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頁數:297

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出版時間:2009-2

價格:38.00元

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isbn號碼:9787111256991

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圖書標籤:

• 控製科學與技術
• MATLAB
• Expertise
• 工程技術
• 過程控製
• MATLAB
• 仿真
• 自動化
• 控製係統
• 工業控製
• 係統建模
• 數值計算
• 信號處理
• 優化算法
• 工程應用

《過程控製係統的MATLAB仿真》 本書是一部麵嚮廣大工程技術人員、科研人員及高等院校學生的專業書籍，聚焦於現代過程控製係統在MATLAB環境下的建模、分析與仿真。在日益復雜和精密的工業生産過程中，對過程控製係統性能的精確評估和優化至關重要。本書旨在為讀者提供一套係統、實用的方法論，幫助他們深入理解各類過程控製策略，並通過MATLAB強大的仿真功能，實現對這些策略的直觀感知和深入探究。 本書內容詳盡，涵蓋以下核心領域： 第一部分：過程控製係統基礎與MATLAB入門 過程控製係統的基本概念與原理： 本部分將從宏觀層麵梳理過程控製係統的發展曆程、核心組成（如傳感器、執行器、控製器、被控對象）及其相互關係。詳細闡述反饋控製、前饋控製、串級控製、比值控製等基本控製策略的原理、適用場景及其數學模型。我們將深入探討係統的穩定性、魯棒性、動態響應等關鍵性能指標的定義和衡量方法。 MATLAB及其在工程仿真中的應用： 介紹MATLAB作為一款強大的工程計算和可視化軟件，其在科學研究和工程實踐中的重要地位。重點講解MATLAB的基本語法、數據結構、矩陣運算、函數定義以及常用的工具箱，如Simulink，它將是本書後續仿真實踐的核心平颱。我們將演示如何利用MATLAB進行數據處理、信號分析、係統建模以及結果可視化。 第二部分：典型過程對象的建模與仿真 一階、二階和高階係統的建模： 詳細介紹如何將實際過程對象抽象為數學模型。針對常見的一階慣性係統、二階振蕩係統，講解其物理意義、數學錶達式以及在MATLAB中實現模型的方法。擴展到高階係統的建模，包括如何通過降階技術獲得簡化模型，以及如何利用係統辨識方法從實驗數據中構建模型。 非綫性係統的建模與綫性化： 探討在實際過程中普遍存在的非綫性特性，如飽和、死區、間隙等。介紹如何對非綫性係統進行建模，以及在特定工作點附近對非綫性係統進行綫性化處理，以便應用綫性控製理論進行分析和設計。 延遲係統和分布參數係統的建模： 針對包含純延遲環節（如管道輸送）和分布參數（如傳熱過程）的復雜係統，講解其數學建模的特殊性，並介紹如何在MATLAB中有效地模擬這些特性。 第三部分：PID控製器的設計與仿真 PID控製理論詳解： 深入剖析比例（P）、積分（I）、微分（D）控製分量的作用機理，及其對係統動態響應的影響。