生物发酵过程的建模、优化与故障诊断 高学金,齐咏生,王普 科学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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高学金，齐咏生，王普 著

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• 生物发酵
• 过程建模
• 优化
• 故障诊断
• 化工过程
• 控制工程
• 系统工程
• 生物工程
• 工业应用
• 科学出版社

店铺： 福州文豪图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030488671

商品编码：26795825157

包装：平装

出版时间：2016-06-01

图书基本信息
图书名称	生物发酵过程的建模、优化与故障诊断	作者	高学金,齐咏生,王普
定价	108.00元	出版社	科学出版社
ISBN	9787030488671	出版日期	2016-06-01
字数		页码
版次	31	装帧	平装
开本		商品重量	0.4Kg

内容简介

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文摘

序言

复杂系统动态建模与先进控制技术 作者： 张伟，李明，陈刚 出版社： 科技文献出版社 页码： 680页 ISBN： 978-7-5045-9876-5 定价： 188.00 元 --- 内容简介 本书系统阐述了现代工业生产中普遍存在的复杂非线性、多变量、时滞性系统的建模、分析、优化与智能控制策略。面对当前制造业对过程效率、产品质量和运行可靠性提出的更高要求，传统的过程控制方法已难以有效应对。本书聚焦于如何利用先进的数学工具和计算方法，对这些高维、强耦合的系统进行精确描述，并设计出鲁棒、高效的控制系统。 全书共分十章，结构清晰，理论与工程实践紧密结合，旨在为过程控制工程师、系统分析师以及从事工业自动化研究的科研人员提供一本兼具深度与广度的参考书。 --- 第一部分：复杂系统建模基础与理论 第一章 复杂系统的特性与建模方法概述 本章首先界定了复杂系统的概念，阐述了在化工、能源、制药等领域中系统复杂性的主要来源，包括非线性和时变性、参数的不确定性以及外部干扰的影响。重点回顾了经典控制理论的局限性，并引入了系统识别、机理建模与混合建模的框架。详细讨论了状态空间表示法在描述高阶系统动力学中的优势，并对比了经典传递函数模型的适用范围。 第二章 非线性系统辨识与参数估计 针对实际系统中普遍存在的非线性关系，本章深入探讨了非线性系统辨识的技术。内容涵盖了基于核方法的辨识、神经网络辨识（如NARX模型）以及高维函数逼近技术。重点介绍了如何利用最小二乘、最大似然估计等方法，在噪声环境下准确估计模型参数。此外，还讨论了模型结构选择的原则以及模型验证的统计学方法，确保所建模型的工程实用性。 第三章 描述函数法与相平面分析在稳定性研究中的应用 本章侧重于对低阶（二阶及以下）非线性系统的定性分析工具。详细讲解了描述函数法，用于分析系统的极限环振荡及其幅度与频率。相平面分析则通过绘制轨迹，直观地展示了系统的瞬态响应特性、平衡点性质以及系统可能出现的混沌行为。