控制回路基础批量过程和连续过程 Terrence Blevins, Mark Nixon pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

Terrence Blevins，Mark Ni 著

图书标签:

• 控制工程
• 过程控制
• 批量过程
• 连续过程
• 化学工程
• 自动化
• 反馈控制
• 系统建模
• 动态系统
• 工业自动化

店铺： 智博天恒图书专营店

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302443728

商品编码：29418874127

包装：平装-胶订

出版时间：2016-11-01

图书基本信息
图书名称	控制回路基础批量过程和连续过程
作者	Terrence Blevins, Mark Nixon 陈德基
定价	79.00元
出版社	清华大学出版社
ISBN	9787302443728
出版日期	2016-11-01
字数
页码
版次	1
装帧	平装-胶订
开本	16开
商品重量	0.4Kg

内容简介

本书深入介绍了在过程控制领域中工作所用到的概念和术语。书中的材料表述方式直观，不依赖于控制系统供应商的产品。读者不需要在过程工厂环境工作过，也不需要熟悉现场设备和控制系统。许多关于实际控制设计和过程应用的材料来自作者在过程控制系统工作的亲身体验。因而此书旨在给各种人员提供一个指南，包括工程师、经理、技术员和其他刚刚接触过程控制的人，或有经验的、但对多回路控制技术还不熟悉的控制工程师。在介绍完工业上常用的传统的单回路和多回路技术之后，本书简单介绍了高级控制技术。不管读者是否是一个过程控制工程师，在一个控制团队工作，或在一个仪表部门工作，书中的知识都将有助于夯实基础以理解和使用现有的控制系统或设计新的控制应用。。

作者简介

Terrence “Terry” Blevins在他的职业生涯中一直积极参与过程控制系统的应用及设计。15年来，他担任系统工程师和团队管理者为纸浆和造纸工业设计和开发了先进的控制解决方案。Terry在建立艾默生过程管理集团 (Emerson Process Management) 的高级控制项目中起了关键作用。Terry是开发DeltaV高级控制产品的团队领导。他是现场总线基金会 (Fieldbus Foundation?) 功能模块规范开发和维护团队的领导，也是SIS (安全仪表系统)结构和模型规范的编辑。在这方面的工作中，Terry参与了将现场总线基金会的功能模块推进成为国际标准的过程。Terry是IEC （国际电工委员会）SC65E WG7功能块标准委员会的美国专家，该委员会负责IEC 61804的功能块标准。他是ISA104 - EDDL（电子设备描述语言）具有投票权的委员和委员会主席，是美国对IEC65E小组的技术咨询小组（USTAG）的技术顾问。他也是美国技术咨询小组USNC TAG（IEC/SC65和IEC/TC65）的成员。Terry撰写了过程/工业仪表与控制手册（Process/ Industrial Instruments and Controls Handbook）第五版1节标准概要的“ISA /IEC现场总线概述”，联合撰写了仪器工程师手册，过程控制与优化（Instrumentation Engineer's Handbook, Process Control and Optimization）第四版的四个章节。他与别人合著了ISA（国际自动化协会）的畅销书解除对高级控制的约束（Advanced Control Unleashed）。他拥有50项，并已写作了70篇以上关于过程控制系统设计和应用的论文。Terry在1971年获得路易维尔大学(University of Louisville) 电机工程科学学士学位，在1973年获得普渡大学 (Purdue University) 电子工程科学硕士学位。2004年，他入选了控制杂志的过程自动化名人堂。目前，Terry是艾默生过程管理集团DeltaV产品工程部未来产品规划团队的首席技术师。 Mark Nixon的职业生涯一直与控制系统的设计和开发相关。Mark开始时作为一个系统工程师在石油和天然气，炼油，化工，纸浆等行业的项目上工作。他在1998年从加拿大搬到得克萨斯州奥斯汀市，在各种研究和开发的职位上工作过。从1995到2005年，Mark是DeltaV系统首席设计师。2006年，他加入了无线团队，非常积极的参与了WirelessHART规范和IEC 62591标准的制定。Mark目前的研究领域包括基于WirelessHART（无线HART）设备的控制，批量过程的数据分析，无线技术在过程工业中的应用，移动用户，操作员界面和高级图形学。他目前活跃于下列领域：操作员行为中心（.operatorperformance.org），WirelessHART标准，ISA - 88标准，现场总线基金会标准（.fieldbus.org/）和ISA - 101 标准。他写了许多论文，目前拥有超过70项。他与别人合著了WirelessHART：用于工业自动化的实时网状网络（WirelessHART: Real-Time Mesh Network for Industrial Automation），并为工业仪表与控制手册（Industrial Instruments and Controls Handbook）和过程工业中的现代测量与终端执行单元精要（Essentials of Modern Measurements and Final Elements in the Process Industry）提供了章节。Mark 1982年在滑铁卢大学 (University of Waterloo) 电气工程系获得理学学士学位。 Deji Chen (陈德基) 在过程控制工业界工作了近20年，现为同济大学计算机系教授级研究员。他是OPC工业标准的始创者之一，工作过的项目涉及各种现场总线，包括WirelessHART标准的制定。他合写了许多论文，拥有多项，与Mark Nixon等合著了WirelessHART：用于工业自动化的实时网状网络（WirelessHART: Real-Time Mesh Network for Industrial Automation）和Wireless Control Foundation - Continuous and Discrete Control for the Process Industry。德基于1999年在德州大学奥斯汀分校 (University of Texas at Austin) 计算机系获得博士学位，研究方向是实时系统。

