控製工程手冊（上） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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孫優賢，作 著

圖書標籤:

• 控製工程
• 控製理論
• 自動控製
• 係統分析
• 數學模型
• 反饋控製
• 現代控製
• 經典控製
• 控製係統設計
• 工程手冊

齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122227232

版次：1

商品編碼：11823092

包裝：簡裝

開本：其他

齣版時間：2016-01-01

內容簡介

《控製工程手冊》分上、下冊，本書是上冊，包括4篇內容，第1篇是自動檢測儀錶，包括測量技術基

礎，溫度、壓力、流量、物位測量儀錶，在綫分析儀錶，機械量測量儀錶，顯示儀錶，執行機構和控製閥，*後還介紹瞭防爆安全技術。第2篇是計算機控製係統，內容包括可編程控製器PLC、集散控製係統DCS、安全儀錶係統SIS、成套專用控製係統、監控軟件、現場總綫與工業以太網以及工業物聯網。第3篇是控製工程方法，內容包括單迴路控製器、*進控製、智能控製、伺服控製和間歇控製。第4篇是控製工程技術，包括信號處理和數據校正技術、係統建模技術、軟測量技術、過程優化技術、性能評估技術、故障診斷技術、安全性技術。

手冊著力創新，突破瞭自動控製在流程工業中應用的限製，首次將裝備自動化、企業能源管理、公用工程自動化納入控製工程體係中來，既有傳統專業知識的介紹，更有在探索和研究中的新技術、新方法。

本手冊是麵嚮控製領域工程技術人員和高校師生的實用型手冊，旨在啓迪人們的創新思維。

作者簡介

孫優賢 工業自動化專傢，中國工程院院士。在現代控製工程領域取得重大研究成果。針對復雜工業係統的高度不確定性、高度非綫性、高度關聯性、特大純滯後和信息不完全性等特點，創造性地提齣瞭一整套係統建模技術、先進控製技術、在綫優化技術、故障診斷技術、容錯控製技術、係統集成技術和綜閤自動化技術，並在大型工業裝置中得到成功應用，初步建立瞭現代控製工程的方法論體係。領導建立瞭我國**個國傢工程研究中心，創造性地解決瞭製漿、造紙、生物化工等大型生産綫計算機控製係統軟件總體設計中的重大關鍵技術，成功地研製瞭Supcon 集散控製係統、現場總綫控製係統、Suny TDCS9200工業控製計算機係統，以及綜閤自動化係統的硬件平颱和軟件平颱，並實現瞭産業化，在製漿造紙、生物化工自動化工程領域，針對大型企業的各個生産過程，建立瞭24種動態數學模型，開發瞭25種高級控製算法，18種計算機控製係統，研製瞭6種造紙專用儀錶和12個軟測量軟件，並在20多個省市推廣應用，取得瞭重大的經濟效益。獲得國傢科技進步二、三等各1項，國傢教學成果奬2項，省部級科技進步一、二等奬15項。

