控製迴路基礎批量過程和連續過程 Terrence Blevins, Mark Nixon pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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Terrence Blevins，Mark Ni 著

圖書標籤:

• 控製工程
• 過程控製
• 批量過程
• 連續過程
• 化學工程
• 自動化
• 反饋控製
• 係統建模
• 動態係統
• 工業自動化

店鋪： 智博天恒圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302443728

商品編碼：29418874127

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2016-11-01

圖書基本信息
圖書名稱	控製迴路基礎批量過程和連續過程
作者	Terrence Blevins, Mark Nixon 陳德基
定價	79.00元
齣版社	清華大學齣版社
ISBN	9787302443728
齣版日期	2016-11-01
字數
頁碼
版次	1
裝幀	平裝-膠訂
開本	16開
商品重量	0.4Kg

內容簡介

本書深入介紹瞭在過程控製領域中工作所用到的概念和術語。書中的材料錶述方式直觀，不依賴於控製係統供應商的産品。讀者不需要在過程工廠環境工作過，也不需要熟悉現場設備和控製係統。許多關於實際控製設計和過程應用的材料來自作者在過程控製係統工作的親身體驗。因而此書旨在給各種人員提供一個指南，包括工程師、經理、技術員和其他剛剛接觸過程控製的人，或有經驗的、但對多迴路控製技術還不熟悉的控製工程師。在介紹完工業上常用的傳統的單迴路和多迴路技術之後，本書簡單介紹瞭高級控製技術。不管讀者是否是一個過程控製工程師，在一個控製團隊工作，或在一個儀錶部門工作，書中的知識都將有助於夯實基礎以理解和使用現有的控製係統或設計新的控製應用。。

作者簡介

Terrence “Terry” Blevins在他的職業生涯中一直積極參與過程控製係統的應用及設計。15年來，他擔任係統工程師和團隊管理者為紙漿和造紙工業設計和開發瞭先進的控製解決方案。Terry在建立艾默生過程管理集團 (Emerson Process Management) 的高級控製項目中起瞭關鍵作用。Terry是開發DeltaV高級控製産品的團隊領導。他是現場總綫基金會 (Fieldbus Foundation?) 功能模塊規範開發和維護團隊的領導，也是SIS (安全儀錶係統)結構和模型規範的編輯。在這方麵的工作中，Terry參與瞭將現場總綫基金會的功能模塊推進成為國際標準的過程。Terry是IEC （國際電工委員會）SC65E WG7功能塊標準委員會的美國專傢，該委員會負責IEC 61804的功能塊標準。他是ISA104 - EDDL（電子設備描述語言）具有投票權的委員和委員會主席，是美國對IEC65E小組的技術谘詢小組（USTAG）的技術顧問。他也是美國技術谘詢小組USNC TAG（IEC/SC65和IEC/TC65）的成員。Terry撰寫瞭過程/工業儀錶與控製手冊（Process/ Industrial Instruments and Controls Handbook）第五版1節標準概要的“ISA /IEC現場總綫概述”，聯閤撰寫瞭儀器工程師手冊，過程控製與優化（Instrumentation Engineer's Handbook, Process Control and Optimization）第四版的四個章節。他與彆人閤著瞭ISA（國際自動化協會）的暢銷書解除對高級控製的約束（Advanced Control Unleashed）。他擁有50項，並已寫作瞭70篇以上關於過程控製係統設計和應用的論文。Terry在1971年獲得路易維爾大學(University of Louisville) 電機工程科學學士學位，在1973年獲得普渡大學 (Purdue University) 電子工程科學碩士學位。2004年，他入選瞭控製雜誌的過程自動化名人堂。目前，Terry是艾默生過程管理集團DeltaV産品工程部未來産品規劃團隊的首席技術師。 Mark Nixon的職業生涯一直與控製係統的設計和開發相關。Mark開始時作為一個係統工程師在石油和天然氣，煉油，化工，紙漿等行業的項目上工作。他在1998年從加拿大搬到得剋薩斯州奧斯汀市，在各種研究和開發的職位上工作過。從1995到2005年，Mark是DeltaV係統首席設計師。2006年，他加入瞭無綫團隊，非常積極的參與瞭WirelessHART規範和IEC 62591標準的製定。Mark目前的研究領域包括基於WirelessHART（無綫HART）設備的控製，批量過程的數據分析，無綫技術在過程工業中的應用，移動用戶，操作員界麵和高級圖形學。他目前活躍於下列領域：操作員行為中心（.operatorperformance.org），WirelessHART標準，ISA - 88標準，現場總綫基金會標準（.fieldbus.org/）和ISA - 101 標準。他寫瞭許多論文，目前擁有超過70項。他與彆人閤著瞭WirelessHART：用於工業自動化的實時網狀網絡（WirelessHART: Real-Time Mesh Network for Industrial Automation），並為工業儀錶與控製手冊（Industrial Instruments and Controls Handbook）和過程工業中的現代測量與終端執行單元精要（Essentials of Modern Measurements and Final Elements in the Process Industry）提供瞭章節。Mark 1982年在滑鐵盧大學 (University of Waterloo) 電氣工程係獲得理學學士學位。 Deji Chen (陳德基) 在過程控製工業界工作瞭近20年，現為同濟大學計算機係教授級研究員。他是OPC工業標準的始創者之一，工作過的項目涉及各種現場總綫，包括WirelessHART標準的製定。他閤寫瞭許多論文，擁有多項，與Mark Nixon等閤著瞭WirelessHART：用於工業自動化的實時網狀網絡（WirelessHART: Real-Time Mesh Network for Industrial Automation）和Wireless Control Foundation - Continuous and Discrete Control for the Process Industry。德基於1999年在德州大學奧斯汀分校 (University of Texas at Austin) 計算機係獲得博士學位，研究方嚮是實時係統。

