预测控制(MPC)的理论深化与应用实践 模型预测控制(MPC)是实现多变量耦合系统最优控制的核心工具。本章系统阐述了有限时间域优化、滚动时域(Receding Horizon)的数学基础。深入分析了约束处理(Hard/Soft Constraints)的优化算法实现,如线性规划(LP)、二次规划(QP)。此外,本章特别关注了非线性模型预测控制(NMPC)在处理强非线性、大滞后过程中的挑战与求解策略,包括伪谱法(Pseudospectral Methods)的应用。 第七章:基于机器学习的软测量与异常检测 在许多关键质量指标(如化学成分、材料强度)难以实时测量的场景中,软测量(Soft Sensing)成为提高控制性能的有效手段。本章介绍了如何利用历史过程数据,构建基于偏最小二乘(PLS)、深度学习(如LSTM、GRU)的质量预测模型。在异常检测方面,探讨了基于统计过程控制(SPC)的改进方法,以及利用自编码器(Autoencoders)进行无监督故障诊断的流程。 第八章:经济效益优化与实时调度 控制的目标最终指向经济效益的最大化。本章将过程控制与运营研究(Operations Research)相结合,探讨如何将经济指标(如原料成本、能耗、产品价值)转化为控制系统的优化目标函数。重点分析了实时优化(RTO)系统的架构,它如何周期性地提供最佳设定点(Setpoints)给下层的过程控制器,以应对原料波动或市场价格变化。讨论了在复杂生产网络中,如何应用混合整数线性规划(MILP)来解决生产调度与控制的协同问题。 --- 第三部分:自主性与未来控制范式的探索 本部分展望了工业自动化领域的未来趋势,探讨了如何实现更高层次的自主操作和系统的自愈能力。 第九章:强化学习(RL)在过程控制中的探索性应用 强化学习为控制系统带来了从试错中学习最优策略的潜力。本章详细介绍了RL的基本框架(Agent, Environment, Reward),以及适用于连续控制任务的深度确定性策略梯度(DDPG)和近端策略优化(PPO)等算法在仿真环境中的初步应用。重点讨论了将RL策略安全集成到现有成熟的反馈控制系统中的工程路径,包括如何设计安全边界(Safety Constraints)和探索策略的限制。 第十至:系统健康管理与预测性维护(PHM) 现代工业系统需要具备从故障中恢复或提前规避的能力。本章聚焦于系统健康管理(PHM)。内容包括传感器和执行器的寿命预测模型(基于可靠性工程),以及如何通过分析振动、温度等监测数据,提前诊断设备退化状态。讨论了如何将PHM系统的输出信息无缝接入到系统自动化的调度与冗余切换机制中,实现真正的“自愈”能力。 第十一章:数字化孪生(Digital Twin)在闭环优化中的角色 数字化孪生不仅仅是仿真模型的静态复制,而是与物理实体实时连接、不断演进的虚拟模型。本章深入探讨了构建高保真(High-Fidelity)工业数字孪生的关键技术栈,包括数据同步机制、模型校准算法。重点阐述了如何利用数字孪生平台进行“What-If”场景分析、控制策略的离线验证,以及在孪生环境中预演复杂切换操作,从而最大限度地降低物理系统操作的风险。 第十二章:工业网络安全与控制系统的韧性设计 随着系统复杂度和互联互通性的增加,控制系统的韧性(Resilience)成为核心议题。本章超越了基础的“防御”措施,转向“快速恢复”和“持续运行”。内容包括攻击面分析(Attack Surface Analysis),冗余控制路径的动态切换策略,以及如何设计具备内置安全机制的控制器,使其在检测到网络篡改时,能安全降级(Fail-Safe/Fail-Operational)而非完全停机。 --- 本书的特点: 实践导向强: 案例分析和工程实例贯穿始终,连接理论与工业现场的实际操作差距。 技术前沿性: 重点涵盖了工业物联网、边缘计算、深度强化学习等新兴技术在过程控制领域的落地挑战。 系统集成视角: 强调从现场传感器到企业资源规划(ERP)层的全方位信息流和控制流的优化设计。 本书适合控制工程、自动化、化学工程、机械工程等相关专业的高年级本科生、研究生,以及在流程工业、离散制造、能源与电力行业从事自动化系统设计、优化和运维的工程师与技术人员。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的价值,在于它提供了一个非常全面的视角来理解和实现过程控制。我从书中获得的,不仅仅是关于特定控制算法的知识,更是对整个控制系统设计流程的深刻理解。在“过程计算机控制”的章节,作者详细介绍了从传感器信号的采集、处理,到控制器算法的实现,再到执行器的驱动,整个数字控制系统的运作流程。这让我对计算机在闭环控制系统中扮演的关键角色有了更清晰的认识。我尤其关注书中关于数字滤波器设计的讨论,它揭示了如何在数字域中有效地抑制噪声,提高测量精度,为后续的控制算法打下良好的基础。而“先进控制策略”的部分,则为我打开了通往更高效、更智能控制的大门。书中对模型预测控制(MPC)的讲解,我个人觉得非常到位,它不仅仅介绍了MPC的基本原理,还深入探讨了如何在实际工程中构建精确的预测模型,如何定义优化目标函数,以及如何有效地求解优化问题。书中还详细介绍了MPC在处理多变量耦合系统和约束条件下的优势,这对我目前正在研究的一个项目非常有启发。此外,书中对自适应控制和神经网络控制的介绍,也让我看到了解决非线性、时变过程的新途径。总而言之,这本书为我提供了一个非常宝贵的“工具箱”,里面包含了解决各种复杂过程控制问题的理论方法和工程实践经验。

