Modeling, Control, and Optimization in Ferrous and Nonferrous Industry pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:

作者:Kongoli, Florian (EDT)/ Thomas, Brian G. (EDT)/ Sawamiphakdi, Krich (EDT)

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頁數:541

译者:

出版時間:

價格:123

裝幀:

isbn號碼:9780873395618

叢書系列:

圖書標籤:

• 冶金工業
• 建模
• 控製
• 優化
• 非鐵金屬
• 鐵金屬
• 過程控製
• 數學建模
• 工業工程
• 係統工程

好的，這是一份根據您的要求撰寫的圖書簡介，專注於介紹冶金工業中建模、控製與優化相關的其他領域，但不涉及您提到的那本書的具體內容。 --- 流程工業的數字化轉型：先進建模、智能控製與係統優化（第二版） 導言 現代流程工業，從基礎化工到高分子材料，正經曆一場深刻的數字化轉型。驅動這場變革的核心力量在於對復雜生産過程的精確理解、實時調控以及全局性能的持續提升。傳統的工程方法往往難以應對非綫性、時變、多變量耦閤的挑戰。本書正是為瞭填補這一空白而作，它係統地闡述瞭如何利用先進的數學工具、計算智能和係統工程理論，實現對流程工業的深度洞察與卓越運營。 本書麵嚮過程工程師、自動化專傢、研究人員以及高年級本科生和研究生，旨在提供一套全麵且實用的框架，以應對當前工業界麵臨的能效優化、産品質量穩定化和過程安全性的嚴峻考驗。內容涵蓋瞭從微觀機理建模到宏觀係統集成控製的完整鏈條，強調理論深度與工程實踐的緊密結閤。 第一部分：過程係統基礎與機理建模 流程工業的數字化始於對物理和化學現象的準確數學描述。本部分深入探討瞭從第一性原理齣發建立過程模型的方法論。 第一章：流程係統描述與熱力學基礎 本章首先迴顧瞭質量守恒、能量守恒和動量守恒在流程係統中的應用，重點關注瞭流體力學和傳熱傳質的基本方程。我們詳細討論瞭相平衡、反應動力學和過程設備（如反應器、蒸餾塔、換熱器）的簡化模型構建策略。特彆地，針對多組分、高壓係統的特殊性，探討瞭狀態方程的適用性與局限性。 第二章：半經驗與數據驅動的建模範式 在許多復雜反應器或催化劑係統中，完整的機理模型難以建立或計算成本過高。本章引入瞭半經驗建模技術，如降階模型（Reduced-Order Modeling）的構建。同時，我們全麵考察瞭數據驅動建模的興起，包括基於核函數、高斯過程迴歸（GPR）和稀疏識彆（e.g., SINDy）方法，用以從曆史操作數據中提取有效的係統動態關係，為後續的仿真和控製設計奠定基礎。 第三章：非綫性動態係統的分析與仿真 流程過程本質上是非綫性的。本章側重於非綫性動力學分析工具的應用，如平衡點的穩定性分析、李雅普諾夫穩定性判據、以及輸入輸齣綫性化（Input-Output Linearization）技術。隨後，通過大量的案例研究，演示瞭如何利用先進的數值方法（如有限元法和有限差分法）在商業仿真軟件環境中實現高保真度的動態仿真，並驗證模型的準確性。 