目录

编辑推荐

在介绍过程特征描述和控制设计的许多地方，读者都会有机会将所学的知识用在基于互联网的专题练习中。读者只要能宽带上网和有一个网络就可以使用专题练习。专题练习包含有动态过程仿真，这样读者会有一种真实的“动手”经历。网站上还有内容用以帮助探索基本和高级控制技术。另外，书门有一章介绍建立过程仿真的技术。这些技术采用绝大多数分布式控制系统都提供的各种工具。在介绍控制技术时，简单的过程实例被用来展示这些技术是如何在工业中使用的。本书关于工业应用的*后一章还包含一些更复杂的工业实例，它们展示如何将基本控制技术结合起来以满足不同的应用需求

文摘

序言

智能时代下的精密掌控：解析控制系统的核心原理与实践 在日新月异的工业4.0浪潮中，自动化和智能化已成为驱动生产力革新、提升运营效率的关键。从庞大的化工厂到精密的半导体制造，再到日常生活中随处可见的智能家电，无一不体现着控制系统无处不在的强大力量。它们如同生产流程的“大脑”和“神经系统”，精密地协调着每一个环节，确保产品质量的稳定，保障生产过程的安全，并实现能源的优化利用。 本书旨在为读者深入浅出地剖析现代控制系统所依赖的核心原理，并着重探讨其在两大关键领域——批量过程（Batch Processes）与连续过程（Continuous Processes）——中的具体应用与挑战。我们将从最基础的概念出发，逐步引导读者理解各种控制策略的内涵，掌握分析和设计控制系统的通用方法。 第一部分：控制系统的基石——理解基本概念 在展开具体的工业应用之前，构建坚实的理论基础至关重要。本部分将带领读者走进控制系统设计的入门殿堂，从最根本的视角理解其运作机制。 过程的本质： 我们将首先审视“过程”的定义。什么是过程？它如何随时间演变？一个典型的过程包含哪些关键要素？例如，一个加热炉过程，其“过程”就是炉内温度随时间的变化。而构成这个过程的要素则包括加热功率、炉体结构、环境温度、以及温度传感器等等。理解过程的动态特性，例如它的惯性、延迟和增益，是设计有效控制器的前提。我们将探讨如何用数学模型来描述这些特性，例如微分方程，以及理解这些模型对于预测过程行为的重要性。 变量的角色： 在任何过程中，存在着多种相互关联的变量。我们将区分这些变量的类型： 被控变量（Controlled Variable, CV）： 这是我们希望精确控制的目标，比如加热炉的温度。 操纵变量（Manipulated Variable, MV）： 这是我们可以直接调整的输入，用来影响被控变量，例如加热炉的加热功率。 扰动变量（Disturbance Variable, DV）： 这是影响被控变量但我们无法直接控制的外部因素，比如室内环境温度的变化，或者炉门被意外打开。 测量变量（Measured Variable, MV）： 这是用来监测被控变量当前值的传感器读数，它可能与实际被控变量值存在差异（测量误差）。 理解这些变量之间的相互作用，有助于我们识别控制系统的输入和输出，以及潜在的干扰源。 反馈与前馈： 控制的核心在于“反馈”。我们将深入探讨反馈控制的原理：通过测量被控变量，将其与期望值（设定点）进行比较，产生偏差（误差），然后利用这个误差来调整操纵变量，从而将偏差减小。我们将详细分析闭环系统的优势，如鲁棒性（对模型不确定性和扰动的容忍能力）和稳定性。 同时，我们也会介绍前馈控制的概念。前馈控制是一种预见性的控制策略，它在扰动变量发生变化时，主动地调整操纵变量，以抵消扰动对被控变量的影响。我们将探讨前馈控制如何与反馈控制相结合，以达到更佳的控制效果。 基本控制器类型： 比例（P）、积分（I）和微分（D）是构成现代控制系统的三大基本元素。我们将逐一解析它们各自的作用： 比例（P）控制： 根据当前的误差大小来调整操纵变量，误差越大，调整量越大。它能够快速响应误差，但可能存在稳态误差（即使系统达到稳定状态，被控变量仍然与设定点存在微小偏差）。 积分（I）控制： 根据历史累积的误差来调整操纵变量。积分控制能够消除稳态误差，但可能导致系统响应变慢，甚至不稳定。 微分（D）控制： 根据误差的变化率来调整操纵变量。