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出版者:中国电力出版社发行部

作者:林汝谋

出品人:

页数:550

译者:

出版时间:2004-1

价格:35.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787508323930

丛书系列:

图书标签:

• 专业书
• 燃气轮机
• 发电
• 动力装置
• 能源工程
• 热力工程
• 机械工程
• 工业应用
• 电力系统
• 能源技术
• 轮机工程

现代化学工程中的过程控制与优化 本书聚焦于现代化学工业生产过程中至关重要的自动化与优化技术，深入剖析了从基础理论到前沿应用的完整知识体系。它旨在为化学工程师、过程控制专家以及相关领域的科研人员提供一套全面、深入且实用的参考指南。 第一部分：过程控制基础理论与经典方法 本书首先系统回顾了化学过程控制的理论基石。在第一章中，我们详细阐述了化学反应器、精馏塔、换热器等典型单元操作的动态特性建模方法，包括质量、能量守恒方程的建立与简化，以及如何利用系统辨识技术从实验数据中获取精确的数学模型。重点讨论了线性与非线性模型的差异，以及在工程实践中如何选择合适的模型阶次和结构。 第二章深入探讨了经典反馈控制器的设计与实现。拉普拉斯变换在系统分析中的应用是本章的重点，详细分析了比例-积分-微分（PID）控制器的原理、参数整定方法，如Ziegler-Nichols法、内部模型控制（IMC）法及其在复杂系统中的局限性。我们特别强调了抗积分饱和、反常积分以及退耦控制在多变量系统中的应用，并通过大量案例展示了如何通过精细的PID调谐来应对过程中的噪声、时滞和不确定性。 第三章则专注于先进的单回路控制技术。这包括了对比例-积分-微分-微分（PIDD）控制器、Smith预估控制器（Smith Predictor）的深入解析。Smith预估控制因其在处理过程纯滞后方面的卓越性能，在石油化工和精细化工领域具有广泛应用，本书详细剖析了其对过程模型准确性的依赖性，并探讨了模型失配对控制性能的影响及应对策略。此外，本章还涵盖了开关控制（On-Off Control）及其在简单加热、冷却系统中的应用，以及模糊逻辑控制的基础概念。 第二部分：多变量系统与先进过程控制（APC） 随着化工过程复杂度的增加，多变量控制成为必然。第四章系统介绍了多输入多输出（MIMO）系统的分析工具。这包括了对系统矩阵的分析，如传递函数矩阵、状态空间表示，以及通过奇异值分解（SVD）来评估系统的可控性、可观测性，并识别“强耦合”和“弱耦合”的变量对。引入了相对增益阵（RGA）作为多变量系统解耦设计的基础判据，并详细演示了如何利用RGA指导控制器结构的选择。 第五章是本书的核心内容之一：模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）。MPC是当前工业界最主流的先进过程控制技术。本书从其核心思想——基于模型、滚动优化、约束处理——出发，详细介绍了二次规划（QP）的求解在实现优化目标和满足操作约束中的作用。重点讨论了线性MPC（LMPC）的结构，包括目标函数的设计、对未来时域的预测以及控制器的在线计算。随后，本书扩展到非线性MPC（NMPC）的概念，并探讨了其在强非线性系统，如催化反应器中的应用潜力与计算挑战。 第六章涵盖了其他重要的先进控制策略。这包括解耦控制策略（如川崎解耦、动态矩阵控制（DMC）的原理），以及状态估计技术。卡尔曼滤波（Kalman Filtering）作为最优线性状态估计器，其在处理传感器噪声和不确定性方面的应用被详细阐述，尤其是在需要精确估计内部状态变量（如反应物浓度、催化剂活性）的系统中。 第三部分：过程优化与系统集成 过程控制的最终目标是实现经济效益最大化和操作稳定性。第七章将控制系统与过程优化相结合。这部分介绍了实时优化（Real-Time Optimization, RTO）的概念，阐述了如何利用现有的过程模型和实时数据，周期性地求解一个大规模优化问题，以确定最佳的设定值或操作目标，从而指导下层的APC系统运行。内容涵盖了线性规划（LP）和非线性规划（NLP）在确定最佳操作点上的应用。 第八章关注于过程安全与可靠性。系统地分析了安全仪表系统（SIS）与过程控制系统（PCS）的集成与分离原则，强调了安全完整性等级（SIL）的评估方法。此外，本书还探讨了如何利用控制系统设计来提高过程的固有安全性，例如通过限制关键变量的运行范围（Soft Constraints）和实现故障检测与隔离（FDI）技术，以增强系统的鲁棒性和可靠性。 第四部分：新兴技术与未来趋势 在最后一部分，本书展望了过程控制领域的前沿发展。第九章专门探讨了“工业4.0”背景下，过程控制与大数据、人工智能的融合。重点分析了机器学习（ML）技术，如神经网络、支持向量机（SVM）在非线性模型辨识、异常检测和预测性维护中的应用。探讨了如何将数据驱动的ML模型无缝集成到传统的基于物理模型的控制框架中，形成混合模型控制（Hybrid Modeling Control）。 第十章总结了本书，并展望了下一代过程控制系统的发展方向，包括基于事件的控制（Event-Based Control）在降低计算负荷和带宽需求方面的潜力，以及在更深层次上实现人机协作（Human-Machine Teaming）的挑战与机遇。 本书的特色在于其理论的深度与工程实践的广度兼备。大量的流程图、数学推导、以及虚拟仿真案例（基于MATLAB/Simulink或Aspen Plus平台）的讨论，确保了读者不仅能理解“为什么”，更能掌握“如何做”。

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