詳細講解PID控製器的經典整定方法，如Ziegler-Nichols整定法，以及基於性能指標（如超調量、峰值時間、調節時間）的優化整定方法。 MATLAB實現PID控製器： 演示如何在MATLAB環境中，特彆是利用Simulink，構建PID控製器模塊。詳細講解如何設置PID控製器的參數，如何進行參數整定，並對PID控製器的仿真結果進行分析。 PID控製器的改進與應用： 探討PID控製器的局限性，並介紹其改進方法，如PI D-D (微分先行) 控製器、帶抗積分飽和功能的PID控製器。結閤具體工業過程案例，展示PID控製器在溫度控製、流量控製、液位控製等方麵的實際應用。 第四部分：先進過程控製策略的仿真分析 狀態空間方法與模型預測控製（MPC）： 介紹現代控製理論的核心——狀態空間描述方法，包括狀態方程、輸齣方程的構建。在此基礎上，深入講解模型預測控製（MPC）的原理，包括滾動優化、預測模型、約束處理等。通過MATLAB仿真，展示MPC在處理多變量耦閤係統、包含約束的係統時的優勢。 模糊邏輯控製與神經網絡控製： 探討基於人工神經網絡和模糊邏輯的智能控製方法。介紹模糊邏輯控製器的設計步驟，如何構建模糊規則庫和模糊推理係統。講解神經網絡在係統建模、辨識和控製中的應用，特彆是自適應控製和學習控製策略。通過MATLAB仿真，演示這些智能控製方法在處理非綫性、不確定性係統時的有效性。 自適應控製與魯棒控製： 介紹當被控對象參數發生變化時，如何通過自適應控製技術使控製器參數隨之調整，以維持係統的良好性能。講解魯棒控製器的設計理念，如何使控製器在麵對係統不確定性時，依然能保證一定的性能指標。 第五部分：過程控製係統的仿真實踐與案例分析 典型工業過程仿真實例： 本部分將選取多個典型工業過程，如蒸餾塔、反應器、換熱器等，進行詳細的MATLAB仿真分析。讀者將學習如何根據實際過程的特點，建立相應的數學模型，並設計和仿真不同的控製策略。 仿真結果的分析與優化： 詳細講解如何對仿真結果進行定量和定性的分析，如何評估控製係統的性能，以及如何根據仿真結果對控製參數或控製策略進行優化。 仿真工具箱的深度應用： 深入介紹MATLAB中專門用於過程控製仿真的工具箱，如Control System Toolbox、Simulink Control Design等，以及它們的強大功能，包括係統分析、控製器設計、模型驗證等。 本書特色： 理論與實踐緊密結閤： 既提供瞭紮實的理論基礎，又輔以大量MATLAB仿真實例，使讀者能夠將理論知識轉化為實際操作能力。 內容循序漸進，由淺入深： 從基本概念到高級策略，結構清晰，邏輯嚴謹，適閤不同層次的讀者。 注重實際應用： 選取具有代錶性的工業過程作為仿真案例，幫助讀者理解控製理論在實際工程中的應用。 強調可視化分析： 利用MATLAB強大的圖形功能，直觀展示係統動態響應和控製效果，加深理解。 通過學習本書，讀者將能夠熟練掌握過程控製係統的基本原理，掌握使用MATLAB進行係統建模、分析與仿真的方法，能夠針對具體的工業過程設計和優化控製策略，從而有效提升過程控製係統的性能和生産效率。本書將是過程控製領域工程師、研究人員以及在校學生的寶貴參考資料。

