化工过程控制

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		化工过程控制
		化工过程控制

基本信息·出版社：高等教育出版社
·页码：249 页
·出版日期：2007年07月
·ISBN：9787040217414
·条形码：9787040217414
·版本：第1版
·装帧：平装
·开本：16
·正文语种：中文
·丛书名：高等学校教材

内容简介 《化工过程控制》以深入浅出的方式系统地阐述了工业过程控制的基本理论和近年来发展的新方法、新思路。全书共11章，第一部分包括第一、二、三章，为数学基础知识和过程信息获取和基本处理方法；第二部分包括第四、五、六、七、八章，为数学描述及工业系统分析，一是介绍工业过程的动态建模和仿真，二是结合传递函数模型和状态空间模型介绍控制理论的基本知识。其中第四、五、六章为基本教学内容，第七、八章讨论可控性、可观性和稳定性，并介绍一些新型过程信息处理方法，包括统计方法、模糊方法、神经网络、小波等。第三部分即过程控制，包括第九、十、十一章，其中第九章是单人一单出控制，主要结合奈氏定理介绍PID控制器的频率特性设计方法和常用的工业控制方案，第十章介绍多回路控制，第十一章为流程先进控制技术，介绍状态反馈、观测器、预测控制、自适应控制、模糊控制、智能控制等新型控制技术。
《化工过程控制》可作为化工工艺、生物工程、热工等工艺类专业和工业自动化专业高年级本科生和研究生教材，也可供从事相关工作的技术人员参考。
编辑推荐 《化工过程控制》为高等学校教材之一。
目录
绪论——流程工业控制技术的发展和实现
第一篇 过程控制基础
第一章 拉普拉斯变换
第一节 复平面、复变量和复变函数
第二节 拉普拉斯变换
第三节 拉氏变换原理
第四节 拉氏反变换
第五节 用拉氏变换求解线性微分方程
习题

第二章 矩阵基础
第一节 矩阵与向量
第二节 分块矩阵
第三节 向量的内积和二次型
第四节 矩阵的特征值和特征向量
第五节 矩阵的微分和积分
第六节 多项式矩阵
第七节 多项式矩阵的初等变换和标准型
习题

第三章 工业过程信息获取和分析处理
第一节 主要工业参数测量
第二节 信号的频谱分析——傅里叶变换
第三节 连续小波变换
第四节 模糊信息的分析及处理
第五节 控制系统中的信息传输和处理
参考文献

第二篇 工业系统的数学描述与分析
第四章 化工过程的数学建模
第一节 工业过程的状态空间描述
第二节 化工过程基本方程和建模实例
第三节 偏微分方程数学描述的集中化处理
第四节 工业模型的线性化和量纲一化处理
第五节 线性状态方程的一般解
习题

第五章 过程的传递函数描述
第一节 工业过程的传递函数模型
第二节 传递函数的机理建模
第三节 一阶传递函数分析和简易建模
第四节 二阶系统的受控分析
第五节 复合传递函数
第六节 过程的频率特性
第七节 多变量过程的传递函数描述
第八节 状态空间模型与传递函数描述的关系
第九节 脉冲响应矩阵
习题

第六章 连续系统的离散化描述
第一节 保持器和曲线复原
第二节 采样描述和z变换
第三节 微分方程的有限差分离散化
第四节 工业过程的计算机仿真
第五节 状态空间离散化
习题

第七章 系统分析
第一节 状态可控性
第二节 工业过程的函数可控性
第三节 状态可观性
第四节 一般系统稳定性分析
第五节 线性定常系统的系统矩阵分析方法
习题

第八章 系统辨识和智能建模
第一节 数学基础——随机变量的统计特性
第二节 多元模拟与最小二乘估计方法
第三节 离散模型辨识
第四节 非参数模型辨识
第五节 神经元及人工神经网络
第六节 误差反向传播神经网络(BP网)
第七节 RBF网络
第八节 小波神经网络
参考文献

第三篇 过程控制系统
第九章 单人—单出系统的常规控制
第一节 负反馈闭环控制系统的组成分析
第二节 控制系统性能要求
第三节 PID控制器
第四节 单人—单出闭环控制系统稳定性分析
第五节 单人—单出闭环控制器设计
第六节 单回路闭环控制系统的lT程整定
第七节 串级控制系统
第八节 Smith预估控制
习题

第十章 工业过程的多回路控制
第一节 多人—多出控制系统特点和存在问题
第二节 多回路控制系统闭环关联的衡量
第三节 多回路反馈控制系统的闭环数学描述
第四节 多回路反馈控制系统的闭环稳定性分析
第五节 对角优势系统与奈奎斯特阵列法