目錄

編輯推薦

在介紹過程特徵描述和控製設計的許多地方，讀者都會有機會將所學的知識用在基於互聯網的專題練習中。讀者隻要能寬帶上網和有一個網絡就可以使用專題練習。專題練習包含有動態過程仿真，這樣讀者會有一種真實的“動手”經曆。網站上還有內容用以幫助探索基本和高級控製技術。另外，書門有一章介紹建立過程仿真的技術。這些技術采用絕大多數分布式控製係統都提供的各種工具。在介紹控製技術時，簡單的過程實例被用來展示這些技術是如何在工業中使用的。本書關於工業應用的*後一章還包含一些更復雜的工業實例，它們展示如何將基本控製技術結閤起來以滿足不同的應用需求

文摘

序言

智能時代下的精密掌控：解析控製係統的核心原理與實踐 在日新月異的工業4.0浪潮中，自動化和智能化已成為驅動生産力革新、提升運營效率的關鍵。從龐大的化工廠到精密的半導體製造，再到日常生活中隨處可見的智能傢電，無一不體現著控製係統無處不在的強大力量。它們如同生産流程的“大腦”和“神經係統”，精密地協調著每一個環節，確保産品質量的穩定，保障生産過程的安全，並實現能源的優化利用。 本書旨在為讀者深入淺齣地剖析現代控製係統所依賴的核心原理，並著重探討其在兩大關鍵領域——批量過程（Batch Processes）與連續過程（Continuous Processes）——中的具體應用與挑戰。我們將從最基礎的概念齣發，逐步引導讀者理解各種控製策略的內涵，掌握分析和設計控製係統的通用方法。 第一部分：控製係統的基石——理解基本概念 在展開具體的工業應用之前，構建堅實的理論基礎至關重要。本部分將帶領讀者走進控製係統設計的入門殿堂，從最根本的視角理解其運作機製。 過程的本質： 我們將首先審視“過程”的定義。什麼是過程？它如何隨時間演變？一個典型的過程包含哪些關鍵要素？例如，一個加熱爐過程，其“過程”就是爐內溫度隨時間的變化。而構成這個過程的要素則包括加熱功率、爐體結構、環境溫度、以及溫度傳感器等等。理解過程的動態特性，例如它的慣性、延遲和增益，是設計有效控製器的前提。我們將探討如何用數學模型來描述這些特性，例如微分方程，以及理解這些模型對於預測過程行為的重要性。 變量的角色： 在任何過程中，存在著多種相互關聯的變量。我們將區分這些變量的類型： 被控變量（Controlled Variable, CV）： 這是我們希望精確控製的目標，比如加熱爐的溫度。 操縱變量（Manipulated Variable, MV）： 這是我們可以直接調整的輸入，用來影響被控變量，例如加熱爐的加熱功率。 擾動變量（Disturbance Variable, DV）： 這是影響被控變量但我們無法直接控製的外部因素，比如室內環境溫度的變化，或者爐門被意外打開。 測量變量（Measured Variable, MV）： 這是用來監測被控變量當前值的傳感器讀數，它可能與實際被控變量值存在差異（測量誤差）。 理解這些變量之間的相互作用，有助於我們識彆控製係統的輸入和輸齣，以及潛在的乾擾源。 反饋與前饋： 控製的核心在於“反饋”。我們將深入探討反饋控製的原理：通過測量被控變量，將其與期望值（設定點）進行比較，産生偏差（誤差），然後利用這個誤差來調整操縱變量，從而將偏差減小。我們將詳細分析閉環係統的優勢，如魯棒性（對模型不確定性和擾動的容忍能力）和穩定性。 同時，我們也會介紹前饋控製的概念。前饋控製是一種預見性的控製策略，它在擾動變量發生變化時，主動地調整操縱變量，以抵消擾動對被控變量的影響。我們將探討前饋控製如何與反饋控製相結閤，以達到更佳的控製效果。 基本控製器類型： 比例（P）、積分（I）和微分（D）是構成現代控製係統的三大基本元素。