過程控製實驗教程(配光盤)(全國高等學校自動化專業係列教材) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李國勇 著

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• 工業自動化
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齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302232438

商品編碼：29727764106

基本信息

書名：過程控製實驗教程(配光盤)(全國高等學校自動化專業係列教材)

定價：29.50元

作者：李國勇

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：

ISBN：9787302232438

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版次：1

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編輯推薦

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本教材是一本實踐性很強的實驗教程，其內容緊密結閤“過程控製係統”課程，同時也兼顧“過程控製實驗教程”作為一門獨立實驗課程在知識上的獨立性和完整性。其具有如下特點：
　　1．在內容安排上遵循由簡到難、由書本到實際、由認識到綜閤，循序漸進的原則，以提高學生的動手能力、分析問題和解決問題的能力為目的。
　　2．實驗單元具有多種類、多類型，結構編排上便於教師與學生取捨，以適應不同教學學時變化的需要。
　　3．兼顧各類學校的實驗條件，針對目前各高校實驗設備參差不齊的狀況，對於每一類型實驗均提齣瞭三種實驗方案，以便不同學校根據自身條件進行選擇。
　　4．全書以實驗為單元，各單元具有的連續性，同時又保持相對的獨立性，以便不同的學校根據課時與實驗設備選用。
　　5．本教材每章後還配有與分析、綜閤、實踐相關的思考題，對鍛煉學生全麵認識和解決問題的能力具有的幫助。

內容提要

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本教材內容緊密結閤“過程控製係統”課程，同時作為一門獨立實驗課程在知識體係上也具備獨立性和完整性。本書在實驗環節設計上，分為基礎型、驗證型、綜閤型和設計型4種類型；在實驗方法上，對每一類型實驗均提齣瞭3種實驗方案，以便不同學校根據自身實驗條件進行選擇；在內容安排上，由簡到難、循序漸進，兼顧各類學校的實驗條件，以提高學生的動手能力以及分析問題和解決問題的能力為目的；在結構編排上，以實驗為單元，各單元具有的連續性，同時又保持相對的獨立性，以便不同的學校根據課時與實驗設備選用。
　　本書可作為高等學校自動化專業本科生、非自動化專業研究生的實驗教材，也可供從事相關專業的科技人員參考。

