《Introduction to Process Control, Second Edition》书评
化学与化工学院 苏沁
《Introduction to Process Control, Second Edition》,中文译名为《过程控制导论(第二版)》,出版于2012年。作者Jose A. Romagnoli是路易斯安那州立大学化学工程系过程系统工程戈登与玛丽·凯恩冠名讲席教授,也是过程系统工程实验室的主任,还是澳大利亚技术科学与工程院的当选院士,并担任多家国际公司的顾问,研究领域涵盖过程系统工程的各个方面,包括数据处理和协调、复杂系统建模、基于模型的先进控制、智能过程监控和监督以及工厂范围内的优化,因其在化学工程方面贡献卓越,曾获澳大利亚总理颁发的联邦百年纪念奖章;Ahmet Palazoglu是加州大学戴维斯分校化学工程和材料科学教授,研究方向是过程控制、非线性动力学、过程监测和统计建模。出版社CRC Press(Taylor & Francis集团旗下出版品牌)是专业教材和参考工具书的出版先锋。
该书讨论了过程控制与优化的相关理论知识及工业应用现状和发展,主要面向化学工程专业的学生和工业从业者。正文部分共7大部分,24章节,现介绍如下:
第一部分——引言
第一章为何选择过程控制?
介绍了过程控制的背景及其在工业中的作用,阐述了过程控制的目标。
第二章 定义和术语
介绍了一些关键的概念和定义,分析了过程控制的设计问题,阐述了控制系统的设计过程和控制设计项目要素。
第二部分——控制建模
第三章 建模中的基本概念
介绍了数学建模的思想,解释了过程建模的必要性,介绍了模型的分类方法和类型,介绍了自由度的定义,阐述了模型和控制的关系。
第四章 由基本定律发展模型
讨论了建模的原则,介绍了基于基本定律的模型,分析了化学反应的过程建模,介绍了化学过程中复杂系统建模、分布参数系统和模型方程的数值解。
第五章 投入产出模型——传递函数
介绍了构建线性过程模型的程序,解释了传递函数的相关概念,介绍了单输入单输出过程的传递函数、传递函数的性质和非有理传递函数。
第六章 过程数据模型
介绍了经验模型的发展及模型结构,介绍了确定模型的过程反应曲线法以及建模中的回归。
第三部分——过程分析
第七章 稳定性
介绍了线性系统的稳定性,介绍了三种稳定性分析方法,分别是劳斯判据(Routh criterion)、根轨迹法和直接代换法。
第八章 动态性能
介绍了输入模块的类型,分析了一阶过程和二阶过程的动力学行为,讨论了高阶系统的动态响应以及时间延迟和零点对过程性能的影响。
第九章 频率响应
介绍了频率响应分析的基本要素,分别是极坐标中的复数、一阶和二阶过程的频率响应的发展,介绍了过程的频率响应表达形式——Bode图和Nyquist图。
第四部分——反馈控制
第十章反馈控制的基本要素
介绍了反馈控制的概念;以换热器的温度控制为例,说明了反馈控制的机理;讨论了传统反馈控制器的类型,包括P、PI和PID控制器;研究了闭环系统中控制器的动态过程,演示了每个模式对性能的影响。
第十一章 闭环过程的稳定性分析
讨论了闭环系统的稳定性;介绍了闭环系统的动力学控制方程,定义了闭环特征方程;介绍了Routh's判据和根轨迹法两种分析方法;研究了不同控制动作对闭环稳定性的影响;介绍了两个频率响应的稳定性标准。
第十二章 反馈控制设计
从性能标准的角度阐述了设计目标,进而发展了闭环性能的标准测量方法最终提出了替代控制器设计技术;讨论了三种不同的设计技术并分析比较了性能结果。
第五部分——基于模型的控制
第十三章 基于模型的控制
介绍了前馈控制和延迟补偿两种模式;介绍了内部模型控制(IMC)的概念,提供了设计基于模型的控制器的通用框架。
第十四章 模型的不确定性和鲁棒性
介绍了具有模型不确定性的内模控制结构;对模型不确定性进行了描述,并讨论了模型不确定性对闭环性能的影响;介绍了模型不确定条件下的内模设计;解释了单输入单输出(SISO)系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能标准。
第十五章 模型预测控制
介绍了模型预测控制(MPC)的一般性原则、动态矩阵控制、工艺限制及其状态空间公式,介绍了MPC在实际中的应用。
第六部分——多变量控制
第十六章 多变量系统——特殊案例