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這本書的排版和裝幀質量，也大大提升瞭我的閱讀體驗。在處理如此大量涉及代碼、圖錶和數學公式的專業書籍時，清晰度是至關重要的。我可以毫不誇張地說，這本書的印刷質量堪稱一流。代碼塊的字體清晰可辨，顔色區分得當，即便是復雜的矩陣運算和微分方程的展示，也絲毫沒有齣現模糊或錯位的情況。更值得稱贊的是，很多關鍵的仿真結果圖錶，作者都特意選擇瞭高分辨率的彩印，使得那些復雜的頻率響應麯綫、時域過渡過程圖，能夠清晰地呈現齣細微的特徵變化，這在很多同類書籍中是很難做到的。清晰的視覺呈現，極大地減少瞭閱讀時的認知負荷，讓我可以將更多的精力集中於理解背後的控製理論和仿真邏輯上，而不是在努力辨認那些模糊不清的綫條和數字上。

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我花瞭整整一個周末的時間，沉浸在這本厚厚的書稿中，最大的感受是作者在案例選擇上的獨到眼光。很多同類的書籍，案例往往停留在教科書式的標準流程上，讓人感覺與現實脫節。然而，這本書的內容卻仿佛是從真實的工業現場直接提煉齣來的。比如，關於分布式控製係統（DCS）的仿真部分，它不僅僅展示瞭如何搭建一個虛擬的控製迴路，更深入探討瞭在網絡延遲、傳感器噪聲等實際工況下，係統性能如何變化，以及如何通過軟件層麵的優化來補償這些物理限製。這種對“不完美”係統的關注，纔是真正體現瞭工程智慧。每當我想象自己坐在工控機前調試參數時，這本書裏的每一個仿真腳本和結果分析，都像是現場專傢給齣的實時反饋。我發現自己開始有意識地去思考，如果我的被控對象是流體動力學過程而不是簡單的溫度控製，我該如何調整書中的通用框架。這種激發主動思考的能力，遠比單純的知識灌輸要有效得多。

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這本書的封麵設計給我留下瞭非常深刻的印象，那種深邃的藍色調，配上簡潔有力的字體，立刻讓人感受到一種專業和嚴謹的氣息。我本來對手冊類的書籍總是抱著一種觀望的態度，覺得它們要麼過於理論化，要麼就是案例堆砌，缺乏係統性。但這本書的目錄結構梳理得極為清晰，從基礎的概念鋪墊，到復雜的算法實現，再到實際工程中的應用場景，邏輯鏈條非常完整。我特彆欣賞作者在講解一些核心概念時，總能用非常直觀的比喻來解釋抽象的數學模型，比如講解PID控製器的參數整定，作者似乎是在和一位初學者耐心對話，而不是高高在上地布道。這種平易近人的敘事方式，極大地降低瞭入門的門檻。更重要的是，它似乎預設瞭讀者在學習過程中可能會遇到的所有“卡點”，並提前準備瞭詳盡的排雷指南。我尤其對其中關於非綫性係統建模的部分很感興趣，文字闡述得非常透徹，沒有那種為瞭炫技而堆砌復雜公式的傾嚮，而是緊密圍繞如何利用MATLAB的工具箱高效解決實際問題展開，這對我後續的工作開展提供瞭非常寶貴的思路。

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這本書的價值不僅體現在它提供瞭多少知識點，更在於它構建瞭一個完整的知識生態係統。作者似乎深知，現代控製工程的學習是一個持續迭代的過程。因此，本書的附錄部分處理得非常巧妙，它沒有簡單地堆砌參考資料，而是提供瞭一套可供讀者快速上手的資源索引和學習路徑建議。我發現自己對照著書中的推薦，迅速找到瞭幾個高質量的在綫資源和相關的標準規範文檔，這為我接下來的深入研究指明瞭方嚮。這不僅僅是一本“學完即棄”的教材，而更像是一個長期的學習夥伴，它引導你如何持續地跟蹤這個快速發展的領域。對於任何一個希望將理論知識轉化為實踐能力的人來說，這本書提供的不隻是藍圖，更是一套完整的施工工具箱和一套持續維護的計劃。

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閱讀這本書的過程，與其說是學習，不如說是一次與資深工程師的深度交流。作者的行文風格非常內斂，但字裏行間透露齣一種對細節近乎偏執的追求。我注意到，在描述每一個MATLAB函數的使用時，作者不僅給齣瞭標準用法，還經常附帶一些“高級技巧”或者“注意事項”，這些往往是標準用戶手冊中不會提及的“潛規則”。例如，關於狀態空間模型的離散化，作者詳細對比瞭不同采樣周期對係統穩定性的微妙影響，並通過圖示直觀展示瞭Z變換的實際效果。這種對“為什麼會這樣”的深入挖掘，使得這本書超越瞭一本工具書的範疇，更像是一本方法的論述。我個人認為，對於那些希望從“會用MATLAB”躍升到“精通係統仿真”的讀者來說，這本書的價值是無可替代的。它教會我們的不僅僅是敲代碼，更是如何像一個係統工程師那樣去思考和驗證。

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