目錄

"緒論 ……………………………………………………………… 1

第 1 篇 自動檢測儀錶 ……………………………………… 011

第1章 測量技術基礎 ………………… 12

1．1 測量方法 ……………………… 12

1．2 測量誤差及測量不確定度 ……… 12

第2章 溫度測量儀錶 ………………… 15

2．1 概述 …………………………… 15

2．2 電接點溫度計 ………………… 18

2．3 熱電偶 ………………………… 22

2．4 熱電阻 ………………………… 34

2．5 輻射式測溫儀錶………………… 38

2．6 紅外測溫儀錶 ………………… 45

2．7 紅外熱像儀 …………………… 46

2．8 光導縴維紅外測溫儀…………… 47

參考文獻 ……………………………… 49

第3章 壓力測量儀錶 ………………… 50

3．1 壓力的概念及單位……………… 50

3．2 應變式壓力 (差壓) 變送器 …… 52

3．3 電容式壓力 (差壓) 變送器 …… 56

3．4 差動電感壓力 (差壓) 變送器 … 60

3．5 振弦式壓力 (差壓) 變送器 …… 63

3．6 矽諧振式壓力 (差壓) 變送器 …… 65

3．7 壓力開關 ……………………… 68

3．8 壓力 (差壓) 變送器安裝與維護 … 70

參考文獻 ……………………………… 73

第4章 流量測量儀錶 ………………… 74

4．1 概論 …………………………… 74

4．2 容積式流量計 ………………… 76

4．3 浮子流量計 …………………… 80

4．4 渦輪流量計 …………………… 83

4．5 鏇渦流量計 …………………… 89

4．6 電磁流量計 …………………… 96

4．7 超聲流量計 …………………… 101

4．8 節流式流量計 ………………… 107

4．9 質量流量計 …………………… 117

4．10 插入式流量計………………… 121

4．11 明渠流量計…………………… 123

4．12 多相流測量…………………… 127

參考文獻 …………………………… 139

第5章 物位測量儀錶………………… 141

5．1 物位測量儀錶及分類 ………… 141

5．2 浮力式液位計 ………………… 141

5．3 差壓式液位計 ………………… 146

5．4 電容式物位測量儀錶 ………… 149

5．5 超聲波物位測量儀錶 ………… 151

5．6 射綫式物位測量儀錶 ………… 153

5．7 雷達物位計 …………………… 155

參考文獻 …………………………… 159

第6章 在綫分析儀錶………………… 160

6．1 概述 …………………………… 160

6．2 熱導式氣體分析儀 …………… 161

6．3 紅外氣體分析儀 ……………… 165

6．4 氧化鋯氧分析儀 ……………… 170

6．5 工業色譜分析儀 ……………… 174

6．6 質譜儀及色譜-質譜聯用儀 …… 178

6．7 pH計 ………………………… 186

6．8 工業電導率儀 ………………… 190

6．9 半導體激光氣體分析儀 ……… 194

參考文獻 …………………………… 201

第7章 機械量測量儀錶 ……………… 202

7．1 位移與角度傳感器 …………… 202

7．2 速度測量儀錶 ………………… 219

7．3 轉矩檢測儀錶 ………………… 227

7．4 測力稱重式儀錶 ……………… 236

7．5 核輻射測厚儀錶 ……………… 246

7．6 機器視覺 ……………………… 250

7．7 陀螺經緯儀 …………………… 253

參考文獻 …………………………… 257

第8章 顯示儀錶……………………… 258

8．1 概述 …………………………… 258

8．2 模擬式顯示儀錶 ……………… 258

8．3 數字顯示儀錶 ………………… 264

8．4 智能顯示儀錶 ………………… 267

參考文獻 …………………………… 269

第9章 執行機構和控製閥 …………… 270

9．1 執行器 ………………………… 270

9．2 氣動執行器結構及分類 ……… 271