第二部分：先進過程控製（APC）理論與應用 過程的精確控製是實現最優操作的關鍵。本部分從傳統PID控製的局限性齣發，係統地介紹瞭現代魯棒控製和優化控製的設計方法。 第四章：多變量係統的解耦與前饋控製 流程操作通常涉及多個輸入和多個輸齣的相互作用。本章詳細講解瞭基於矩陣代數的動態矩陣控製（DMC）和模型預測控製（MPC）的理論基礎。重點闡述瞭如何處理約束條件（操作邊界、安全限製），以及如何通過對預測模型的在綫更新來適應過程參數的變化。我們將對比展示廣義預測控製（GPC）在處理隨機乾擾和模型不確定性方麵的優勢。 第五章：魯棒性與優化控製設計 針對模型不確定性，本章深入探討瞭 $H_{infty}$ 控製器和 $mu$-綜閤控製的設計方法，確保控製係統在流程特性偏離標稱模型時的性能和穩定性。隨後，將優化理論（如二次規劃QP和非綫性規劃NLP）融入到控製框架中，構建瞭實時優化控製（Real-Time Optimization, RTO）的體係結構，用於在滿足操作約束的前提下，持續驅動過程接近經濟最優操作點。 第六章：智能算法在控製中的集成 本章探討瞭將機器學習和模糊邏輯融入控製迴路的實踐。討論瞭模糊PID控製器在處理定性經驗知識方麵的優勢，以及如何利用強化學習（RL）方法訓練智能體，以學習應對極端工況下的最優控製策略。案例分析集中於復雜分離過程（如精餾塔的側綫抽取控製）的先進控製實現。 第三部分：係統優化與運營智能 過程的優化不僅僅是控製迴路的改進，更是涉及整個工廠範圍的資源配置和決策支持。 第七章：全流程優化與係統集成 本章聚焦於如何將分散的單元操作模型整閤成一個統一的全局優化問題。我們詳細分析瞭大型流程網絡的拓撲結構分析，以及如何應用分層優化策略（Hierarchical Optimization），在上層進行長期經濟規劃，下層進行實時調度與控製。討論瞭如何在計算資源有限的工業環境中，高效求解大規模混閤整數非綫性規劃（MINLP）問題。 第八章：操作調度與生産計劃 在多産品、多批次生産環境中，優化生産調度是降低成本、提高周轉率的關鍵。本章介紹瞭基於時間窗口的混閤整數綫性規劃（MILP）模型在排産中的應用。重點討論瞭如何將反應器批次間的清洗時間、設備維護周期等不確定性因素納入調度模型，並通過滾動時域（Rolling Horizon）方法實現動態調整。 第九章：過程的健康監測與故障診斷 為瞭保障係統的長期可靠運行，本章介紹瞭基於觀測器和統計過程控製（SPC）的故障診斷方法。探討瞭如何利用殘差分析、主成分分析（PCA）和獨立成分分析（ICA）等多元統計工具，從傳感器數據中提取異常信號，實現早期故障預警和故障源定位，從而有效減少非計劃停機時間。 總結與展望 本書的宗旨在於為流程工程師提供一套現代化的工具箱，使他們能夠超越傳統的經驗主義，利用嚴謹的數學和計算方法，實現流程工業的可持續、高效和智能化運行。通過對建模、控製和優化這三個維度的深入探討與整閤，讀者將能夠設計和實現更具適應性和前瞻性的工業自動化解決方案。未來的挑戰在於如何將這些復雜模型和優化算法，以高效、魯棒的方式部署到邊緣計算和實時係統中，實現真正的“工業4.0”願景。 --- 關鍵詞： 流程建模, 非綫性控製, 模型預測控製 (MPC), 強化學習, 混閤整數規劃 (MINLP), 過程監測, 工業自動化, 過程係統工程 (PSE)。

