过程控制实验教程(配光盘)(全国高等学校自动化专业系列教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李国勇 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302232438

商品编码：29727764106

基本信息

书名：过程控制实验教程(配光盘)(全国高等学校自动化专业系列教材)

定价：29.50元

作者：李国勇

出版社：清华大学出版社

出版日期：

ISBN：9787302232438

字数：

页码：

版次：1

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开本：

商品重量：0.540kg

编辑推荐

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本教材是一本实践性很强的实验教程，其内容紧密结合“过程控制系统”课程，同时也兼顾“过程控制实验教程”作为一门独立实验课程在知识上的独立性和完整性。其具有如下特点：
　　1．在内容安排上遵循由简到难、由书本到实际、由认识到综合，循序渐进的原则，以提高学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力为目的。
　　2．实验单元具有多种类、多类型，结构编排上便于教师与学生取舍，以适应不同教学学时变化的需要。
　　3．兼顾各类学校的实验条件，针对目前各高校实验设备参差不齐的状况，对于每一类型实验均提出了三种实验方案，以便不同学校根据自身条件进行选择。
　　4．全书以实验为单元，各单元具有的连续性，同时又保持相对的独立性，以便不同的学校根据课时与实验设备选用。
　　5．本教材每章后还配有与分析、综合、实践相关的思考题，对锻炼学生全面认识和解决问题的能力具有的帮助。

内容提要

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本教材内容紧密结合“过程控制系统”课程，同时作为一门独立实验课程在知识体系上也具备独立性和完整性。本书在实验环节设计上，分为基础型、验证型、综合型和设计型4种类型；在实验方法上，对每一类型实验均提出了3种实验方案，以便不同学校根据自身实验条件进行选择；在内容安排上，由简到难、循序渐进，兼顾各类学校的实验条件，以提高学生的动手能力以及分析问题和解决问题的能力为目的；在结构编排上，以实验为单元，各单元具有的连续性，同时又保持相对的独立性，以便不同的学校根据课时与实验设备选用。
　　本书可作为高等学校自动化专业本科生、非自动化专业研究生的实验教材，也可供从事相关专业的科技人员参考。