9．3 控製閥 ………………………… 274

9．4 執行器的選型原則 …………… 280

9．5 電動執行器 …………………… 282

9．6 智能式執行機構 ……………… 284

參考文獻 …………………………… 285

第10章 防爆安全技術 ……………… 286

10．1 防爆基礎 …………………… 286

10．2 儀錶防爆技術………………… 292

10．3 防爆儀錶通用要求…………… 301

10．4 隔爆型儀錶…………………… 306

10．5 本質安全儀錶………………… 309

10．6 本質安全儀錶係統…………… 317

參考文獻 …………………………… 327

第 2 篇 計算機控製係統 ………………………………………………………………… 329

第1章 可編程控製器PLC ………… 336

1．1 概述 …………………………… 336

1．2 PLC的硬件係統 ……………… 340

1．3 PLC軟件配置 ………………… 350

1．4 PLC應用係統設計 …………… 356

1．5 PLC應用係統軟件設計 ……… 365

1．6 大中型PLC工程應用實例 …… 369

1．7 PLC應用小程序實例 ………… 374

參考文獻 …………………………… 376

第2章 集散控製係統DCS ………… 377

2．1 概述 …………………………… 377

2．2 通信網絡 ……………………… 381

2．3 主要站點配置 ………………… 385

2．4 異構係統互聯 ………………… 407

2．5 IEC61131-3 標準編程語言 … 413

2．6 高級應用 ……………………… 421

2．7 DCS大規模網絡設計 ………… 429

2．8 國內外主要DCS産品 ………… 434

2．9 係統選型 ……………………… 444

2．10 工程應用 …………………… 446

2．11 DCS的抗乾擾措施…………… 464

2．12 DCS應用案例 ……………… 466

參考文獻 …………………………… 478

第3章 安全儀錶係統SIS …………… 479

3．1 概述 …………………………… 479

3．2 功能安全概論 ………………… 484

3．3 安全儀錶係統的硬件配置 …… 498

3．4 安全儀錶係統的軟件配置 …… 506

3．5 安全儀錶係統的工程應用 …… 541

參考文獻 …………………………… 556

第4章 成套專用控製係統 …………… 557

4．1 概述 …………………………… 557

4．2 成套專用控製係統的硬件係統 … 558

4．3 成套專用控製係統的軟件

係統 …………………………… 563

4．4 造紙過程成套專用控製係統 … 564

4．5 製藥過程成套專用控製

係統 …………………………… 597

第5章 監控軟件……………………… 617

5．1 概述 …………………………… 617

5．2 監控軟件主要功能和主要組成

模塊 …………………………… 622

5．3 監控軟件的典型應用示例 …… 655

5．4 監控軟件的發展趨勢 ………… 662

5．5 國內外監控軟件産品簡介 …… 665

參考文獻 …………………………… 671

第6章 現場總綫與工業以太網 ……… 672

6．1 概述 …………………………… 672

6．2 現場總綫技術基礎 …………… 674

6．3 主流現場總綫技術 …………… 679

6．4 工業以太網 …………………… 725

6．5 基於現場總綫的網絡化控製係統

與互聯技術 …………………… 746

6．6 現場設備管理係統 …………… 750

6．7 現場總綫的工程應用 ………… 757

參考文獻 …………………………… 759

第7章 工業物聯網技術 ……………… 761

7．1 概述 …………………………… 761

7．2 工業物聯網關鍵技術 ………… 762

7．3 工業物聯網相關標準 ………… 766

7．4 工業物聯網典型應用 ………… 776

參考文獻 …………………………… 786

第 3 篇 控製工程方法 …………………………………………………………………… 787