第十一章 先进控制技术
第一节 基于状态反馈的极点配置技术
第二节 状态观测器
第三节 内模控制
第四节 线性二次型控制
第五节 模型预测控制
第六节 自校正控制
第七节 智能控制
参考文献
附录
附表1 拉氏变换表
附表2 z变换表
附表3 z变换的主要性质
……
序言 工业过程控制一直是流程工业生产得以稳定有效进行的基础和保障，现代流程工业出于对经济效益的追求．对过程控制精度的要求越来越高。目前国内的工业过程控制水平与发达国家相比，硬件上的差距已较小，但控制技术的应用水平和维护水平的差距还较大。
工业过程控制系统最终需要工艺技术人员来掌握操作，但国内院校工艺类专业（化工、热工和生物工程）有关过程控制课程的设置大多仍沿袭20世纪60年代的教学体系，以仪表硬件系统和常规PID控制系统为主，缺乏必要的基本理论的指导，而工业自动化类学生由于不了解所要控制的工艺对象，在实际工业现场也往往是一头雾水。
在美、英等教学体系中，相关工业控制的教学与科研均归口于相关工艺学科。课程的内容也不仅仅是应用型的仪表操作，而更注重基本控制理论和控制思想的教学，并结合具体工业对象的控制系统进行分析。这样的设计有其合理性，事实上，工业控制方案的设计和开发不仅需要控制理论基础，而且也与工艺原理密不可分，两者结合才可能达到较理想的效果。
众所周知，中国是制造大国，但还不是制造强国。如何提高制造业的技术水平，是有关国家未来发展大计的重要工作。高校化工类专业担负着为国家流程工业培养人才的重担，我们培养的人才显然应满足国家对提高流程工业制造水平的要求，因此对“化工过程控制”课程的教学内容进行改革无疑是势在必行。
从学科发展角度看，控制理论以系统方法分析具体过程，其基于过程储存性的动态分析方法与化工传统学科基于稳态的分析方法有很大不同。加强这方面的教学，可以使学生学会有别于传统化工学科的另一种分析问题和解决问题的思想方法，有利于学科的交融贯通和利用新技术、新思路来解决传统化工问题。
文摘 插图：


如果说，在技术落后的20世纪40年代，这些问题还不是很突出，50年代迅速发展的航空航天技术则使经典控制的这些局限性亟待突破，宇航工业的发展提出一系列重要的控制问题，如多变量控制、非线性控制、基于一定指标的最优控制等，这些需求终于催生了以状态空间理论和最优控制理论为基础的现代控制理论。
现代控制理论最大特点是引入系统的内部数学描述——状态空间，从而可以获得和处理更多的来自系统内部的信息。也正因此，现代控制理论揭示了自动控制中的一个非常重要的问题：可控性、可观性问题，这是一个很重要的发现。它有助于人们了解所要控制的对象的一些重要特性。从信息论的角度看，发展自动化技术，需要解决三方面的问题：一是从信息来源获得信息，二是对所获得的信息进行处理，三是利用信息进行控制。显然所获得的信息越全面，控制的效果越好。而正因为现代控制理论可以处理更多的来自系统内部的信息，因此可以设计出比传统PID控制器更为精确的控制器。
虽然现代控制理论在宇航业获得较好的应用，在一般工业过程控制中的应用却不尽如人意。这不仅是因为工业过程控制一般不需要像航天工业那样精确的控制，同时由于现代控制理论一般需要一个较为准确的过程数学模型，许多复杂的工业过程的数学模型却难以开发，而且，一般工业过程干扰较多，许多干扰因素无法准确测量，也就无法引入数学模型中。种种因素加上当时硬件条件的限制（大多数是仪表控制，难以实现需要大量运算的复杂算法），以现代控制理论为基础设计的控制系统在工业过程控制中不免遭遇“滑铁卢”。
长期以来，过程控制技术受硬件实现等的限制，一直是以PID控制算法为主的单人一单出简单回路和诸如串级、前馈等较为简单的多回路控制。因此有关过程控制理论的研究也停滞不前。20世纪70年代过程控制研究领域最耀眼的明星当属由一批英国学者提出的“现代频域法”，该理论由于以传统的频率分析方法为基础，最终仍以多个单回路组成的多回路控制系统实现，这样即使是仪表系统也可以实现控制，因此在当时受到重视。但因其基本上只能解决多变量控制中的解耦问题，加上该理论涉及一系列高深的数学知识，较难理解掌握，最终并没得到广泛的推广应用。

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