目录

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章　概述　
　1.1　过程控制实验装置　
　　1.1.1　被控对象　
　　1.1.2　操作台　
　　1.1.3　上位机　
　1.2　dcs控制系统　
　　1.2.1　dcs系统硬件　
　　1.2.2　dcs系统软件　
　1.3　仿真软件　
　　1.3.1　matlab简介　
　　1.3.2　simulink简介　
　1.4　基于组态软件和opc技术的数字仿真　
　　1.4.1　组态软件简介　
　　1.4.2　opc技术简介　
　　1.4.3　仿真实验原理　
　　1.4.4　仿真实验步骤　
　练习题　
第2章　基础实验　
　2.1　实验一：控制仪表调试　
　2.2　实验二：电动调节阀特性测试　
　2.3　实验三：交流变频调速装置的调试　
　2.4　实验四：锅炉进水流量定值调节仪表系统调试　
　2.5　实验五：并联管路压力定值调节仪表系统调试　
　2.6　实验六：锅炉液位定值调节仪表系统调试　
　2.7　实验七：dcs系统组态设计　
　2.8　实验八：基于opc接口技术的组态设计　
　2.9　实验九：基于组态软件和opc技术的调节阀特性测试　
　练习题　
第3章　被控对象数学模型的测试　
　3.1　基本知识　
　　3.1.1　被控过程传递函数的一般形式　
　　3.1.2　建立过程数学模型的基本方法　
　3.2　物理仿真实验　
　　3.2.1　实验一：自衡单容对象的数学模型测试　
　　3.2.2　实验二：自衡双容对象的数学模型测试　
　　3.2.3　实验三：非自衡单容对象的数学模型测试　
　　3.2.4　实验四：非线性对象的数学模型测试　
　3.3　基于matlab的数字仿真实验　
　　3.3.1　实验一：利用matlab根据作图法建立一阶系统数学模型　
　　3.3.2　实验二：利用matlab根据计算法建立一阶系统数学模型　
　　3.3.3　实验三：利用matlab根据计算法建立二阶系统数学模型　
　3.4　基于组态软件和opc技术的数字仿真实验　
　　3.4.1　实验一：双容对象的数学建模和模型测试　
　　3.4.2　实验二：电加挚水箱对象的数学建模和模型测试　
　练习题　
第4章　简单控制系统实验　
　4.1　基本知识　
　　4.1.1　简单控制系统的设计　
　　4.1.2　简单控制系统的参数整定　
　　4.1.3　简单控制系统的投运　
　4.2　物理仿真实验　
　　4.2.1　实验一：单回路液位控制系统的实验　
　　4.2.2　实验二：单回路流量控制系统的实验　
　　4.2.3　实验三：单回路压力控制系统的实验　
　　4.2.4　实验四：单回路温度控制系统的实验　
　4.3　基于matlab的数字仿真实验　
　　4.3.1　实验一：利用matlab根据动态特性参数法对控制器参数整定　
　　4.3.2　实验二：利用matlab根据稳定边界法对控制器参数整定　
　　4.3.3　实验三：利用simulink对pid控制器参数自整定　
　4.4　基于组态软件和opc技术的数字仿真实验　
　　4.4.1　实验一：单回路液位控制系统实验　
　　4.4.2　实验二：单回路电加热水箱温度控制系统实验　
　　4.4.3　实验三：单回路双容水箱液位控制系统实验　
　练习题　
第5章　复杂控制系统实验　
　5.1　基本知识　
　　5.1.1　串级控制系统　
　　5.1.2　前馈.控制系统　
　　5.1.3　大迟延控制系统　
　　5.1.4　比值控制系统　
　　5.1.5　选择性控制系统　
　　5.1.6　解耦控制系统　
　5.2　物理仿真实验　
　　5.2.1　实验一：串级控制系统的实验　
　　5.2.2　实验二：前馈—反馈控制系统的实验　
　　5.2.3　实验三：比值控制系统的实验　
　　5.2.4　实验四：解耦控制系统的设计　
　5.3　基于matlab的数字仿真实验　
　　5.3.1　实验一：利用matlab／simulink对串级控制系统进行仿真　
　　5.3.2　实验二：利用matlab对前馈—反馈控制系统进行仿真　
　　5.3.3　实验三：利用matlab对大时延补偿控制系统进行仿真　
　　5.3.4　实验四：利用matlab对单闭环比值控制系统进行仿真　
　　5.3.5　实验五：利用matlab对双闭环比值控制系统进行仿真　
　　5.3.6　实验六：利用matlab对选择性控制系统进行仿真　
　　5.3.7　实验七：利用matlab对多变量系统进行前馈解耦的仿真　
　　5.3.8　实验八：利用matlab对多变量系统进行对角阵解耦的仿真　
　5.4　基于组态软件和opc技术的数字仿真实验　
　　5.4.1　实验一：电加热水箱温度与流量前馈—反馈控制实验　
　　5.4.2　实验二：双容水箱液位串级控制系统实验　
　　5.4.3　实验三：双闭环流量比值控制系统实验　
　练习题　
第6章　综合型实验　
　6.1　锅炉给水对象的特点和分析　
　6.2　锅炉给水控制系统的设计　
　　6.2.1　确定控制目标　
　　6.2.2　确定控制方案　
　　6.2.3　主副调节器的选型　
　　6.2.4　实验模型的构造　
　　6.2.5　给水控制系统的整定和投运　
　6.3　锅炉汽包给水系统的仿真实验研究　
　　6.3.1　物理仿真实验　
　　6.3.2　基于matlab的数字仿真实验　
　　6.3.3　基于opc接口技术和组态软件的仿真实验　
　练习题　
第7章　设计型实验　
　7.1　广义被控对象的测试　
　　7.1.1　调节阀流量特性测试实验　
　　7.1.2　单容(一阶)对象的数学模型的测试实验　
　　7.1.3　双容及三容对象的数学模型的测试实验　
　7.2　简单控制系统的设计　
　　7.2.1　流量控制系统　
　　7.2.2　压力控制系统　
　　7.2.3　液位控制系统　
　　7.2.4　温度控制系统　
　7.3　复杂控制系统的设计　
　　7.3.1　串级控制系统　
　　7.3.2　前馈控制系统　
　　7.3.3　比值控制系统　
　　7.3.4　均匀控制系统　
　　7.3.5　解耦控制系统　
　练习题　
参考文献　

