化学工程与工艺专业实验 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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☆☆☆☆☆

出版者:化学工业

作者:房鼎业

出品人:

页数:288

译者:

出版时间:2000-12

价格:26.00元

装帧:

isbn号码:9787502528034

丛书系列:

图书标签:

化学工程
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具体描述

《现代控制理论基础与应用》内容简介本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代控制理论框架，重点关注其在复杂工程系统中的实际应用。全书结构严谨，逻辑清晰，从经典控制理论的基本概念出发，逐步过渡到现代控制理论的核心内容，并结合大量的工程实例，帮助读者建立起扎实的理论基础和出色的工程实践能力。第一部分：控制系统的数学描述与状态空间方法本部分是理解现代控制理论的基石。我们首先回顾了经典控制理论中传递函数和频率响应方法的局限性，从而引出状态空间表示法的优越性。 1.1 线性时不变（LTI）系统的状态空间表示详细介绍了如何将高阶常微分方程形式的系统模型转换为标准状态空间形式 $dot{mathbf{x}} = mathbf{A}mathbf{x} + mathbf{B}mathbf{u}$ 和 $mathbf{y} = mathbf{C}mathbf{x} + mathbf{D}mathbf{u}$。重点讨论了不同物理系统（如机械、电路、热力系统）的建模方法，特别是如何通过物理方程的简化和变量选择来构建精确的状态变量集合。 1.2 系统的基本性质分析深入探讨了系统的可控性（Controllability）和能观测性（Observability）。通过卡尔曼（Kalman）可控性和可观测性矩阵的秩判据，读者将学会判断系统是否可以通过输入完全控制到任意状态，以及是否可以通过输出完全观测到内部状态。这对于后续的控制器设计和状态观测器设计至关重要。同时，分析了系统的稳定性，包括李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性判据和特征值在复平面的位置与系统暂态响应的关系。 1.3 系统的解与转移矩阵详细推导了状态空间方程的解析解，即 $mathbf{x}(t) = Phi(t)mathbf{x}(0) + int_{0}^{t} Phi(t- au)mathbf{B}mathbf{u}( au)d au$，其中 $Phi(t)$ 是状态转移矩阵。本书不仅介绍了计算 $Phi(t)$ 的拉普拉斯逆变换法和矩阵指数法，还讨论了如何利用数值方法高效地求解大系统的状态响应。第二部分：反馈控制与极点配置本部分聚焦于如何利用状态反馈来重构系统的动态性能，实现预期的控制目标。 2.1 状态反馈控制律的设计阐述了极点配置（Pole Placement）技术。通过设计状态反馈增益矩阵 $mathbf{K}$，使得闭环系统的特征多项式达到预设的目标多项式，从而将系统的闭环极点放置在复平面上期望的位置，以达到快速、无超调或特定阻尼比的要求。书中包含了 ACKERMANN 公式以及基于 LQR 方法的极点配置的讨论。 2.2 状态观测器（State Observers）由于实际工程中往往无法直接测量所有状态变量，本章介绍了如何利用系统的输入和输出信息来估计内部状态。详细讲解了 LUENBERGER 观测器的设计原理，包括观测器增益的选择，确保观测误差的收敛速度和稳定性。特别强调了观测器极点与控制器极点的合理分配原则。 2.3 状态估计：卡尔曼滤波（Kalman Filtering）作为现代估计理论的巅峰之作，卡尔曼滤波被独立成章深入讲解。本书侧重于离散时间线性卡尔曼滤波器的递推算法，详细剖析了状态预测和状态更新两个核心步骤，以及协方差矩阵的演化。书中提供了具体的案例，展示卡尔曼滤波在噪声测量环境下，如何得到最优的线性无偏估计，广泛应用于导航、定位和数据平滑等领域。第三部分：最优控制理论最优控制是现代控制理论的高级阶段，目标是寻找一个控制输入 $mathbf{u}(t)$ 使得某个性能指标泛函（代价函数）达到最小。 3.1 性能指标泛函与变分法基础引入了常见的性能指标，如时间二次型指标（Quadratic Cost Function） $J = int_{t_0}^{t_f} (mathbf{x}^T mathbf{Q} mathbf{x} + mathbf{u}^T mathbf{R} mathbf{u}) dt + mathbf{x}^T(t_f) mathbf{P}_f mathbf{x}(t_f)$。随后，运用欧拉-拉格朗日方程等变分法基础，推导出最优控制的必要条件——庞特里亚金最小原理（Pontryagin's Minimum Principle）。 3.2 线性二次型调节器（LQR） LQR 是最优控制理论中最重要且最实用的成果之一。本书详细推导了 LQR 控制器设计过程，即求解代数黎卡提方程（Algebraic Riccati Equation, ARE）以获得最优反馈增益 $mathbf{K}^ = mathbf{R}^{-1}mathbf{B}^T mathbf{P}$。通过矩阵运算的步骤分解，使 LQR 的应用不再是黑箱操作，而是建立在清晰的数学推导之上。 3.3 有限时间最优控制与正则控制探讨了有限时间最优控制问题，并引入了正则控制（Normal Control）的概念，即调节终端成本矩阵 $mathbf{P}_f$ 对最优解的影响。第四部分：非线性控制与鲁棒性本部分将理论扩展到更具挑战性的非线性系统和考虑外部扰动的鲁棒性问题。 4.1 非线性系统的局部线性化与反馈线性化对于非线性系统，我们首先介绍如何通过泰勒级数展开在工作点附近进行线性化处理，并应用已有的线性控制技术。随后，深入讲解了更强大的反馈线性化（Feedback Linearization）方法，通过坐标变换和状态反馈，将部分非线性系统转化为线性系统，从而实现全局的性能控制。 4.2 鲁棒控制简介：$H_{infty}$ 控制基础在存在模型不确定性和未知干扰的情况下，控制系统的性能和稳定性至关重要。本书简要介绍了 $H_{infty}$ 控制的基本思想，即通过设计控制器来最小化系统输入到性能输出之间的增益（范数），从而在保证闭环系统稳定的前提下，对外部扰动具有一定的鲁棒性。应用与展望全书贯穿了大量的工程案例，涵盖了过程控制（如反应器温度与浓度控制）、机械臂轨迹跟踪、电力系统稳定控制等。每章末尾均附有总结性的回顾和具有挑战性的习题，以巩固读者的理解。本书适合控制工程、自动化、航空航天、电子信息等相关专业的本科高年级学生、研究生以及从事系统控制、优化设计领域的工程师参考使用。阅读本书后，读者将能够独立分析和设计复杂的闭环控制系统，为进一步研究自适应控制、智能控制等前沿领域打下坚实的基础。