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这本书的结构设计堪称典范,它循序渐进,由浅入深,让人在阅读的过程中能够自然而然地掌握复杂的控制理论。开篇的“过程计算机控制”章节,为读者打下了坚实的理论基础,从数字信号处理到数字控制系统的基本原理,讲解清晰透彻,辅以大量的数学推导和图示,即使是初学者也能较好地理解。紧接着,“先进控制策略”的部分,则如同打开了一扇新世界的大门。书中对各种先进控制方法的介绍,比如模型预测控制(MPC)、模糊逻辑控制、神经网络控制、自适应控制等,都力求做到详尽而易懂。我个人对MPC的部分印象尤为深刻,作者通过分解其核心思想——滚动优化和模型预测,并结合具体的数学模型和约束处理方法,让原本抽象的概念变得具体可感。书中对每种策略的优缺点、适用范围以及实现难度都进行了客观的分析,这对于读者在实际工程中进行技术选型非常有指导意义。此外,书中还穿插了一些关于控制系统集成、通信协议以及安全性的内容,这反映了作者对整个工业控制系统全生命周期的深刻理解。这本书的设计,充分考虑了读者的学习曲线,避免了理论过于晦涩难懂,也避免了实践过于简单粗暴,达到了理论与实践的完美平衡。

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在实际的工业自动化领域,很多问题往往不是简单的一个控制回路就能解决的。这本《过程计算机控制及先进控制策略的实现》正好满足了我在这方面的需求。书中对多变量耦合系统的控制方法,我个人觉得是它的一大亮点。许多工业过程,比如化工反应器、发电厂锅炉等,都存在多个输入变量和多个输出变量之间的相互影响,传统的单回路控制方法在此显得捉襟见肘。这本书则系统地介绍了如何运用如解耦控制、模型预测控制(MPC)等技术来有效地解决这类问题。特别是MPC,书中不仅讲解了其理论基础,还提供了多种不同的实现框架和算法,例如基于线性模型和非线性模型的MPC,以及针对不同约束条件的优化算法。这些内容对我来说,简直就是宝贵的工程经验。此外,书中对“先进控制策略”的分类也非常清晰,它不仅仅列举了各种控制方法,更侧重于解释它们是如何解决具体工程问题的。比如,在讨论自适应控制时,书中详细阐述了如何根据系统参数的变化来实时调整控制器参数,以保证系统在不同工况下的最优性能。这对于那些参数会随时间发生显著变化的工业过程,具有非常重要的参考价值。这本书让我看到了解决复杂工业控制问题的多种可能性,也让我对如何提升工业过程的自动化水平有了更深的认识。

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这本书的内容,给我的感觉是既有深度又有广度,而且非常注重理论与实践的结合。首先,在“过程计算机控制”部分,作者不仅讲解了数字控制系统的基本原理,比如采样、量化、编码等,还深入探讨了数字控制器设计中的关键技术,如z变换、离散化方法、稳定性分析等。这些内容为理解计算机如何精确地控制物理过程奠定了坚实的基础。我特别喜欢书中对数字PID控制器实现的详细介绍,它不仅给出了数学模型,还探讨了在实际编程中需要注意的各种细节,例如抗积分饱和、输出限幅等,这些都非常有实际工程意义。然后,在“先进控制策略”部分,书中可谓是“干货”满满。我被其中对模型预测控制(MPC)的讲解深深吸引,作者从其核心思想——滚动优化开始,逐步深入到如何构建预测模型、如何处理约束条件,以及如何选择合适的优化算法。书中还给出了MPC在处理多变量耦合系统、存在时滞的系统以及非线性系统中的应用示例,这对于解决复杂工业过程的控制问题非常有价值。此外,书中对模糊逻辑控制、神经网络控制、自适应控制等先进方法的介绍,也让我看到了解决一些传统方法难以应对的非线性、时变、不确定性过程的新途径。总的来说,这本书是一本能够真正帮助读者提升过程控制能力,解决实际工程问题的优秀著作。