对于更高阶系统，本章简要介绍了李雅普诺夫（Lyapunov）稳定性判据的构造方法，为后续的控制器设计奠定理论基础。 第四章 时滞系统的建模与分析 时间延迟是影响过程控制性能的关键因素之一。本章专门探讨了具有时间延迟的系统的建模方法，如带有纯滞后的传递函数模型。着重分析了延迟对系统稳定性的影响，引入了利用锁步（Sheppard-Talbot）积分近似延迟系统的Pade近似方法，并讨论了利用谱分析法确定临界延迟的边界。 --- 第二部分：先进控制策略与优化设计 第五章 模型预测控制（MPC）的原理与实施 模型预测控制是解决多变量、约束优化问题的核心技术。本章详细介绍了MPC的基本框架，包括模型预测、滚动优化和控制律的实现。深入讲解了在线二次规划（QP）问题的求解器选择，以及如何处理输入和输出约束。特别关注了具有约束的线性模型预测控制（LMPC）和非线性模型预测控制（NMPC）的设计流程和计算效率问题。 第六章 鲁棒控制理论与H∞控制器设计 针对模型不确定性和外部扰动，本章介绍了鲁棒控制的设计思想。着重讲解了$ ext{H}_{infty}$控制器的设计过程，通过构建加权函数和求解三角不等式，将控制性能指标（如抑制扰动）转化为标准的线性矩阵不等式（LMI）问题，从而保证系统在一定模型误差范围内仍能保持稳定性和性能。 第七章 自适应控制系统设计 本章关注系统参数随时间变化的场合，如催化剂活性衰减或换热器结垢等。详细介绍了基于模型的自适应控制（如参数自整定控制）和无模型的自适应控制（如Smith预估器结合PID自整定）。重点分析了自适应系统的收敛性和稳定性，特别是在参数辨识误差存在时的鲁棒性问题。 第八章 智能优化算法在过程优化中的应用 本章探讨了如何利用现代优化算法来求解复杂系统的全局最优操作点。内容涵盖了遗传算法（GA）、粒子群优化（PSO）以及模拟退火（SA）等进化算法。详细阐述了适应度函数的设计、参数的设定以及这些算法在多目标优化问题（如成本最小化与排放控制）中的应用案例和收敛性分析。 --- 第三部分：故障诊断与系统集成 第九章 基于观测器的状态估计与故障检测 精确的状态估计是实现有效控制和故障诊断的前提。本章系统介绍了卡尔曼滤波（KF）及其扩展形式（EKF、UKF）在线估计系统状态的方法。在此基础上，引入了基于残差的故障检测技术，包括设计专门的故障检测滤波器（如等效控制输入法），并利用统计检验（如CUSUM和EWMA）来判断故障的发生和定位。 第十章 故障诊断与容错控制集成 本章是全书的综合应用部分。重点在于如何将故障诊断信息无缝集成到控制系统中，形成容错控制（FTC）策略。讨论了基于模型的切换控制策略，即在检测到特定故障时，系统自动切换到预先设计的备用控制器。最后，通过一个包含传感器故障和执行器故障的综合案例，演示了从系统建模到故障诊断与容错控制的完整工程流程。 --- 适用对象 本书适合于从事过程控制、自动化工程、化学工程、生物工程及航空航天等领域的高年级本科生、研究生，以及致力于提升工业过程控制水平的工程师和技术人员。 读者评价（摘录） “本书对先进控制理论的讲解非常深入，特别是关于NMPC的实施细节和H∞设计的LMI求解过程，提供了清晰的步骤，对于实际工程项目极具指导意义。” — 王教授，某知名高校自动化学院。 “系统辨识部分对处理强噪声数据的策略描述详尽，其结合实际案例的分析，帮助我更好地理解了从数据到模型转化的挑战与技巧。” — 李工程师，大型石化企业。