作者简介

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

我花费了大量时间研读了其中关于反应器设计的那几个章节，感觉作者在处理这些经典难题时，采取了一种非常务实的态度。书中并没有过多地纠缠于过于晦涩的纯理论推导，而是聚焦于如何将这些理论知识快速有效地转化为实际的工程决策。特别是对不同类型反应器（如CSTR、PFR、流化床）的性能比较分析部分，分析得极为透彻。它不仅给出了各自的优缺点和适用条件，还引用了若干实际工业案例作为佐证，使得我们能够清晰地看到“为什么”在某种特定工况下，工程师会倾向于选择某一种反应器而非另一种。这种基于实际工程约束和经济性考量的论述角度，对于我们这些即将步入工业界的人来说，是无比宝贵的财富。它教会我们的不仅仅是“如何计算”，更是“如何思考”一个工程师应该具备的权衡艺术。书中的案例分析部分，常常会涉及参数优化和过程放大（Scale-up）的关键挑战，提供了许多实用的经验公式和修正方法，这些内容是教科书上往往一笔带过的“黑箱”知识，在这里却得到了细致的展开。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计和排版布局实在让人眼前一亮。封面色彩搭配沉稳大气，字体选择既现代又不失专业感，让人初次接触就觉得这是一本用心的专业书籍。内页纸张质量上乘，触感细腻，即便是长时间翻阅，眼睛也不会感到疲劳。更值得称赞的是其内部结构的组织逻辑。章节之间的过渡自然流畅，目录清晰明了，每一个知识点的划分都体现了编者对学科体系的深刻理解。比如，基础理论部分的阐述，总是先从最宏观的概念入手，然后层层深入到具体的数学模型和工程应用，这种由表及里的叙述方式，极大地降低了初学者理解复杂概念的门槛。而且，书中大量的图表和流程示意图，不仅仅是简单的插图，它们往往是提炼复杂工艺流程和设备原理的精髓，图文并茂的呈现方式，使得抽象的化学工程概念变得可视化和直观化。整体来看，这本书在视觉传达和信息架构上都达到了一个很高的水准，让人在阅读过程中享受到一种知识与美学结合的愉悦感。

