Advanced Process Control and Automation pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Society of Photo Optical

作者:Hankinson, Matt (EDT)/ Ausschnitt, Christopher P. (EDT)

出品人:

页数:188

译者:

出版时间:

价格:1228.55元

装帧:Pap

isbn号码:9780819448491

丛书系列:

图书标签:

过程控制
自动化
高级控制
化工过程
工业自动化
控制系统
优化
建模
仿真
数据分析

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具体描述

现代化工过程的优化与控制：从理论基础到前沿应用图书简介本书深入探讨了现代化工过程控制与自动化的前沿理论与实用技术，旨在为化工、化学工程、自动化及相关领域的工程师、研究人员和高级学生提供一个全面而深入的参考框架。本书的焦点在于如何利用先进的控制策略、数据驱动方法和系统集成技术，实现复杂化工生产过程的高效能、高安全性与高质量运行。第一部分：过程控制的理论基石与经典方法本书的开篇部分详尽回顾了过程控制系统的基本原理，并在此基础上构建了理解现代先进控制方法的理论框架。第一章：化工过程动态特性与建模基础本章首先界定了化工过程控制的特殊性，强调了强非线性和时滞性对控制设计带来的挑战。我们详细阐述了建立准确过程模型的重要性，区分了物理模型（基于质量、能量、动量守恒定律的机理模型）与数据驱动模型（如系统辨识方法）。重点介绍了传递函数、状态空间模型的构建与选择标准，并深入探讨了非线性系统的线性化技术及其局限性。此外，本章还涵盖了过程扰动分析和模型不确定性评估，为后续的鲁棒控制设计奠定基础。第二章：经典PID控制器的深度剖析与改进尽管PID控制器是工业界应用最广泛的控制算法，本章仍致力于揭示其在复杂系统中的性能瓶颈及其优化潜力。我们不仅复习了经典的Ziegler-Nichols整定法和秦恒-穆根整定法，更着重于先进的自适应PID（APID）设计，包括基于模型的自适应调谐和基于性能指标的在线优化。本章还详细介绍了增量式PID、位置式PID的应用场景，并探讨了如何处理饱和、死区等非线性执行器带来的问题，确保PID在更广阔工况下的有效性。第三章：过程控制系统的稳定性与鲁棒性分析过程控制的本质是对不确定性和外部干扰的有效抑制。本章聚焦于系统稳定性判据，包括李雅普诺夫稳定性理论在化工过程中的应用。我们深入剖析了频域分析方法，如Bode图和Nyquist图，用于评估系统的相对稳定裕度。鲁棒控制理论是本章的核心，详细介绍了H-无穷（H$infty$）控制的设计原理，旨在确保控制器在模型存在误差或参数发生变化时，仍能保持预定的性能指标。第二部分：面向复杂系统的先进控制技术随着化工过程规模的扩大和反应复杂度的增加，传统的单回路控制已无法满足需求。本部分系统地介绍了多变量控制和优化控制的核心技术。第四章：多变量控制系统：解耦与先进反馈策略化工生产中大量存在强耦合的多输入多输出（MIMO）系统。本章首先讲解了耦合度分析（如基于RGA的分析），并详细介绍了解耦控制技术，包括前馈解耦和反馈解耦（如逆矩阵解耦）。随后，我们深入探讨了基于模型预测控制（MPC）的理论框架，这是现代大型过程控制的支柱。MPC部分涵盖了线性MPC（LMPC）的滚动时域优化、约束处理机制，并过渡到非线性MPC（NMPC）在处理强非线性系统时的数值求解挑战。第五章：优化控制与实时优化（RTO）优化控制的目标是在满足所有工艺约束（如设备限制、产品质量规格）的前提下，实现目标函数（如能耗最小化、收率最大化）的最优运行。本章系统阐述了静态优化（SQP、内点法）在确定最佳稳态操作点中的应用。重点讲解了实时优化（RTO）的架构，包括模型在线更新、优化求解与控制器的集成策略。我们讨论了如何将优化层与实时控制层（APC层）有效协同，实现动态过程的最优调度与操作。第六章：智能与自适应控制的应用面对参数时变和模型难以精确建立的系统，智能控制方法展现出强大的适应性。本章详细介绍了自适应控制（Adaptive Control）的两种主要范式：基于模型的重整定标自适应控制和基于激励的间接/直接自适应控制。此外，本章还探讨了模糊逻辑控制（FLC）在处理专家经验和不确定性方面的优势，以及如何利用神经网络模型进行在线状态估计和前馈补偿，以增强控制系统的鲁棒性和响应速度。第三部分：过程自动化、安全与信息集成控制系统的实施离不开可靠的自动化平台和严格的安全保障体系。本部分关注控制系统与其他信息系统的集成与智能化。第七章：过程自动化系统架构与工业网络本章描述了现代化工自动化系统的层次结构，从现场仪表到集散控制系统（DCS）和制造执行系统（MES）。详细分析了DCS系统的设计原则、冗余配置与故障诊断。在工业通信方面，深入探讨了工业以太网、现场总线（如HART, Foundation Fieldbus）的性能特点和在过程控制网络中的部署策略，强调数据一致性与实时性保障。第八章：过程安全仪表系统（SIS）与风险管理过程安全是化工控制的生命线。本章独立讲解了安全仪表系统（SIS）的设计与实施，重点阐述了安全完整性等级（SIL）的确定方法，以及如何基于风险分析（HAZOP, LOPA）来设计满足特定SIL要求的保护层。讨论了从传感器到最终执行器的完整安全回路的验证、测试与维护规范，确保SIS的有效性。第九章：过程数据分析与先进诊断随着传感器密度的增加，过程数据采集与分析成为提升控制性能的关键。本章介绍了多变量统计过程控制（MSPC）方法，特别是主成分分析（PCA）和独立成分分析（ICA）在实时过程监控、基线漂移检测和早期故障识别中的应用。本章还探讨了如何利用基于模型的诊断（MDI）技术，结合残差分析来精确隔离故障源，为自动化维护提供支持。总结与展望本书最后部分对当前过程控制与自动化领域的前沿发展趋势进行了总结，展望了基于深度学习的控制策略（如强化学习在调度中的应用）、数字孪生技术在过程优化中的集成以及云计算/边缘计算在分布式控制中的潜力。本书提供的知识体系旨在帮助读者掌握从经典控制到未来智能化工厂转型的核心技术能力。