首先讨论了一个被控变量多于一个被测变量的串级控制结构,然后引入了比率控制和分程控制的概念,为具有过多可操作变量或可测量变量的过程提供了灵活的控制策略,最后简要介绍了覆盖控制的概念。
第十七章 多变量系统
介绍了多变量过程的特点、建模和传递函数,解释了多变量反馈控制结构。
第十八章 多变量控制器的设计
介绍了多输入多输出系统(MIMO)的反馈分析;通过相对增益阵列(RGA)的相互作用测度,讨论了多回路系统相互作用程度的量化问题;阐述了多回路控制器设计的过程;介绍了非交互控制回路的设计——解耦器。
第七部分——现代制造业中的控制
第十九章 非线性过程的实用控制
介绍了非线性过程运行状态的建模方法,介绍了增益调整控制器,介绍了多模型控制器的设计过程。
第二十章 过程优化与控制
介绍了过程优化的基本概念;详细介绍了过程优化与过程控制(优化控制)之间的联系;讨论了干扰对工厂最优运行的影响;引入了稳态回退和动态回退的概念,运用工业实例说明了先进控制对实现经济效益的重要性;最后简要介绍了动态优化(过渡规划)问题。
第二十一章 工业控制技术
介绍了工业控制技术的发展和通用工业控制系统体系结构,解释了当前的技术和工业应用中常见的控制功能的主要元件。
第二十二章 过程控制在现代制造业中的作用
讨论了控制在现代制造业中的扩大作用,介绍了以模式为中心的技术,解释了集成控制系统。
第二十三章 数据处理与校正
讨论了数据处理过程中的缺失点和异常等问题,介绍了过程数据的表征,阐述了过程数据的建模及核对,分析了数据核对中的问题,介绍了数据协调与模型化技术。
第二十四章 过程监测
介绍了过程监测的流程,介绍了评估过程操作状态的技术,讨论了故障的诊断和分类以及控制器性能的监测。
本书以清晰明了的方式概述了过程控制的原理流程及其实际应用,整本书分为七大部分,由浅入深地阐述了过程控制的主要知识点,内容详尽全面。全书编排逻辑清晰,语言精炼简洁,图文并茂;运用概念与实例相结合的方式解释知识点,便于读者以实用的方式掌握理论概念;每一章节都附有总结和参考文献,便于读者及时梳理该章内容和进行精准的查阅与考究;全书示例十分丰富,大部分章节后还附有相关习题和解法,利于读者加深对知识点的理解。书后附有四个附录,详细补充了所运用到的其他学科的知识点。该书与第一版相比,连接了过程控制传统与扩展后的视角,结合了传统与现今集成的广泛的过程控制操作和信息系统,更新和扩展了其前身的内容,附带了完整的、用户友好的软件环境,使读者能够交互式地研究每一章中提供的示例。该书对化学工程专业的本科生和研究生以及工业从业人员和研究人员都有很大的参考价值,值得阅读。
该书的第三版在连接过程控制传统与扩展视角的基础上,将传统的概念主题与集成的过程操作、控制和信息系统进行了更广泛的视角结合,解决了与现今过程控制教学高度相关的问题:讨论了智能制造决策中涉及的新数据预处理技术、机器学习和人工智能概念;提供了大量参考资料,引导读者获得解决建模、分类和监控问题所需的资源;介绍了过程优化和过程控制之间的联系,包括干扰对工厂最优运行的影响,稳态和动态回退的概念作为量化控制经济效益的方法等;结合了工业计算机控制系统的现代体系结构的介绍与实际案例研究和中试规模操作的应用;分析了过程控制在现代制造业中扩大的作用,包括以模型为中心的技术和集成控制系统;将数据处理/校正和智能监控集成到整个控制系统架构中。
全书采用“先概念后举例”的方式,并在各章中以同一工程问题为例贯穿始终,对过程控制相关概念进行了讨论,最终形成完整的控制设计策略。同时,对一些章节进行了重新组织:合并了第13章和14章的部分内容,增加了新的一章第17章,介绍了回路相互作用分析的概念,将21章和22章合并为新的21章,在概念上将工业控制技术和过程控制在现代制造中的作用联系在一起,新增了练习和两个附录,提供了更全面的参考资料。
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第二版:
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第三版:
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本书高校馆藏:国家图书馆、加州大学伯克利分校
本馆收录该书第三版,馆藏号:TQ02/R756/E.3,馆藏地址:五山校区-外文图书区(外教中心)
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