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这本书的出版,对我而言,无疑是及时雨。我目前正在从事一个自动化升级的项目,其中涉及到一个复杂化工过程的精确控制。现有的控制系统,尽管多年来一直正常运行,但在效率和产品质量方面,总觉得还有提升的空间。我翻阅了市面上不少控制理论的书籍,但很多都停留在理论层面,或者案例太过简单,难以直接借鉴。而这本《过程计算机控制及先进控制策略的实现》则不同,它非常贴合工业实际。书中的“过程计算机控制”章节,详细阐述了数字控制系统的基本原理,包括采样、量化、编码以及数字控制器的工作流程。这让我对计算机如何在闭环控制系统中扮演核心角色有了更深刻的认识。我特别关注了其中关于离散时间系统分析的部分,例如z变换、离散时间系统的稳定性判据等,这些内容为我理解数字控制系统的行为奠定了坚实的基础。更重要的是,书中对各种数字控制算法的实现细节,如数字PID算法、数字滤波算法等,都进行了详细的介绍,并给出了相应的伪代码。这对于我将理论知识转化为实际编程非常有帮助。而“先进控制策略”部分,更是让我看到了突破现有瓶颈的希望。书中对模型预测控制(MPC)的应用案例分析,其针对多输入多输出(MIMO)系统的处理方法,以及如何利用优化算法来实时计算控制信号,这些都与我目前项目面临的挑战高度契合。我相信,通过研读这本书,我能够找到解决问题的关键思路,并有可能在项目中实现性能的大幅提升。

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读完这本书,我最大的感受是,它不仅仅是一本技术手册,更像是一本思想的启迪录。作者在讲解过程中,并没有简单地罗列公式和算法,而是花了很大的篇幅去探讨控制系统设计背后的哲学和逻辑。比如,在讨论鲁棒控制时,书中详细分析了不确定性对系统性能的影响,以及如何通过各种鲁棒控制技术来提高系统的抗干扰能力和稳定性。这种对“不确定性”的深刻理解和应对策略,在当前的复杂工业环境中尤为重要。书中对于如何建立精确的过程模型也进行了深入的探讨,从机理建模到数据驱动建模,作者都给出了详细的讲解和对比。我尤其欣赏书中对模型辨识技术的介绍,包括参数辨识、状态辨识等,以及各种辨识算法的优缺点分析。这让我意识到,一个好的控制系统,其基础是精准的模型,而模型的建立本身就是一个充满挑战但也至关重要的过程。此外,书中在介绍先进控制策略时,也强调了“软测量”技术的重要性,即如何利用易于测量的变量来估计难以直接测量的关键过程变量。这对于很多化工、制药等过程控制领域,具有非常现实的意义。总而言之,这本书在技术深度和广度的同时,更注重对控制系统设计思维的培养,让我从一个“执行者”的视角,上升到了一个“设计者”和“思考者”的层面。

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这本书的作者,毫无疑问是一位在过程控制领域深耕多年的专家。他在讲解过程中,不仅展现了扎实的理论功底,更流露出丰富的工程实践经验。我特别喜欢书中对于“过程计算机控制”的系统性讲解,它不仅仅介绍了数字控制的基本原理,还深入剖析了计算机在控制系统中的具体应用,比如实时操作系统、嵌入式系统以及PLC编程等。这些内容对于我理解计算机如何与物理过程进行交互,如何实现精确和高效的控制,提供了非常清晰的视角。而“先进控制策略”的部分,则是我认为本书最出彩的地方。作者并没有简单地堆砌各种先进算法,而是花了大量的篇幅去阐述这些策略的“思想精髓”和“工程实现”。比如,在介绍模型预测控制(MPC)时,作者详细解释了如何根据过程的物理或数学模型来预测未来的系统行为,并基于预测结果进行滚动优化,以求解最优的控制序列。书中还给出了如何处理状态约束、输入约束和输出约束的详细方法,这对于在实际工程中实现MPC至关重要。此外,书中对模糊逻辑控制和神经网络控制的讲解,也充满了实践的智慧。作者通过生动的案例,展示了如何将这些智能控制方法应用于非线性、时变、甚至模型难以建立的复杂过程,为解决工程中的难题提供了新的思路。