目錄

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章　概述　
　1.1　過程控製實驗裝置　
　　1.1.1　被控對象　
　　1.1.2　操作颱　
　　1.1.3　上位機　
　1.2　dcs控製係統　
　　1.2.1　dcs係統硬件　
　　1.2.2　dcs係統軟件　
　1.3　仿真軟件　
　　1.3.1　matlab簡介　
　　1.3.2　simulink簡介　
　1.4　基於組態軟件和opc技術的數字仿真　
　　1.4.1　組態軟件簡介　
　　1.4.2　opc技術簡介　
　　1.4.3　仿真實驗原理　
　　1.4.4　仿真實驗步驟　
　練習題　
第2章　基礎實驗　
　2.1　實驗一：控製儀錶調試　
　2.2　實驗二：電動調節閥特性測試　
　2.3　實驗三：交流變頻調速裝置的調試　
　2.4　實驗四：鍋爐進水流量定值調節儀錶係統調試　
　2.5　實驗五：並聯管路壓力定值調節儀錶係統調試　
　2.6　實驗六：鍋爐液位定值調節儀錶係統調試　
　2.7　實驗七：dcs係統組態設計　
　2.8　實驗八：基於opc接口技術的組態設計　
　2.9　實驗九：基於組態軟件和opc技術的調節閥特性測試　
　練習題　
第3章　被控對象數學模型的測試　
　3.1　基本知識　
　　3.1.1　被控過程傳遞函數的一般形式　
　　3.1.2　建立過程數學模型的基本方法　
　3.2　物理仿真實驗　
　　3.2.1　實驗一：自衡單容對象的數學模型測試　
　　3.2.2　實驗二：自衡雙容對象的數學模型測試　
　　3.2.3　實驗三：非自衡單容對象的數學模型測試　
　　3.2.4　實驗四：非綫性對象的數學模型測試　
　3.3　基於matlab的數字仿真實驗　
　　3.3.1　實驗一：利用matlab根據作圖法建立一階係統數學模型　
　　3.3.2　實驗二：利用matlab根據計算法建立一階係統數學模型　
　　3.3.3　實驗三：利用matlab根據計算法建立二階係統數學模型　
　3.4　基於組態軟件和opc技術的數字仿真實驗　
　　3.4.1　實驗一：雙容對象的數學建模和模型測試　
　　3.4.2　實驗二：電加摯水箱對象的數學建模和模型測試　
　練習題　
第4章　簡單控製係統實驗　
　4.1　基本知識　
　　4.1.1　簡單控製係統的設計　
　　4.1.2　簡單控製係統的參數整定　
　　4.1.3　簡單控製係統的投運　
　4.2　物理仿真實驗　
　　4.2.1　實驗一：單迴路液位控製係統的實驗　
　　4.2.2　實驗二：單迴路流量控製係統的實驗　
　　4.2.3　實驗三：單迴路壓力控製係統的實驗　
　　4.2.4　實驗四：單迴路溫度控製係統的實驗　
　4.3　基於matlab的數字仿真實驗　
　　4.3.1　實驗一：利用matlab根據動態特性參數法對控製器參數整定　
　　4.3.2　實驗二：利用matlab根據穩定邊界法對控製器參數整定　
　　4.3.3　實驗三：利用simulink對pid控製器參數自整定　
　4.4　基於組態軟件和opc技術的數字仿真實驗　
　　4.4.1　實驗一：單迴路液位控製係統實驗　
　　4.4.2　實驗二：單迴路電加熱水箱溫度控製係統實驗　
　　4.4.3　實驗三：單迴路雙容水箱液位控製係統實驗　
　練習題　
第5章　復雜控製係統實驗　
　5.1　基本知識　
　　5.1.1　串級控製係統　
　　5.1.2　前饋.控製係統　
　　5.1.3　大遲延控製係統　
　　5.1.4　比值控製係統　
　　5.1.5　選擇性控製係統　
　　5.1.6　解耦控製係統　
　5.2　物理仿真實驗　
　　5.2.1　實驗一：串級控製係統的實驗　
　　5.2.2　實驗二：前饋—反饋控製係統的實驗　
　　5.2.3　實驗三：比值控製係統的實驗　
　　5.2.4　實驗四：解耦控製係統的設計　
　5.3　基於matlab的數字仿真實驗　
　　5.3.1　實驗一：利用matlab／simulink對串級控製係統進行仿真　
　　5.3.2　實驗二：利用matlab對前饋—反饋控製係統進行仿真　
　　5.3.3　實驗三：利用matlab對大時延補償控製係統進行仿真　
　　5.3.4　實驗四：利用matlab對單閉環比值控製係統進行仿真　
　　5.3.5　實驗五：利用matlab對雙閉環比值控製係統進行仿真　
　　5.3.6　實驗六：利用matlab對選擇性控製係統進行仿真　
　　5.3.7　實驗七：利用matlab對多變量係統進行前饋解耦的仿真　
　　5.3.8　實驗八：利用matlab對多變量係統進行對角陣解耦的仿真　
　5.4　基於組態軟件和opc技術的數字仿真實驗　
　　5.4.1　實驗一：電加熱水箱溫度與流量前饋—反饋控製實驗　
　　5.4.2　實驗二：雙容水箱液位串級控製係統實驗　
　　5.4.3　實驗三：雙閉環流量比值控製係統實驗　
　練習題　
第6章　綜閤型實驗　
　6.1　鍋爐給水對象的特點和分析　
　6.2　鍋爐給水控製係統的設計　
　　6.2.1　確定控製目標　
　　6.2.2　確定控製方案　
　　6.2.3　主副調節器的選型　
　　6.2.4　實驗模型的構造　
　　6.2.5　給水控製係統的整定和投運　
　6.3　鍋爐汽包給水係統的仿真實驗研究　
　　6.3.1　物理仿真實驗　
　　6.3.2　基於matlab的數字仿真實驗　
　　6.3.3　基於opc接口技術和組態軟件的仿真實驗　
　練習題　
第7章　設計型實驗　
　7.1　廣義被控對象的測試　
　　7.1.1　調節閥流量特性測試實驗　
　　7.1.2　單容(一階)對象的數學模型的測試實驗　
　　7.1.3　雙容及三容對象的數學模型的測試實驗　
　7.2　簡單控製係統的設計　
　　7.2.1　流量控製係統　
　　7.2.2　壓力控製係統　
　　7.2.3　液位控製係統　
　　7.2.4　溫度控製係統　
　7.3　復雜控製係統的設計　
　　7.3.1　串級控製係統　
　　7.3.2　前饋控製係統　
　　7.3.3　比值控製係統　
　　7.3.4　均勻控製係統　
　　7.3.5　解耦控製係統　
　練習題　
參考文獻　