微分控制能够预测未来的误差趋势，提高系统的响应速度，并抑制超调（被控变量超过设定点后又回落的现象），但对测量噪声敏感。 在此基础上，我们将详细讲解比例-积分（PI）控制器、比例-微分（PD）控制器和最常用的比例-积分-微分（PID）控制器。我们将分析它们如何组合应用，以实现更精确、更快速、更稳定的控制。 第二部分：批量过程控制——精益求精的艺术 批量过程，顾名思义，是指生产过程中存在着明确的、阶段性的操作单元，通常需要对一系列操作步骤进行精确的顺序控制和参数调整。从食品加工中的发酵、烘焙，到制药中的药物合成、灌装，再到精细化工中的反应、分离，批量过程的特点是其“非稳态”性，即过程参数随时间显著变化，并且需要完成一系列预定义的任务。 批量过程的挑战： 与连续过程不同，批量过程的控制目标往往不仅仅是维持一个恒定的设定点，而是要精确地按照预设的“配方”（Recipe）或“程序”（Batch Sequence）执行一系列操作。这涉及到： 阶段式控制： 过程由多个离散的阶段组成，每个阶段都有特定的控制目标和参数要求。例如，发酵过程可能包含接种、升温、培养、排气等多个阶段。 时间约束： 每个阶段都需要在规定的时间内完成，并且阶段之间的切换也需要精确的时间控制。 参数动态变化： 在不同的批次或同一批次的各个阶段，被控变量的设定点可能需要实时改变。 配方管理： 需要有灵活的机制来定义、存储和执行不同的生产配方，以适应多样化的产品需求。 顺序控制： 批量过程的执行离不开精密的顺序控制。我们将探讨： 状态机（State Machines）： 如何利用状态机来描述和实现批量过程的流程逻辑，每个状态代表一个操作阶段，状态之间的转移由事件触发。 梯形图（Ladder Logic）与功能块图（Function Block Diagram）： 介绍这些在工业自动化领域广泛应用的编程语言，以及它们如何用于实现复杂的顺序控制逻辑。 事件驱动的控制： 强调基于事件的控制思想，例如当一个反应达到设定的pH值时，自动进入下一个反应阶段。 配方管理系统： 现代批量过程控制离不开强大的配方管理系统。我们将讨论： 配方的结构： 配方如何定义各个阶段的设定点、操作时限、操作指令以及参数的上下限。 配方执行： 系统如何根据当前选择的配方，逐一执行各个阶段的操作，并根据传感器反馈进行调整。 批次记录与追溯： 强调生成详细的批次记录，记录每个批次的生产过程数据，这对质量追溯、故障分析和法规遵从至关重要。 高级控制策略在批量过程中的应用： 模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）： 介绍MPC如何利用过程模型预测未来一段时间内的过程行为，并优化操纵变量序列，以实现对动态变化过程的精确控制，特别适用于对动态响应要求高的批量过程。 自适应控制（Adaptive Control）： 讨论自适应控制如何在过程参数随时间变化时，自动调整控制器参数，以维持优良的控制性能。 模糊逻辑控制（Fuzzy Logic Control）： 探讨模糊逻辑如何处理不精确的语言化描述，以及如何在缺乏精确数学模型的情况下实现有效的控制。 第三部分：连续过程控制——稳定高效的追求 与批量过程的阶段性不同，连续过程是指物料在生产设备中连续流动，并以恒定的速率被处理。这类过程的目标通常是维持关键的被控变量在稳定的设定点上，以保证产品质量的一致性和生产效率的最大化。例如，石油炼化、化工合成、电力生产、水处理等都属于典型的连续过程。 连续过程的特点： 稳态运行： 核心目标是使被控变量长期稳定在设定的值附近。 动态响应： 尽管追求稳态，但过程本身具有动态特性，如惯性、延迟和非线性，需要控制器来补偿这些动态影响。 广泛的扰动： 连续过程常常受到各种内部和外部扰动的挑战，如原料性质变化、环境温度波动、设备磨损等。 PID控制器的优化与应用： PID控制器是连续过程控制中最广泛使用的工具。我们将深入探讨： PID参数整定（Tuning）： 介绍多种实用的PID参数整定方法，如Ziegler-Nichols方法、临界比例法、以及基于模型的方法。