第1章 單迴路控製器………………… 788

1．1 傳統PID控製方法 …………… 788

1．2 PID控製器的參數整定 ……… 793

1．3 新型PID控製方法 …………… 798

1．4 自抗擾控製器 ………………… 805

參考文獻 …………………………… 811

第2章 先進控製……………………… 813

2．1 復雜控製係統 ………………… 813

2．2 模型預測控製 ………………… 825

2．3 自適應控製係統 ……………… 852

2．4 最優控製 ……………………… 862

2．5 解耦控製 ……………………… 869

參考文獻 …………………………… 875

第3章 智能控製……………………… 877

3．1 智能控製基礎 ………………… 877

3．2 模糊控製 ……………………… 880

3．3 神經網絡控製 ………………… 905

3．4 專傢控製 ……………………… 932

參考文獻 …………………………… 956

第4章 伺服控製……………………… 958

4．1 伺服係統及控製技術簡介 …… 958

4．2 電動伺服控製 ………………… 961

4．3 氣動伺服控製 ………………… 970

4．4 液壓伺服控製 ………………… 978

參考文獻 …………………………… 990

第5章 間歇控製……………………… 991

5．1 間歇過程 ……………………… 991

5．2 間歇過程的控製 ……………… 994

5．3 間歇過程控製實例———注塑

成型過程控製………………… 1016

參考文獻 …………………………… 1037

第 4 篇 控製工程技術 …………………………………………………………………… 1039

第1章 信號處理和數據校正技術 … 1040

1．1 概述 ………………………… 1040

1．2 計算機數字信號處理 ………… 1041

1．3 過程數據校正………………… 1045

參考文獻 …………………………… 1052

第2章 係統建模技術 ……………… 1054

2．1 概述 ………………………… 1054

2．2 機理建模技術………………… 1054

2．3 係統辨識技術………………… 1057

2．4 智能建模技術………………… 1064

2．5 混閤建模技術………………… 1067

參考文獻 …………………………… 1070

第3章 軟測量技術 ………………… 1072

3．1 軟測量的基本概念…………… 1072

3．2 基於機理分析的軟測量建模

技術 ………………………… 1073

3．3 基於迴歸分析的軟測量建模

技術 ………………………… 1082

3．4 基於狀態估計的軟測量技術 … 1087

3．5 基於支持嚮量機的軟測量

建模技術 …………………… 1091

3．6 軟測量係統的工程設計 ……… 1096

參考文獻 …………………………… 1105

第4章 過程優化技術 ……………… 1106

4．1 最優化問題的基本概念 ……… 1106

4．2 最優化方法…………………… 1108

4．3 典型過程優化的工業應用 …… 1126

4．4 過程優化商業軟件簡介 ……… 1138

參考文獻 …………………………… 1141

第5章 性能評估技術 ……………… 1142

5．1 性能評估技術簡介 …………… 1142

5．2 控製器性能評估流程 ………… 1144

5．3 控製器性能評估方法與技術 … 1146

5．4 控製器性能評估工業應用 …… 1156

參考文獻 …………………………… 1160

第6章 故障診斷技術 ……………… 1162

6．1 控製係統故障診斷技術 ……… 1162

6．2 動設備故障診斷技術 ………… 1172

6．3 故障預測技術………………… 1191

參考文獻 …………………………… 1196

第7章 安全性技術 ………………… 1198

7．1 概述 ………………………… 1198

7．2 功能安全 …………………… 1198

7．3 控製係統網絡安全 …………… 1211

參考文獻 …………………………… 1216

索引 …………………………………… 1217"

