Fieldbuses For Process Control pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Isa

作者:Berge, Jonas

出品人:

页数:460

译者:

出版时间:

价格:951.00元

装帧:Pap

isbn号码:9781556179044

丛书系列:

图书标签:

• Process Control
• Fieldbuses
• Industrial Automation
• Communication Protocols
• Instrumentation
• Control Systems
• Digital Communication
• Factory Automation
• SCADA
• PROFIBUS
• FOUNDATION Fieldbus
• HART
• Ethernet
• Modbus

《工业自动化与实时系统设计前沿》 内容提要： 本书深入探讨了现代工业自动化领域的核心技术与未来发展方向，特别侧重于实时操作系统（RTOS）、高性能传感器网络、先进的控制算法以及面向工业物联网（IIoT）的数据处理与安全架构。本书旨在为自动化工程师、系统架构师和高级技术研究人员提供一个全面且实用的参考框架，以应对当前复杂制造环境中对高可靠性、低延迟和高度集成系统的需求。 第一部分：实时系统基础与嵌入式平台 本部分首先回顾了实时系统的基本概念，包括硬实时与软实时的严格定义、时序分析的关键指标（如最坏情况执行时间WCET）以及确定性调度策略（如EDF和RM）。随后，我们将重点放在构建工业级嵌入式平台所需的关键技术栈上。 1.1 现代实时操作系统（RTOS）内核剖析： 详细分析了主流工业级RTOS的内核架构，如VxWorks、QNX、FreeRTOS的工业增强版本。内容涵盖任务管理、中断处理机制、上下文切换的开销分析，以及如何利用内存保护单元（MPU/MMU）实现任务隔离和系统健壮性。特别关注了针对高频数据采集和控制回路的原子操作与同步机制。 1.2 嵌入式处理器选型与优化： 探讨了当前工业控制中常用的微控制器（MCU）和微处理器（MPU）架构（如ARM Cortex-R/M系列、RISC-V在工业中的应用前景）。内容涉及指令集效率、浮点运算单元（FPU）的性能对控制算法的影响，以及如何通过硬件加速器（如DSP核或FPGA逻辑）来卸载周期性计算任务，从而保证主控制循环的确定性。 1.3 高效能内存管理与缓存一致性： 在嵌入式系统中，内存访问延迟是影响实时性的主要因素之一。本章深入讲解了片上存储器（SRAM、DDR）的访问时序，以及多核系统中缓存一致性协议（如MESI）对跨核通信和数据共享的影响。提供了一系列内存访问优化技巧，以最小化锁竞争和缓存失效的频率。 第二部分：先进控制理论与算法实现 本部分超越了传统的PID控制，着重于在资源受限的实时环境中实现复杂控制策略的工程实践。 2.1 模型预测控制（MPC）的实时部署： 详细介绍了MPC的基本原理、约束处理方法，并重点阐述了如何在嵌入式平台上高效求解二次规划（QP）问题。讨论了线性化MPC（LMPC）与非线性MPC（NMPC）在计算复杂度和收敛速度上的权衡，并提供了使用C/C++实现的优化求解器框架。 2.2 鲁棒控制与自适应控制在噪声环境下的表现： 探讨了在传感器噪声大、系统模型不确定时，如何应用$mathcal{H}_{infty}$控制和自适应重整化的策略来维持系统性能。提供了在存在执行器饱和和外部干扰下的鲁棒性分析方法，并结合实际案例展示了这些算法在过程控制中的应用效果。 2.3 离散时间系统分析与采样率对性能的影响： 深入分析了采样周期的选择对系统稳定性和控制性能的决定性作用。内容包括奈奎斯特-香农采样定理在工业场景的延伸应用，以及欠采样和超采样对系统带宽和控制误差的影响建模。 第三部分：工业网络与数据融合架构 本部分关注数据如何在控制系统内、跨系统以及与云端进行高效、可靠的传输与集成。 3.1 确定性以太网（TSN）的标准化与实践： 全面解析了时间敏感网络（TSN）的核心标准（如IEEE 802.1AS时间同步、802.1Qbv流量整形），解释了它们如何确保数据包的端到端延迟具有可预测性。提供了TSN交换机配置、网络拓扑设计以及在OT（操作技术）网络中实现同步域的方法论。 3.2 多传感器数据融合（MSF）与状态估计： 针对过程监控中大量异构传感器数据（如温度、压力、流量、视觉信息）的处理，详细介绍了扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）在非线性系统状态估计中的应用。讨论了数据对齐、时间戳同步以及鲁棒性对异常数据点的处理。 3.3 面向工业物联网（IIoT）的边缘计算安全： 本章聚焦于从设备层到边缘网关的数据安全挑战。内容包括：如何在资源受限的设备上实现轻量级加密（如ECC），使用硬件安全模块（HSM）保护私钥，以及建立零信任架构（Zero Trust）在OT网络中的部署策略，以应对高级持续性威胁（APT）。 第四部分：系统验证、诊断与维护 确保工业系统的长期可靠性是至关重要的。本部分提供了从设计到运维阶段的系统验证和诊断工具集。 4.1 形式化方法在控制软件验证中的应用： 介绍了如何使用模型检验（Model Checking）和抽象解释等形式化方法来严格证明控制软件在所有可能运行路径上满足安全规范。重点讲解了如何将时序逻辑（LTL/CTL）应用于故障安全逻辑的验证。 4.2 基于软件定义的故障诊断系统（FDI）： 探讨了利用机器学习和基于模型的残差分析方法，构建主动式的故障诊断系统。内容包括特征提取、异常检测算法（如One-Class SVM）在实时流数据上的部署，以及故障隔离的决策树构建。 4.3 远程诊断与预测性维护框架： 讲解了如何安全、低带宽地将设备健康状态数据传输至云端平台，并利用时间序列分析模型（如ARIMA、LSTM）对设备退化趋势进行预测。提供了远程诊断接口的设计原则，确保在不中断生产的情况下进行远程软件更新和配置管理。 本书配有大量实战案例、伪代码和性能测试数据，旨在成为工业控制系统工程师和研究人员不可或缺的参考工具书。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