作者介绍

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文摘

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序言

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《现代工业自动化系统设计与实践》 内容简介： 本书是一部深入探讨现代工业自动化系统设计、实施与优化的综合性著作。在当今科技飞速发展的时代，工业自动化已成为提升生产效率、保证产品质量、降低运营成本的关键驱动力。本书紧密围绕这一核心，从理论基础到工程实践，力求为读者提供一个系统、全面且具有前瞻性的知识体系。 第一篇 自动化系统基础理论与技术 本篇旨在为读者构建坚实的自动化理论基础，涵盖了从基本概念到核心技术的全方位介绍。 第一章 工业自动化的发展历程与趋势： 回顾工业自动化从早期机械化、电气化到当前信息化、智能化的演进脉络，深入分析大数据、人工智能、物联网等新兴技术如何重塑工业自动化格局。探讨工业4.0、智能制造等前沿理念，展望自动化技术在未来工业生产中的应用前景，如柔性生产、个性化定制、预测性维护等。 第二章 自动控制系统基本原理： 详细阐述反馈控制、开环控制、闭环控制的概念与原理，重点介绍PID（比例-积分-微分）控制算法的数学模型、工作机制、参数整定方法（如Ziegler-Nichols法、临界比例法）及其在实际系统中的应用。讲解线性系统与非线性系统的特性，以及它们在控制策略设计中的区别与联系。 第三章 传感器技术与信号处理： 深入介绍工业现场常用的传感器类型，包括温度、压力、流量、液位、位移、力、速度、光电、接近、超声波等传感器的技术原理、性能指标（精度、稳定性、响应时间）及选型依据。讲解信号的采集、调理（放大、滤波、隔离）、数字化（A/D转换）过程，以及常见的信号处理技术，如数字滤波、傅里叶变换等，为后续数据分析与决策提供支持。 第四章 执行机构与驱动技术： 详述工业自动化系统中各种执行机构的功能与工作原理，如电机（直流电机、交流电机、步进电机、伺服电机）、气动元件（气缸、气阀）、液压元件（液压缸、液压泵、液压马达）。重点介绍各种驱动技术，包括变频器、伺服驱动器、步进电机驱动器等，讲解其控制原理、参数配置与应用场景。 第五章 PLC（可编程逻辑控制器）系统： 深入剖析PLC在现代工业自动化中的核心地位。讲解PLC的硬件组成（CPU模块、输入/输出模块、电源模块、通信模块）、软件开发环境（梯形图、指令表、结构化文本、功能块图等编程语言）以及指令系统。通过大量实际案例，演示PLC在顺序控制、定时控制、计数控制、模拟量控制、运动控制等方面的应用。重点介绍PLC的通信功能（如Modbus、Profinet、EtherNet/IP）及其在构建分布式控制系统中的作用。 第六章 DCS（分布式控制系统）与SCADA（数据采集与监控系统）： 阐述DCS与SCADA系统的架构、功能和特点。讲解DCS在大型连续过程控制中的优势，如分散控制、集中监控、集成管理。介绍SCADA系统的组成（RTU/PLC、通信网络、中央监控站）及其在石油、电力、水务等行业的广泛应用。分析DCS与SCADA系统在集成化、信息可视化、远程监控等方面的实现方式。 第七章 工业通信网络： 聚焦工业现场总线的关键技术。详细介绍现场总线（如Profibus、DeviceNet、CANopen）和工业以太网（如Profinet、EtherNet/IP、Modbus TCP/IP）的通信协议、拓扑结构、性能特点及其在不同应用场景下的选型依据。讲解工业网络在实现设备互联互通、数据实时传输、系统集成方面的关键作用。 第二篇 工业自动化系统设计与集成 本篇将理论知识应用于实际工程，重点讲解自动化系统的设计流程、关键环节与集成技术。 第八章 自动化系统需求分析与方案设计： 指导读者如何进行深入的现场调研与需求分析，明确自动化系统的功能要求、性能指标、安全规范、投资预算等。讲解如何基于需求分析，进行系统架构设计、技术路线选择、设备选型，并编制详细的系统设计方案。 第九章 控制策略与算法设计： 针对不同类型的工业过程，介绍高级控制策略的设计方法，如模糊控制、神经网络控制、自适应控制、预测控制等。讲解这些先进控制算法在提高系统性能、应对复杂非线性过程方面的优势。 第十章 人机界面（HMI）与可视化监控： 深入探讨HMI的设计原则与开发技术。讲解如何利用组态软件（如组态王、Intouch、WinCC）设计直观、易用的操作界面，实现对生产过程的实时监控、参数调整、报警显示、报表生成。重点关注信息展示的逻辑性、交互的便捷性与视觉的友好性。 第十一章 工业自动化系统集成与实施： 详细阐述自动化系统的集成过程，包括硬件连接、软件配置、网络调试、功能测试等各个环节。讲解项目管理的关键要素，如进度控制、质量管理、风险评估、现场安装与调试。 第十二章 自动化系统运行维护与故障诊断： 介绍自动化系统的日常运行管理、性能监控与维护规程。重点讲解常见的系统故障类型（如传感器故障、执行机构故障、PLC程序错误、通信中断等），以及系统化的故障诊断方法与排除技巧，包括利用诊断工具、分析日志文件、模拟测试等。 第三篇 工业自动化应用与前沿技术 本篇将重点介绍自动化技术在各行业的具体应用，并探讨未来发展方向。 第十三章 离散制造自动化应用： 聚焦汽车制造、电子电器、机械加工等离散制造行业。详细介绍机器人技术（工业机器人、协作机器人）在装配、焊接、搬运、检测等方面的应用。讲解自动化生产线的设计与优化，如柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）。 第十四章 连续过程自动化应用： 深入分析在石油化工、冶金、电力、制药、食品等连续过程行业的自动化应用。重点讲解DCS/SCADA系统在大型复杂过程控制中的作用，如原料配比、反应温度控制、产品质量监控。 第十五章 智能制造与工业物联网（IIoT）： 探讨智能制造的核心概念与关键技术。讲解工业物联网（IIoT）如何通过传感器、网络和数据分析，实现设备间的互联互通、生产过程的智能化感知与优化。介绍大数据分析、云计算、边缘计算在工业生产中的应用。 第十六章 人工智能在工业自动化中的应用： 深入分析人工智能（AI）技术，如机器学习、深度学习、计算机视觉等，在工业自动化领域的潜在应用。例如，利用AI进行产品质量的智能检测、生产过程的优化预测、设备故障的智能诊断与预警。 第十七章 工业安全与网络安全： 强调工业自动化系统中的安全问题，包括功能安全（如安全继电器、安全PLC的应用）与网络安全（如防止网络攻击、数据泄露）。讲解如何建立有效的安全策略与防护措施，保障生产过程的安全与稳定运行。 本书内容丰富，理论联系实际，案例翔实，旨在为从事工业自动化设计、开发、实施、维护的工程师，以及自动化专业的学生提供一本高价值的学习与参考用书。通过对本书的学习，读者将能够掌握现代工业自动化系统的设计理念、技术方法与工程实践，为推动工业现代化进程贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