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这本书,我拿到手里的时候,就觉得它的分量十足,不仅仅是纸张厚度,更是内容上的厚重感。翻开第一页,就仿佛进入了一个宏大的知识殿堂。虽然我对“过程计算机控制”这个领域算不上是门外汉,但这本书的深入程度还是让我眼前一亮。它并没有停留在概念的堆砌,而是用严谨的数学推导和清晰的物理模型,层层剥茧地揭示了控制系统背后的奥秘。我尤其喜欢其中对PID控制的详尽论述,从基础的原理讲到各种改进算法,例如增量式PID、位置式PID,再到一些非线性PID的初步介绍,都给了我很多启发。更让我惊喜的是,书中对一些经典控制问题的分析,比如延时系统、不确定性系统的控制,也给出了行之有效的方法。书中大量的图表,比如传递函数模型、状态空间模型、根轨迹图、Bode图等,都绘制得非常清晰,极大地帮助我理解抽象的数学概念。而且,作者在讲解过程中,会穿插一些实际的工程案例,虽然我还没来得及去细究每一个案例的细节,但这种理论与实践的结合,无疑大大增强了这本书的可读性和实用性,让我感觉这不仅仅是一本学术著作,更像是一位经验丰富的工程师在娓娓道来他的心得体会,那种对控制工程的热情,似乎能透过文字扑面而来。对于想深入理解过程控制原理,并希望在实际工程中有所突破的读者来说,这本书无疑是一本宝贵的财富,它提供了一个坚实的基础,也指引了更广阔的研究方向。

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我得说,这本书的“先进控制策略”部分,绝对是它最吸引我的亮点之一。现代工业的复杂性日益增加,传统的PID控制在很多情况下已经显得力不从心,而这本书则很好地弥补了这一遗憾。书中对模型预测控制(MPC)的阐述,我个人觉得做得非常到位。它详细介绍了MPC的滚动优化思想,如何构建预测模型,如何制定优化目标函数,以及如何处理约束条件。通过一系列的数学公式和算法流程图,我才真正理解了MPC在处理多变量耦合系统、时滞系统以及存在约束条件下的优越性。特别是关于约束处理的部分,书中介绍了几种不同的方法,从简单的线性不等式约束到更复杂的非线性约束,都给出了清晰的解释和实现思路。此外,书中对模糊逻辑控制和神经网络控制的介绍也让我耳目一新。虽然我之前对这些智能控制方法有所了解,但这本书从基础的模糊逻辑推理规则,到如何构建模糊控制器,再到神经网络的拓扑结构设计、训练算法等,都给出了非常系统的讲解。书中还举例说明了如何将这些智能控制方法应用于一些非线性、时变、甚至模型难以建立的复杂过程,这对于解决实际工程中的疑难杂症提供了全新的思路和工具。我感觉,这本书不仅仅是罗列了各种先进控制策略,更重要的是,它教会了我如何去理解这些策略的本质,如何根据具体的应用场景选择合适的策略,以及如何将这些策略有效地实现。

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这本书的内容,用“海纳百川”来形容一点都不为过。它几乎涵盖了过程控制领域所有重要的技术和理论。从经典的PID控制,到现代的各种先进控制策略,再到相关的硬件实现和软件开发,作者都进行了全面而深入的阐述。我尤其喜欢书中对“先进控制策略”的分类和介绍。它不仅仅是将各种策略孤立地呈现出来,而是从不同的角度,比如基于模型的控制、基于学习的控制、基于优化的控制等,对它们进行了系统的梳理。这使得我在阅读过程中,能够清晰地理解不同策略之间的联系和区别,以及它们各自适用的场景。比如,在讲解模型预测控制(MPC)时,作者不仅介绍了其基本原理,还详细阐述了如何在实际应用中选择合适的预测模型、优化目标函数以及求解器。对于如何处理系统约束,作者也给出了多种解决方案,并对它们的性能进行了比较。此外,书中对自适应控制和智能控制的介绍,也让我受益匪浅。我了解到,在过程参数随时间变化的非线性系统中,自适应控制能够有效地提高系统的控制性能。而智能控制,则为解决一些传统方法难以处理的复杂问题提供了新的思路。这本书提供的不仅是知识,更是解决实际问题的工具箱。

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