具体描述
好的，这是一本名为《现代化工过程控制与优化》的图书简介，内容详实，不涉及任何关于燃料乙醇制取工艺的内容。 --- 现代化工过程控制与优化 导言：面向智能制造时代的化工过程新范式 在当前全球工业加速向数字化、智能化转型的浪潮中，化工行业作为基础能源与材料的供应者，正面临着前所未有的挑战与机遇。传统的化工过程控制系统（DCS/PLC）虽然在稳定生产方面发挥了基石作用，但在应对复杂非线性模型、能源效率最大化、安全风险实时评估以及产品质量的精准调控等高级需求时，已显现出其局限性。 《现代化工过程控制与优化》一书，正是应运而生，旨在为化工工程师、过程控制专家、自动化研发人员以及相关专业的师生，提供一套系统、深入且面向实践的现代过程控制理论、先进控制技术（APC）的集成应用，以及基于大数据和人工智能的优化策略。本书聚焦于如何将先进的数学模型、计算智能与实际的工业硬件平台深度融合，构建出更具鲁棒性、灵活性和经济效益的智能化工系统。 全书内容涵盖从基础的反馈控制理论深入到前沿的模型预测控制（MPC）、自适应控制、模糊控制，并重点阐述了如何利用实时数据挖掘和机器学习算法来增强过程的决策能力。 第一部分：基础理论的深化与前沿回顾 (Foundation and Advanced Review) 本部分旨在巩固读者对经典控制理论的理解，并引入现代控制理论在复杂化工系统中的适用性。 第一章：化工过程动态特性建模与辨识 本章详细探讨了化工单元操作（如反应器、精馏塔、换热器）的机理建模方法，包括集总参数模型和分布参数模型的建立。重点剖析了参数辨识的统计学基础，如最小二乘法、扩展卡尔曼滤波（EKF）在处理高噪声和非线性系统中的应用。此外，介绍了基于系统辨识的黑箱模型建立技术，为后续的先进控制设计奠定数据基础。 第二章：经典控制理论在复杂系统中的局限与扩展 回顾了PID控制的原理及其在化工过程中的广泛应用。随后，深入分析了PID控制在处理大延迟、强耦合和非线性系统时的性能瓶颈。本章引入了先进的反馈结构设计，如解耦控制、Smith预估器等，用以克服传统PID的固有缺陷，提升控制回路的瞬态响应和抗扰性能。 第三章：鲁棒控制与H-无穷控制简介 针对化工过程中参数不确定性带来的波动问题，本章介绍了鲁棒控制的基本概念。重点讲解了H-无穷控制的设计原理，通过频率域分析工具，确保控制器在过程模型存在较大偏差时仍能保持可接受的性能指标，特别适用于对稳定性要求极高的关键单元。 第二部分：先进过程控制（APC）技术的核心与实践 (Core of Advanced Process Control) APC是现代化工生产实现高效运营的核心技术载体。本部分将重点剖析当前工业界应用最为广泛和前沿的先进控制策略。 第四章：模型预测控制（MPC）的原理与结构 模型预测控制是当前化工领域最主流的APC技术。本章从理论上推导了MPC的优化目标函数、约束处理机制以及滚动时域计算流程。详细阐述了线性MPC（LMPC）和非线性MPC（NMPC）的差异及其在不同操作区域的应用选择。内容包括约束的集成、性能指标的权重设定以及外部扰动的前馈补偿策略。 第五章：多变量过程控制与矩阵分解技术 化工过程往往是强耦合的多变量系统。本章聚焦于如何利用奇异值分解（SVD）和主成分分析（PCA）来评估过程的耦合度和控制难度。在此基础上，详细介绍了多变量解耦策略和多回路集成控制的设计流程，确保关键性能指标能够被独立且有效地调控。 第六章：自适应控制策略的引入 针对化工装置操作点频繁变化（如原料组分波动、催化剂活性衰减）导致的“慢变”不确定性，本章引入了自适应控制的概念。重点讲解了基于参数估计的自适应控制（如间接自适应控制）和基于切换的模型自适应控制（SMAC）在动态系统中的应用优势。 第三部分：优化、智能与系统集成 (Optimization, Intelligence, and System Integration) 本部分将目光投向如何利用计算智能和优化理论，将控制系统升级为具备自主决策能力的优化控制系统。 第七章：过程经济效益优化与实时优化（RTO） 控制的目标最终应导向经济效益的最大化。本章详细介绍了实时优化（RTO）系统的架构，包括过程模型、优化求解器和与实时控制层（APC/DCS）的接口。重点讨论了如何建立考虑能耗、原料成本和产品售价的混合整数线性规划（MILP）模型，实现操作变量的经济性最优设定。 第八章：数据驱动的智能控制与软测量技术 随着工业物联网（IIoT）的发展，海量过程数据成为关键资产。本章探讨了如何利用机器学习（如支持向量机、神经网络）建立高精度的“软测量”模型，以替代昂贵、响应慢或难以布置的在线分析仪器。同时，介绍了深度学习在异常检测和早期故障预警中的应用潜力。 第九章：过程安全与控制系统的集成 过程安全是化工企业的生命线。本章阐述了安全仪表系统（SIS）与过程控制系统（PCS）的集成规范和隔离要求。深入分析了基于风险的仪表设计（RBI）原则，以及如何利用先进控制系统中的“安全约束”机制，作为第一道防线，预防过程进入高风险操作区域。 第十章：控制系统的验证、部署与生命周期管理 从实验室到工业现场的转化是控制项目成功的关键。本章详细介绍了控制系统的仿真验证（如HIL仿真）、阶梯式部署策略（如先推后转、小范围试运行）。最后，讨论了控制系统的性能监控、定期再辨识和持续优化的生命周期管理流程，确保控制系统长期稳定运行在最佳状态。 总结与展望 《现代化工过程控制与优化》不仅是一本理论手册，更是一份面向未来化工智能制造的路线图。它强调了理论的严谨性与工程实践的紧密结合，旨在培养新一代既懂化学工程原理，又精通先进控制算法的复合型人才，推动化工行业向更安全、更高效、更绿色的方向发展。本书适合所有致力于提升化工过程自动化水平的专业人士和学者深入研读。
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