从一个资深工程师的视角来看待这本《过程控制实验教程》，我关注的重点更多在于其知识体系的完整性以及对行业规范的遵循程度。这套教材（作为全国高等学校自动化专业系列教材的一部分）显然是遵循了国家教学大纲的要求来编写的，其内容覆盖面广，理论深度适中，旨在培养“能上手干活”的应用型人才。书中的数学推导部分处理得相当干净利落，没有为了炫技而引入过于复杂的泛函分析工具，而是聚焦于在工业界最常用、最有效的拉普拉斯变换和Z变换工具。特别是在状态空间法的介绍部分，作者通过一个简单的二阶系统实例，将理论与实际的系统建模紧密结合起来，使得抽象的概念一下子具象化了。然而，作为一个经常与工业控制系统（ICS）打交道的专业人士，我强烈期待能在书中看到更多关于工业现场总线（如Profibus或EtherCAT）的集成实验案例，或者至少是与主流SCADA系统对接的接口描述。目前的内容似乎更偏向于实验室环境下的“板卡级”控制，对于宏观的、跨系统的集成调试经验分享略显不足。它更像是优秀的基础训练手册，而非面向复杂集成项目的进阶参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当朴实，采用了经典的蓝白配色，给人一种专业而严谨的感觉。初次翻阅时，我最直观的感受是其内容的详尽和条理清晰。尽管我不是自动化专业的科班出身，但翻阅目录时，那些关于PID控制、模糊控制以及各种反馈回路的章节标题，让我对这门学科的复杂性有了初步的认识。书中的理论阐述部分，作者显然花费了大量心思去构建一个循序渐进的学习路径，从最基础的信号处理讲起，逐步过渡到复杂的系统辨识，这种由浅入深的编排方式，对于初学者来说无疑是一大福音。更重要的是，随书附带的光盘资源，对于理解那些抽象的数学模型和动态过程至关重要，我尝试运行了其中的几个仿真案例，那种直观的视觉反馈，远胜于单纯的文字描述。光盘里的案例代码结构清晰，注释详尽，为我后续自行搭建实验环境提供了极大的便利。不过，对于一些非常前沿的自适应控制或模型预测控制的内容，这本书的覆盖深度略显保守，更像是为打下坚实基础而准备的教科书，而非面向尖端研究的工具书。总而言之，它像一位经验丰富的老教授，耐心地为你铺设通往控制理论殿堂的第一块基石，扎实，可靠，但可能缺少那么一丝令人惊艳的“创新火花”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和装帧质量给我留下了深刻的印象。虽然我是在意内容胜过形式的人，但一本厚重的专业教材如果阅读体验不佳，确实会极大地影响学习的积极性。这本教程在字体选择上非常考究，正文字体清晰，公式符号的区分度极高，即便是那些复杂的矩阵和希腊字母，看起来也不会混淆。页边距的留白也处理得当，方便我们在阅读过程中做笔记和批注，这对于需要反复查阅的实验手册来说至关重要。纸张的质量也属上乘，拿在手里有分量感，不易反光，长时间阅读下来眼睛的疲劳度相对较低。更值得称赞的是，书中的所有图表，无论是系统结构图、波特图还是时域响应曲线，都采用了高分辨率的矢量图形，细节锐利，线条平滑，这在很多同类教材中是难以企及的。唯一的“瑕疵”可能在于其厚度——它确实不轻，带着它去实验室需要一个结实的背包。但话说回来，能把这么多核心内容浓缩在一本书里，还能保持如此高的印刷质量，也体现了出版社的专业水准。这本书拿在手上，首先就能感受到一种“价值感”。