我們將逐一解析它們各自的作用： 比例（P）控製： 根據當前的誤差大小來調整操縱變量，誤差越大，調整量越大。它能夠快速響應誤差，但可能存在穩態誤差（即使係統達到穩定狀態，被控變量仍然與設定點存在微小偏差）。 積分（I）控製： 根據曆史纍積的誤差來調整操縱變量。積分控製能夠消除穩態誤差，但可能導緻係統響應變慢，甚至不穩定。 微分（D）控製： 根據誤差的變化率來調整操縱變量。微分控製能夠預測未來的誤差趨勢，提高係統的響應速度，並抑製超調（被控變量超過設定點後又迴落的現象），但對測量噪聲敏感。 在此基礎上，我們將詳細講解比例-積分（PI）控製器、比例-微分（PD）控製器和最常用的比例-積分-微分（PID）控製器。我們將分析它們如何組閤應用，以實現更精確、更快速、更穩定的控製。 第二部分：批量過程控製——精益求精的藝術 批量過程，顧名思義，是指生産過程中存在著明確的、階段性的操作單元，通常需要對一係列操作步驟進行精確的順序控製和參數調整。從食品加工中的發酵、烘焙，到製藥中的藥物閤成、灌裝，再到精細化工中的反應、分離，批量過程的特點是其“非穩態”性，即過程參數隨時間顯著變化，並且需要完成一係列預定義的任務。 批量過程的挑戰： 與連續過程不同，批量過程的控製目標往往不僅僅是維持一個恒定的設定點，而是要精確地按照預設的“配方”（Recipe）或“程序”（Batch Sequence）執行一係列操作。這涉及到： 階段式控製： 過程由多個離散的階段組成，每個階段都有特定的控製目標和參數要求。例如，發酵過程可能包含接種、升溫、培養、排氣等多個階段。 時間約束： 每個階段都需要在規定的時間內完成，並且階段之間的切換也需要精確的時間控製。 參數動態變化： 在不同的批次或同一批次的各個階段，被控變量的設定點可能需要實時改變。 配方管理： 需要有靈活的機製來定義、存儲和執行不同的生産配方，以適應多樣化的産品需求。 順序控製： 批量過程的執行離不開精密的順序控製。我們將探討： 狀態機（State Machines）： 如何利用狀態機來描述和實現批量過程的流程邏輯，每個狀態代錶一個操作階段，狀態之間的轉移由事件觸發。 梯形圖（Ladder Logic）與功能塊圖（Function Block Diagram）： 介紹這些在工業自動化領域廣泛應用的編程語言，以及它們如何用於實現復雜的順序控製邏輯。 事件驅動的控製： 強調基於事件的控製思想，例如當一個反應達到設定的pH值時，自動進入下一個反應階段。 配方管理係統： 現代批量過程控製離不開強大的配方管理係統。我們將討論： 配方的結構： 配方如何定義各個階段的設定點、操作時限、操作指令以及參數的上下限。 配方執行： 係統如何根據當前選擇的配方，逐一執行各個階段的操作，並根據傳感器反饋進行調整。 批次記錄與追溯： 強調生成詳細的批次記錄，記錄每個批次的生産過程數據，這對質量追溯、故障分析和法規遵從至關重要。 高級控製策略在批量過程中的應用： 模型預測控製（Model Predictive Control, MPC）： 介紹MPC如何利用過程模型預測未來一段時間內的過程行為，並優化操縱變量序列，以實現對動態變化過程的精確控製，特彆適用於對動態響應要求高的批量過程。 自適應控製（Adaptive Control）： 討論自適應控製如何在過程參數隨時間變化時，自動調整控製器參數，以維持優良的控製性能。 模糊邏輯控製（Fuzzy Logic Control）： 探討模糊邏輯如何處理不精確的語言化描述，以及如何在缺乏精確數學模型的情況下實現有效的控製。 第三部分：連續過程控製——穩定高效的追求 與批量過程的階段性不同，連續過程是指物料在生産設備中連續流動，並以恒定的速率被處理。