我们将分析不同整定方法在不同过程特性下的优缺点，并提供实际操作的指导。 PID控制器的局限性： 分析PID控制器在处理强耦合多变量系统、严重非线性过程或具有显著延迟的过程时可能遇到的挑战。 PID控制器的改进： 介绍一些PID控制器的改进形式，例如加入滤波功能以抑制噪声，或者采用分段PID以应对不同工作区域。 多变量耦合控制： 许多连续过程的变量之间存在着复杂的耦合关系，一个操纵变量的改变会同时影响多个被控变量。 解耦（Decoupling）： 介绍解耦技术，如何通过引入额外的控制器来抵消变量之间的耦合影响，使每个控制回路都能独立地发挥作用。 相对增益分析（Relative Gain Array, RGA）： 讲解RGA如何评估变量之间的耦合强度，并指导操纵变量与被控变量的最佳配对，以实现更有效的控制。 高级控制策略在连续过程中的应用： 模型预测控制（MPC）： MPC在连续过程控制中具有显著优势，特别是在处理多变量耦合、约束条件和优化目标时。我们将深入探讨MPC如何通过优化未来的操纵变量序列，来实现对被控变量的精确跟踪，并同时优化生产成本、能耗或产量。 自适应控制（Adaptive Control）： 当过程参数随时间缓慢变化（如催化剂失活、管道磨损）时，自适应控制器能够自动调整其参数，以保持恒定的控制性能。 先进过程控制（Advanced Process Control, APC）： 介绍APC的概念，它通常整合了MPC、自适应控制、神经网络等先进技术，以应对复杂、非线性、多变量的连续过程，实现性能的显著提升。 优化控制： 在满足产品质量和安全要求的前提下，优化生产过程以实现经济效益最大化。我们将探讨如何将优化算法与控制系统相结合，以实现更低的能耗、更高的产量、更低的原料消耗等目标。 第四部分：实践与未来——控制系统的发展趋势 本书的最后部分将引导读者将理论知识应用于实践，并展望控制系统未来的发展方向。 控制器硬件与软件平台： 简要介绍现代工业控制系统（DCS, PLC）的硬件架构和软件开发环境，以及分布式控制、现场总线等技术在实现高效集成中的作用。 数据驱动的控制： 探讨如何利用大数据、机器学习和人工智能技术，从历史生产数据中学习过程模型，或直接构建数据驱动的控制器，以解决传统模型难以描述的复杂问题。 工业物联网（IIoT）与智能制造： 分析IIoT如何通过连接更多的传感器和设备，为控制系统提供更丰富的数据，从而实现更精细的监控、更智能的决策和更高效的协同。 安全性与可靠性： 强调控制系统在安全性和可靠性方面的重要性，探讨如何设计鲁棒的控制系统，并应对网络安全威胁。 通过对以上内容的系统学习，读者将能够建立起对现代控制系统坚实的理论认识，并能够将其应用于实际的工业生产过程，从而设计、分析和优化各种批量和连续过程的控制方案，为实现智能化、高效化的生产贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题本身就给我一种踏实的感觉，它清晰地表明了要深入讲解控制回路的基础知识，并且涵盖了批量过程和连续过程这两种在工业自动化中至关重要的应用场景。对于我这样一个对自动化控制领域充满好奇，但又渴望打下坚实理论基础的读者来说，这样的定位无疑具有极大的吸引力。我期待这本书能够像一位经验丰富的导师，循序渐进地引导我理解PID控制、模糊逻辑控制、模型预测控制等核心概念，而不仅仅是停留在表面。更重要的是，它承诺的“基础”二字，让我相信即使我没有深厚的工程背景，也能通过这本书的学习，逐渐构建起对这些复杂系统的认知框架。对于批量过程，我特别好奇书中会如何阐述其离散性和动态变化如何影响控制策略的设计，以及如何确保产品质量的一致性。而对于连续过程，则希望能看到对稳态操作、动态响应以及如何处理各种扰动的详尽解释。这不仅仅是一本技术手册，更像是一扇通往工业自动化核心世界的窗户，我迫不及待地想通过它窥探其中的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