评分☆☆☆☆☆

从教学实践的角度来看，这本书的习题和思考题设置简直是教科书级别的典范。很多专业书籍的习题往往要么过于简单，流于形式；要么难度陡增，超出了教学大纲的要求，成了“劝退神器”。但此书的习题设计恰到好处，它遵循了由易到难、层层递进的原则。初级的计算题用来巩固基础概念的理解和公式的熟练运用；中等难度的题目则开始要求学生综合运用不同章节的知识点来解决一个具体问题，模拟了小型工艺流程的分析；而最具价值的是那些开放性的“思考题”和“设计挑战”。这些题目往往没有唯一的标准答案，而是鼓励学生去查阅最新的文献、自己设定合理的假设，并进行批判性分析和论证。这种设计极大地锻炼了学生独立解决复杂、非结构化问题的能力，这正是未来工程师最核心的竞争力所在。如果能配合书中的建议，认真完成这些习题，其收获将远超仅仅通过考试。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的语言风格和专业术语的表述习惯给予高度评价。作者在行文上保持了一种非常清晰、严谨且极富逻辑性的学术口吻，用词精准，没有丝毫的模棱两可。对于那些首次出现的专业名词，通常会立即提供清晰的定义，并且在后续引用时保持一致性，这极大地避免了因术语混淆而产生的学习障碍。此外，书中对单位和量纲的规范使用令人称道，每一个公式推导过程都严格遵循国际标准，并清晰地标注了各变量的单位，这对培养严谨的科学态度至关重要。在某些关键的定义和定理阐述时，作者还会穿插一些简短的“工程师视角”小注，用更口语化、更侧重实际意义的方式来解释概念背后的物理或化学本质，这种处理方式使得原本可能略显枯燥的理论讲解变得生动有趣，既保持了学术的严肃性，又兼顾了读者的接受度，使得学习过程成为一种享受而非煎熬。

评分☆☆☆☆☆

这本书在内容的前沿性和广博性上给我留下了深刻的印象。虽然这是一本基础性的专业教材，但编者显然没有固步自封于传统知识的范畴。我在阅读中发现，它巧妙地穿插了许多当前化工领域的热点议题。例如，在单元操作的部分，对新型分离技术如膜分离、超临界萃取的介绍，篇幅适中且切中要害，清晰地阐述了它们相对于传统技术的优势和局限性。更令人惊喜的是，书中对“绿色化学”和“过程强化（Process Intensification）”的理念融入得非常自然，并非生硬地添加章节。这使得读者在学习传统稳态操作的同时，也能感受到整个行业正在朝着更高效、更环保的方向发展。这种前瞻性的视野，对于培养学生的创新思维至关重要，确保了我们所学的知识体系不会脱离行业发展的最前沿。它不仅仅是知识的传递者，更像是行业趋势的引导者，激发了我们对未来化工技术革新的向往。

评分☆☆☆☆☆