這類過程的目標通常是維持關鍵的被控變量在穩定的設定點上，以保證産品質量的一緻性和生産效率的最大化。例如，石油煉化、化工閤成、電力生産、水處理等都屬於典型的連續過程。 連續過程的特點： 穩態運行： 核心目標是使被控變量長期穩定在設定的值附近。 動態響應： 盡管追求穩態，但過程本身具有動態特性，如慣性、延遲和非綫性，需要控製器來補償這些動態影響。 廣泛的擾動： 連續過程常常受到各種內部和外部擾動的挑戰，如原料性質變化、環境溫度波動、設備磨損等。 PID控製器的優化與應用： PID控製器是連續過程控製中最廣泛使用的工具。我們將深入探討： PID參數整定（Tuning）： 介紹多種實用的PID參數整定方法，如Ziegler-Nichols方法、臨界比例法、以及基於模型的方法。我們將分析不同整定方法在不同過程特性下的優缺點，並提供實際操作的指導。 PID控製器的局限性： 分析PID控製器在處理強耦閤多變量係統、嚴重非綫性過程或具有顯著延遲的過程時可能遇到的挑戰。 PID控製器的改進： 介紹一些PID控製器的改進形式，例如加入濾波功能以抑製噪聲，或者采用分段PID以應對不同工作區域。 多變量耦閤控製： 許多連續過程的變量之間存在著復雜的耦閤關係，一個操縱變量的改變會同時影響多個被控變量。 解耦（Decoupling）： 介紹解耦技術，如何通過引入額外的控製器來抵消變量之間的耦閤影響，使每個控製迴路都能獨立地發揮作用。 相對增益分析（Relative Gain Array, RGA）： 講解RGA如何評估變量之間的耦閤強度，並指導操縱變量與被控變量的最佳配對，以實現更有效的控製。 高級控製策略在連續過程中的應用： 模型預測控製（MPC）： MPC在連續過程控製中具有顯著優勢，特彆是在處理多變量耦閤、約束條件和優化目標時。我們將深入探討MPC如何通過優化未來的操縱變量序列，來實現對被控變量的精確跟蹤，並同時優化生産成本、能耗或産量。 自適應控製（Adaptive Control）： 當過程參數隨時間緩慢變化（如催化劑失活、管道磨損）時，自適應控製器能夠自動調整其參數，以保持恒定的控製性能。 先進過程控製（Advanced Process Control, APC）： 介紹APC的概念，它通常整閤瞭MPC、自適應控製、神經網絡等先進技術，以應對復雜、非綫性、多變量的連續過程，實現性能的顯著提升。 優化控製： 在滿足産品質量和安全要求的前提下，優化生産過程以實現經濟效益最大化。我們將探討如何將優化算法與控製係統相結閤，以實現更低的能耗、更高的産量、更低的原料消耗等目標。 第四部分：實踐與未來——控製係統的發展趨勢 本書的最後部分將引導讀者將理論知識應用於實踐，並展望控製係統未來的發展方嚮。 控製器硬件與軟件平颱： 簡要介紹現代工業控製係統（DCS, PLC）的硬件架構和軟件開發環境，以及分布式控製、現場總綫等技術在實現高效集成中的作用。 數據驅動的控製： 探討如何利用大數據、機器學習和人工智能技術，從曆史生産數據中學習過程模型，或直接構建數據驅動的控製器，以解決傳統模型難以描述的復雜問題。 工業物聯網（IIoT）與智能製造： 分析IIoT如何通過連接更多的傳感器和設備，為控製係統提供更豐富的數據，從而實現更精細的監控、更智能的決策和更高效的協同。 安全性與可靠性： 強調控製係統在安全性和可靠性方麵的重要性，探討如何設計魯棒的控製係統，並應對網絡安全威脅。 通過對以上內容的係統學習，讀者將能夠建立起對現代控製係統堅實的理論認識，並能夠將其應用於實際的工業生産過程，從而設計、分析和優化各種批量和連續過程的控製方案，為實現智能化、高效化的生産貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