作为一名多年在生产一线摸爬滚打的工程师，我深切体会到控制系统对于工业生产的决定性作用。这本书的标题“控制回路基础批量过程和连续过程”立刻抓住了我的痛点。在实际工作中，我们常常会遇到各种各样复杂的控制问题，从简单的温度调节到精密的反应器控制，都需要扎实的理论知识作为支撑。而这本书的作者Terrence Blevins和Mark Nixon，名字听起来就带着一股严谨和专业的气息。我特别期待书中能够深入剖析不同类型的控制回路，比如前馈控制、反馈控制、串级控制等的原理、优缺点以及在不同工况下的适用性。对于批量过程，我希望能看到如何设计能够适应不同批次要求、快速切换并且保证产品一致性的控制方案；而对于连续过程，则希望能够了解如何优化控制参数，提高生产效率，降低能耗，并确保过程的稳定性和安全性。这本书如果能提供丰富的案例研究和实际操作指导，那就更完美了，这将帮助我将书本上的知识融会贯通，应用于实际生产，解决工作中遇到的难题。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题“控制回路基础批量过程和连续过程”让我联想到了一款经典的工具，它能够帮助我解决在开发和调试自动化系统时经常遇到的棘手问题。作为一名软件工程师，虽然我主要负责编写控制逻辑和算法，但对底层控制回路的理解程度直接影响到我所开发软件的稳定性和效率。我期望这本书能够清晰地解释各种控制器的设计原则，例如如何根据过程特性选择合适的控制器类型，如何进行参数整定以达到最佳的控制效果，以及如何处理常见的控制问题，如振荡、超调和稳态误差。特别地，对于批量过程，我希望能了解如何设计能够应对流程变化和物料特性的控制策略；而对于连续过程，则希望能够看到如何通过精密的控制来实现高精度的产品质量和稳定的生产状态。这本书如果能够提供一些系统集成和故障诊断的实践建议，对于我实际工作中的项目落地将非常有价值。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对工业自动化充满热情的爱好者，虽然没有直接的工程背景，但我一直渴望能够理解工业生产背后的“大脑”——控制系统是如何工作的。这本书的标题“控制回路基础批量过程和连续过程”就像是一份详细的导览图，指引我进入这个 fascinating 的世界。我希望这本书能够以通俗易懂的方式，讲解控制回路的基本组成部分，比如传感器、控制器、执行器以及它们之间的交互关系。我特别期待能够学习到如何分析和理解不同工业过程的动态特性，例如温度、压力、流量等参数的变化规律，以及这些变化如何影响控制回路的设计。对于批量过程，我希望能了解如何实现精确的配料、混合和反应控制；而对于连续过程，则希望能看到如何通过持续的监测和调节来保持生产过程的稳定和高效。这本书如果能够配以生动形象的图示和简单的数学模型，将极大地降低我的学习门槛，让我能够更轻松地掌握这些重要的工业控制理念。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在攻读自动化专业的研究生，对于控制理论的深度探索有着强烈的需求。这本书的题目“控制回路基础批量过程和连续过程”以及作者的名字，都让我对其学术深度和理论严谨性抱有很高的期望。在我的学习过程中，我经常感到需要将抽象的控制理论与具体的工业应用场景相结合，以便更好地理解其精髓。我希望这本书能够提供对各种控制算法的数学建模、分析以及稳定性判断的详细阐述，并且能够深入探讨如何将这些理论应用于复杂的批量和连续生产过程。例如，我非常想了解在处理非线性系统、时滞系统或者多变量耦合系统时，控制回路的设计会面临哪些挑战，以及作者会提供哪些创新的解决方案。对于批量过程，我期待能够学习如何实现柔性化生产，满足多样化的产品需求；而对于连续过程，则希望能够掌握如何实现最优控制，最大化资源利用率并最小化环境影响。这本书如果能够提供一些前沿的研究方向和未来展望，对我未来的学术研究将大有裨益。