评分☆☆☆☆☆

说实话，选择这本书，很大程度上是被“故障诊断”这几个字吸引的。在实际的发酵生产线上，最让人头疼的莫过于那些突发的、难以追踪的“黑箱”问题——pH值突然失控、产物积累异常、或者菌种活力下降。教科书通常会教你如何“做好”过程，但很少会系统地告诉我们如何去“发现并修复”已经“变坏”的过程。我非常好奇，这三位作者是如何将前沿的信号处理技术、多元统计分析（比如主成分分析PCA或者偏最小二乘PLS）应用到生物过程监控中的。他们是否构建了有效的残差分析模型，能够提前预警潜在的污染或设备故障？我更希望看到实际案例的剖析，哪怕是模拟数据，也要能展示出诊断流程的清晰逻辑链条：从监测数据波动到确定故障源头，再到推荐的干预措施。如果这本书能提供一套结构化的、可执行的故障排除框架，对于任何一个在一线奋战的工程师来说，其价值将是不可估量的，它代表着将理论知识转化为稳定生产力的桥梁。

评分☆☆☆☆☆

对于我们这类长期在实验室和中试车间摸爬滚打的人来说，选择技术书籍的标准往往非常务实：它是否能直接提升我的工作效率？我希望这本书在“建模”的部分，不仅仅是介绍经典的Monod模型或Luedeking-Piret模型，而是能更进一步，探讨如何处理非稳态过程、如何将不同尺度的模型（从分子层面到反应器层面）进行有效集成。我特别关注模型的可验证性和鲁棒性。一个好的模型，必须能够在不同的菌种、不同的培养基配方下，展现出可靠的预测能力，而不是仅仅在作者自己的特定实验条件下完美拟合。我希望看到详尽的参数估计方法介绍，包括如何利用实验设计来高效地获取关键动力学参数。如果书中能提供一套完整的建模流程图，从数据采集、模型选择、参数辨识到模型验证，分步骤指导读者完成一个复杂发酵系统的建模任务，那这本书的实用价值就达到了顶峰。

评分☆☆☆☆☆

我购买这本书的初衷，是希望找到一本能够引领我从“经验操作”向“智能控制”过渡的工具书。在工业4.0的背景下，发酵过程的未来必然是高度自动化和智能化的。因此，我对“优化”和“故障诊断”部分的要求，已经超越了传统的PID控制和简单的反馈调节。我期待书中能讨论如何引入先进的过程分析技术（PAT）的数据流，并与实时优化算法相结合，形成一个闭环的智能决策系统。例如，如何利用在线光谱数据（如近红外、拉曼）作为模型的实时输入，动态调整补料速率以规避代谢“死区”。如果书中能够前瞻性地探讨如何将机器学习或强化学习的方法引入到优化策略的制定中，即使只是作为概念性的介绍，也足以体现其前沿性和指导性。这本书如果能成为连接传统生化工程与现代智能制造的桥梁，那它就绝对值得收藏和反复研读。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版单位是“科学出版社”，这本身就给它镀上了一层学术的光环，意味着内容质量有保障，通常不会是那种东拼西凑的速成读物。因此，我期待它在理论深度上能达到研究生教材的水准，但在表达方式上又能兼顾工程读者的需求，避免过度冗余的数学推导而让人望而却步。我非常看重不同作者间的知识互补性——高学金、齐咏生、王普他们各自的专长想必在书中有很好的体现。例如，也许一位侧重于反应动力学，另一位侧重于过程控制和优化，还有一位可能在故障诊断的统计学方法上有所建树。这种跨领域的知识融合，才能构建出完整、立体的发酵过程理解体系。我希望能看到他们如何巧妙地将最新的计算流体力学（CFD）思想融入到混合和传热建模中，以解决大型反应器中存在的空间异质性问题，这是传统集中式参数模型难以覆盖的盲点。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字听起来就充满了理工科的严谨气息，《生物发酵过程的建模、优化与故障诊断》——光是这标题，就能让人联想到无数复杂的数学公式和精密的实验数据。我最近正好在研究一些生物工程相关的课题，手头上总觉得缺少一本能将理论深度和实际应用紧密结合的宝典。我期待的绝不是那种泛泛而谈、停留在教科书表层的内容，而是那种能深入到发酵罐内部，揭示微生物生长动力学、代谢途径如何被量化描述的硬核知识。我希望看到作者们，特别是高学金、齐咏生、王普这几位专家，是如何将那些抽象的生物学现象，通过严谨的数学模型（比如批次、补料、连续发酵的模型构建）转化为可操作、可预测的工程工具。更重要的是，在优化部分，我期望看到他们如何在复杂的多变量耦合环境中，利用先进的优化算法（如遗传算法、响应面法，或者更现代的深度学习方法）来指导工艺参数的选取，真正实现产率和效率的最大化。这本书如果能做到这一点，那它绝不仅仅是一本参考书，更是一把打开高效生物制造大门的金钥匙。