作為一名多年在生産一綫摸爬滾打的工程師，我深切體會到控製係統對於工業生産的決定性作用。這本書的標題“控製迴路基礎批量過程和連續過程”立刻抓住瞭我的痛點。在實際工作中，我們常常會遇到各種各樣復雜的控製問題，從簡單的溫度調節到精密的反應器控製，都需要紮實的理論知識作為支撐。而這本書的作者Terrence Blevins和Mark Nixon，名字聽起來就帶著一股嚴謹和專業的氣息。我特彆期待書中能夠深入剖析不同類型的控製迴路，比如前饋控製、反饋控製、串級控製等的原理、優缺點以及在不同工況下的適用性。對於批量過程，我希望能看到如何設計能夠適應不同批次要求、快速切換並且保證産品一緻性的控製方案；而對於連續過程，則希望能夠瞭解如何優化控製參數，提高生産效率，降低能耗，並確保過程的穩定性和安全性。這本書如果能提供豐富的案例研究和實際操作指導，那就更完美瞭，這將幫助我將書本上的知識融會貫通，應用於實際生産，解決工作中遇到的難題。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題“控製迴路基礎批量過程和連續過程”讓我聯想到瞭一款經典的工具，它能夠幫助我解決在開發和調試自動化係統時經常遇到的棘手問題。作為一名軟件工程師，雖然我主要負責編寫控製邏輯和算法，但對底層控製迴路的理解程度直接影響到我所開發軟件的穩定性和效率。我期望這本書能夠清晰地解釋各種控製器的設計原則，例如如何根據過程特性選擇閤適的控製器類型，如何進行參數整定以達到最佳的控製效果，以及如何處理常見的控製問題，如振蕩、超調和穩態誤差。特彆地，對於批量過程，我希望能瞭解如何設計能夠應對流程變化和物料特性的控製策略；而對於連續過程，則希望能夠看到如何通過精密的控製來實現高精度的産品質量和穩定的生産狀態。這本書如果能夠提供一些係統集成和故障診斷的實踐建議，對於我實際工作中的項目落地將非常有價值。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對工業自動化充滿熱情的愛好者，雖然沒有直接的工程背景，但我一直渴望能夠理解工業生産背後的“大腦”——控製係統是如何工作的。這本書的標題“控製迴路基礎批量過程和連續過程”就像是一份詳細的導覽圖，指引我進入這個 fascinating 的世界。我希望這本書能夠以通俗易懂的方式，講解控製迴路的基本組成部分，比如傳感器、控製器、執行器以及它們之間的交互關係。我特彆期待能夠學習到如何分析和理解不同工業過程的動態特性，例如溫度、壓力、流量等參數的變化規律，以及這些變化如何影響控製迴路的設計。對於批量過程，我希望能瞭解如何實現精確的配料、混閤和反應控製；而對於連續過程，則希望能看到如何通過持續的監測和調節來保持生産過程的穩定和高效。這本書如果能夠配以生動形象的圖示和簡單的數學模型，將極大地降低我的學習門檻，讓我能夠更輕鬆地掌握這些重要的工業控製理念。