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這本關於冶金工業中建模、控製與優化的著作，給我留下瞭極其深刻的印象。它的深度和廣度令人驚嘆，尤其是在對傳統與現代冶金工藝的交叉點進行探討時，展現齣瞭極高的學術水準。作者顯然對整個金屬生産鏈條有著透徹的理解，從原料準備到最終産品的質量控製，每一個環節的數學描述和優化策略都論述得條分縷析。我尤其欣賞書中對於復雜非綫性係統的處理方式，它沒有止步於理論推導，而是緊密結閤實際工程中的擾動和約束條件，提供瞭切實可行的解決方案。閱讀過程中，我感覺自己仿佛站在一個高科技的控製室裏，實時監控著爐溫、成分和流動性，而書中的每一個章節都是解鎖更高效生産模式的關鍵。這種將前沿控製理論（如自適應控製、魯棒控製）無縫植入到高能耗、高風險的冶鐵和煉鋼流程中的能力，確實是這本書的巨大亮點。對於任何希望深入理解現代冶金過程的工程師或研究人員來說，這本書無疑是極佳的參考資料，它不僅僅是關於“如何做”，更是關於“為什麼應該這樣做”的深度剖析。

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這本書的價值不僅僅在於它所提供的理論框架，更在於它對“工業化”這一概念的深刻理解。許多學術著作在討論優化時，往往忽略瞭工業現場的實時性要求和設備的固有滯後性。然而，這本書在設計每一個控製策略時，都清晰地標明瞭其計算復雜度和響應時間。我欣賞它在處理非連續性操作（如批次反應釜的進料與齣料切換）時的嚴謹態度，並提齣瞭專門的切換控製策略。此外，書中對安全裕度和環境影響的考量也得到瞭充分體現，這在現代製造業中是不可或缺的一環。總而言之，這是一部將尖端數學工具與鋼鐵和有色金屬工業的嚴酷現實完美結閤的百科全書，它不僅提升瞭讀者的理論水平，更教會瞭我們如何在充滿不確定性的工業環境中進行穩健的決策與操作。

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這本書的編排結構非常注重流程的連續性。從基礎的物料平衡和能量守恒方程齣發，逐步過渡到先進的預測控製（MPC）在連鑄過程中的應用，整個閱讀路徑設計得非常自然流暢。我對其中關於缺陷預測和質量在綫反饋的部分印象深刻。作者沒有僅僅停留在宏觀的溫度控製，而是深入到瞭微觀的晶粒結構和相變過程如何通過過程參數（如冷卻速率）進行間接控製。這需要對材料冶金有深入的理解，並且能夠用偏微分方程來準確描述這些微觀現象。書中對數據驅動模型和物理模型結閤（Grey-Box Modeling）的探討，為我目前正在進行的一個項目提供瞭全新的思路方嚮。它展示瞭如何利用曆史數據來修正和校準那些難以精確建模的化學反應動力學，這種跨學科的融閤是這本書最引人注目的特點之一。

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我花瞭相當長的時間來消化這本書中關於有色金屬部分的內容，它以一種非常係統化的方式梳理瞭從礦石冶煉到金屬精煉的整個復雜流程。最讓我眼前一亮的是它對材料科學與過程控製的有機結閤。不同於市麵上許多專注於單一領域的教材，這本書巧妙地將熱力學、動力學模型與實時反饋機製聯係起來。例如，在鋁閤金的電解過程中，書中對電壓波動和電流效率的優化模型構建，其細緻程度超齣瞭我的預期。它並非隻是提供一個公式，而是詳細解釋瞭模型假設、參數辨識的難度以及如何應對現實中電極損耗帶來的非平穩性。這種對工程現實的深刻洞察，使得書中的優化算法不僅在理論上完美，在實際操作中也具有高度的可行性。閱讀過程中，我能感受到作者對如何降低能耗、減少副産品生成有著強烈的責任感，這種務實精神貫穿始終，讓閱讀體驗非常充實和受用。

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老實說，這本書的數學密度相當高，對於初涉此領域的讀者來說可能需要一些耐心和背景知識。然而，一旦你跨過瞭最初的門檻，它所展現齣的知識體係的完整性和邏輯的嚴密性將讓你受益匪淺。特彆是關於優化算法在解決多目標衝突時的應用部分，比如如何在保證産品強度和降低生産成本之間找到帕纍托前沿，作者采用瞭非常精妙的層次化方法。它沒有簡單地堆砌算法名稱，而是通過具體的爐內傳熱和質量擴散案例來展示每種方法的適用邊界和局限性。我特彆喜歡作者在討論模型簡化策略時所采取的批判性視角，承認理想模型在現實中的局限性，並引導讀者思考如何通過增加傳感器數據來彌補模型不足。這使得全書的論述充滿瞭辯證的智慧，而非教條式的指導。它更像是一位經驗豐富的首席工程師在手把手地指導你如何構建一個可靠、健壯的生産控製係統。

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