评分☆☆☆☆☆

我尝试从一个希望自学过程控制的学生角度来评估这本书的辅助资源。随书附带的光盘，我评估了其价值远超许多独立出售的配套资料。光盘中不仅包含了实验指导书的电子版（方便检索和打印），更重要的是那些配套的MATLAB/Simulink模型文件。这些模型文件结构清晰，遵循了模块化的设计思想，这意味着我不仅可以运行已有的实验，还能在此基础上修改参数或替换被控对象模型，进行“二次开发”式的学习。例如，书中关于“非线性系统控制”的实验部分，其自带的软件工具包提供了一个可调节的死区环节，使得学生可以亲手观察系统刚度对控制性能的影响，这种动态交互的深度学习体验是传统纸质书本无法提供的。不过，对于那些对编程环境不太熟悉的新手来说，光盘中的软件环境搭建步骤可能需要更细致的图文并茂的指导。虽然有说明文档，但如果能增加几个关于如何安装和配置特定控制工具箱的视频片段，那无疑会让这套教程的“入门友好度”再上一个台阶。总的来说，光盘是这本书的“灵魂配件”，极大地增强了其实践指导能力。

评分☆☆☆☆☆

当我拿到这本教材时，我的主要目的是想找一本能结合实际操作的参考书，因为纯理论的学习总是让人感觉空中楼阁。这本书在这方面确实没有让我失望，它的大部分篇幅都聚焦于“如何做”而不是仅仅“是什么”。实验环节的描述极其详尽，从实验仪器的选型、硬件连接的注意事项，到软件界面的操作步骤，无一不写得细致入微，简直就是一份“傻瓜式”的实验指南。我特别欣赏作者在每个实验目标后面都附带的“难点分析与排错建议”，这部分内容简直是救命稻草，因为在实际操作中，90%的时间都花在了解决各种莫名其妙的报错和信号漂移上。例如，在进行一个典型的反馈回路搭建时，书中特别提醒了传感器漂移的问题，并给出了校准的经验公式。这种源于一线实践的经验总结，是任何纯理论著作都无法比拟的宝贵财富。唯一让我感觉美中不足的是，部分涉及老旧仪器的操作流程描述，在如今大部分实验室都升级了新一代数字控制器的背景下，显得略微脱节。尽管如此，理解其背后的控制原理依然是通用的，只是在界面交互上，读者可能需要自己做一些迁移和适应工作。这本书的实用性，毋庸置疑地达到了高分水平。