評分☆☆☆☆☆

我是一名正在攻讀自動化專業的研究生，對於控製理論的深度探索有著強烈的需求。這本書的題目“控製迴路基礎批量過程和連續過程”以及作者的名字，都讓我對其學術深度和理論嚴謹性抱有很高的期望。在我的學習過程中，我經常感到需要將抽象的控製理論與具體的工業應用場景相結閤，以便更好地理解其精髓。我希望這本書能夠提供對各種控製算法的數學建模、分析以及穩定性判斷的詳細闡述，並且能夠深入探討如何將這些理論應用於復雜的批量和連續生産過程。例如，我非常想瞭解在處理非綫性係統、時滯係統或者多變量耦閤係統時，控製迴路的設計會麵臨哪些挑戰，以及作者會提供哪些創新的解決方案。對於批量過程，我期待能夠學習如何實現柔性化生産，滿足多樣化的産品需求；而對於連續過程，則希望能夠掌握如何實現最優控製，最大化資源利用率並最小化環境影響。這本書如果能夠提供一些前沿的研究方嚮和未來展望，對我未來的學術研究將大有裨益。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題本身就給我一種踏實的感覺，它清晰地錶明瞭要深入講解控製迴路的基礎知識，並且涵蓋瞭批量過程和連續過程這兩種在工業自動化中至關重要的應用場景。對於我這樣一個對自動化控製領域充滿好奇，但又渴望打下堅實理論基礎的讀者來說，這樣的定位無疑具有極大的吸引力。我期待這本書能夠像一位經驗豐富的導師，循序漸進地引導我理解PID控製、模糊邏輯控製、模型預測控製等核心概念，而不僅僅是停留在錶麵。更重要的是，它承諾的“基礎”二字，讓我相信即使我沒有深厚的工程背景，也能通過這本書的學習，逐漸構建起對這些復雜係統的認知框架。對於批量過程，我特彆好奇書中會如何闡述其離散性和動態變化如何影響控製策略的設計，以及如何確保産品質量的一緻性。而對於連續過程，則希望能看到對穩態操作、動態響應以及如何處理各種擾動的詳盡解釋。這不僅僅是一本技術手冊，更像是一扇通往工業自動化核心世界的窗戶，我迫不及待地想通過它窺探其中的奧秘。