《工程控製理論與實踐》 內容簡介： 本書係統闡述瞭現代工程控製理論的基石，並深入探討瞭其在各類工程領域的廣泛應用。內容涵蓋瞭從基礎的係統建模、時域與頻域分析，到先進的控製器設計、狀態空間方法以及數字控製係統等核心概念。全書力求理論與實踐相結閤，旨在為讀者構建紮實而全麵的控製工程知識體係。 第一部分：控製係統基礎 本部分奠定瞭控製工程學習的基礎。首先，我們將從係統建模入手，探討如何用數學語言準確地描述物理係統的動態行為。這包括瞭對不同類型係統（如機械、電氣、熱係統）的建模方法，如傳遞函數、方塊圖以及微分方程的錶示。我們將深入講解綫性時不變（LTI）係統的特性，這是絕大多數控製理論分析的基礎。 隨後，我們將進入時域分析，學習如何理解和評估係統的瞬態響應和穩態響應。這包括瞭對單位階躍響應、單位脈衝響應的分析，以及引入性能指標（如超調量、調節時間、穩態誤差）來量化係統的性能。此外，我們還將探討穩定性分析，這是控製器設計的首要前提，將介紹勞斯-霍爾維茨判據等經典方法。 緊接著，我們將轉嚮頻域分析，這是一種從頻率響應角度理解係統行為的強大工具。我們將介紹伯德圖、奈奎斯特圖和尼柯爾斯圖等重要的頻率響應圖形，並學習如何利用它們來分析係統的帶寬、增益裕度和相位裕度，從而初步判斷係統的穩定性和動態特性。 第二部分：控製器設計與魯棒性 本部分將聚焦於控製器設計，這是控製工程的核心實踐。我們將從最基礎的PID（比例-積分-微分）控製器講起，詳細分析其各部分的物理意義和作用，以及如何通過整定參數來優化係統性能。我們將介紹多種PID整定方法，如經驗法、Ziegler-Nichols方法等，並討論其在實際應用中的優缺點。 在此基礎上，我們將引入根軌跡分析，這是一種在參數空間內研究係統閉環極點位置變化的方法，能夠直觀地展示控製器參數變化對係統穩定性和動態響應的影響。我們將學習如何繪製根軌跡，並利用它來指導控製器的設計。 狀態空間方法是現代控製理論的重要分支，本部分將對其進行詳細介紹。我們將學習如何建立係統的狀態空間方程，以及如何利用狀態嚮量來描述係統的內部狀態。在此基礎上，我們將介紹極點配置技術，這是一種能夠任意指定閉環係統極點位置的方法，從而實現對係統性能的精確控製。 現代控製理論還強調可控性和可觀測性的概念，我們將深入探討這兩個重要屬性的意義，以及它們在狀態觀測器設計中的應用。狀態觀測器能夠根據係統的輸入和輸齣估計係統的內部狀態，這對於無法直接測量所有狀態變量的係統至關重要。 此外，本部分還將探討魯棒控製的思想。在實際工程中，係統模型往往存在不確定性，外部乾擾也難以避免。魯棒控製旨在設計能夠對模型不確定性和外部乾擾保持良好性能的控製器。我們將介紹一些基本的魯棒控製概念和方法。 第三部分：數字控製係統 隨著計算機技術的飛速發展，數字控製係統已經成為現代控製工程的主流。本部分將深入探討數字控製係統的原理和設計方法。我們將從采樣過程開始，介紹采樣定理，以及如何將連續時間係統轉換為離散時間係統。Z變換是分析和設計離散時間係統的關鍵數學工具，我們將詳細介紹其性質和應用。 在離散時間域內，我們將重新學習離散時間係統的穩定性分析，包括離散時間係統的極點位置與穩定性的關係，以及 Jury 判據等。 數字控製器設計是本部分的重點。我們將介紹如何將連續時間的控製器（如PID控製器）進行離散化，以及如何直接在離散時間域內設計數字控製器。這將包括零極點匹配法、雙綫性變換法等常用的離散化方法。 我們還將探討狀態空間方法在數字控製係統中的應用，包括離散時間狀態空間方程的建立、離散時間極點配置以及離散時間狀態觀測器的設計。 第四部分：工程應用與進階主題 本部分將展示控製理論在實際工程中的應用，並介紹一些進階主題。我們將通過具體的工程案例（如機器人控製、飛行器姿態控製、過程控製係統等）來 ilustracion 理論知識的應用，讓讀者對控製工程的實際意義有更深刻的理解。 此外，我們還將簡要介紹一些先進的控製技術，如自適應控製（能夠根據係統性能變化自動調整控製器參數）、模糊控製（基於模糊邏輯進行控製決策）以及神經網絡控製（利用神經網絡學習和實現控製律）等。這些技術在處理非綫性、時變或復雜係統時展現齣強大的潛力。 本書特色： 體係完整： 從基礎概念到高級理論，再到工程應用，構建瞭完整且邏輯清晰的控製工程知識體係。 理論與實踐並重： 深入講解理論原理，並結閤豐富的工程實例，幫助讀者理解理論在實際問題中的應用。 圖文並茂： 大量使用圖錶、示意圖和分析麯綫，直觀地展示概念和方法，加深讀者理解。 數學工具嚴謹： 運用必要的數學工具進行推導和分析，但力求講解清晰易懂，避免過度抽象。 目標讀者： 本書適閤高等院校機械、電氣、自動化、航空航天、計算機等專業本科生、研究生，以及從事相關工程領域的研究人員和工程師。對於希望係統學習和掌握現代控製工程理論與實踐的讀者而言，本書將是不可或缺的參考。