作者介紹

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文摘

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序言

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《現代工業自動化係統設計與實踐》 內容簡介： 本書是一部深入探討現代工業自動化係統設計、實施與優化的綜閤性著作。在當今科技飛速發展的時代，工業自動化已成為提升生産效率、保證産品質量、降低運營成本的關鍵驅動力。本書緊密圍繞這一核心，從理論基礎到工程實踐，力求為讀者提供一個係統、全麵且具有前瞻性的知識體係。 第一篇 自動化係統基礎理論與技術 本篇旨在為讀者構建堅實的自動化理論基礎，涵蓋瞭從基本概念到核心技術的全方位介紹。 第一章 工業自動化的發展曆程與趨勢： 迴顧工業自動化從早期機械化、電氣化到當前信息化、智能化的演進脈絡，深入分析大數據、人工智能、物聯網等新興技術如何重塑工業自動化格局。探討工業4.0、智能製造等前沿理念，展望自動化技術在未來工業生産中的應用前景，如柔性生産、個性化定製、預測性維護等。 第二章 自動控製係統基本原理： 詳細闡述反饋控製、開環控製、閉環控製的概念與原理，重點介紹PID（比例-積分-微分）控製算法的數學模型、工作機製、參數整定方法（如Ziegler-Nichols法、臨界比例法）及其在實際係統中的應用。講解綫性係統與非綫性係統的特性，以及它們在控製策略設計中的區彆與聯係。 第三章 傳感器技術與信號處理： 深入介紹工業現場常用的傳感器類型，包括溫度、壓力、流量、液位、位移、力、速度、光電、接近、超聲波等傳感器的技術原理、性能指標（精度、穩定性、響應時間）及選型依據。講解信號的采集、調理（放大、濾波、隔離）、數字化（A/D轉換）過程，以及常見的信號處理技術，如數字濾波、傅裏葉變換等，為後續數據分析與決策提供支持。 第四章 執行機構與驅動技術： 詳述工業自動化係統中各種執行機構的功能與工作原理，如電機（直流電機、交流電機、步進電機、伺服電機）、氣動元件（氣缸、氣閥）、液壓元件（液壓缸、液壓泵、液壓馬達）。重點介紹各種驅動技術，包括變頻器、伺服驅動器、步進電機驅動器等，講解其控製原理、參數配置與應用場景。 第五章 PLC（可編程邏輯控製器）係統： 深入剖析PLC在現代工業自動化中的核心地位。講解PLC的硬件組成（CPU模塊、輸入/輸齣模塊、電源模塊、通信模塊）、軟件開發環境（梯形圖、指令錶、結構化文本、功能塊圖等編程語言）以及指令係統。通過大量實際案例，演示PLC在順序控製、定時控製、計數控製、模擬量控製、運動控製等方麵的應用。重點介紹PLC的通信功能（如Modbus、Profinet、EtherNet/IP）及其在構建分布式控製係統中的作用。 第六章 DCS（分布式控製係統）與SCADA（數據采集與監控係統）： 闡述DCS與SCADA係統的架構、功能和特點。講解DCS在大型連續過程控製中的優勢，如分散控製、集中監控、集成管理。介紹SCADA係統的組成（RTU/PLC、通信網絡、中央監控站）及其在石油、電力、水務等行業的廣泛應用。分析DCS與SCADA係統在集成化、信息可視化、遠程監控等方麵的實現方式。 第七章 工業通信網絡： 聚焦工業現場總綫的關鍵技術。詳細介紹現場總綫（如Profibus、DeviceNet、CANopen）和工業以太網（如Profinet、EtherNet/IP、Modbus TCP/IP）的通信協議、拓撲結構、性能特點及其在不同應用場景下的選型依據。講解工業網絡在實現設備互聯互通、數據實時傳輸、係統集成方麵的關鍵作用。 第二篇 工業自動化係統設計與集成 本篇將理論知識應用於實際工程，重點講解自動化係統的設計流程、關鍵環節與集成技術。 第八章 自動化係統需求分析與方案設計： 指導讀者如何進行深入的現場調研與需求分析，明確自動化係統的功能要求、性能指標、安全規範、投資預算等。講解如何基於需求分析，進行係統架構設計、技術路綫選擇、設備選型，並編製詳細的係統設計方案。 第九章 控製策略與算法設計： 針對不同類型的工業過程，介紹高級控製策略的設計方法，如模糊控製、神經網絡控製、自適應控製、預測控製等。講解這些先進控製算法在提高係統性能、應對復雜非綫性過程方麵的優勢。 第十章 人機界麵（HMI）與可視化監控： 深入探討HMI的設計原則與開發技術。講解如何利用組態軟件（如組態王、Intouch、WinCC）設計直觀、易用的操作界麵，實現對生産過程的實時監控、參數調整、報警顯示、報錶生成。重點關注信息展示的邏輯性、交互的便捷性與視覺的友好性。 第十一章 工業自動化係統集成與實施： 詳細闡述自動化係統的集成過程，包括硬件連接、軟件配置、網絡調試、功能測試等各個環節。講解項目管理的關鍵要素，如進度控製、質量管理、風險評估、現場安裝與調試。 第十二章 自動化係統運行維護與故障診斷： 介紹自動化係統的日常運行管理、性能監控與維護規程。重點講解常見的係統故障類型（如傳感器故障、執行機構故障、PLC程序錯誤、通信中斷等），以及係統化的故障診斷方法與排除技巧，包括利用診斷工具、分析日誌文件、模擬測試等。 第三篇 工業自動化應用與前沿技術 本篇將重點介紹自動化技術在各行業的具體應用，並探討未來發展方嚮。 第十三章 離散製造自動化應用： 聚焦汽車製造、電子電器、機械加工等離散製造行業。詳細介紹機器人技術（工業機器人、協作機器人）在裝配、焊接、搬運、檢測等方麵的應用。講解自動化生産綫的設計與優化，如柔性製造係統（FMS）、計算機集成製造係統（CIMS）。 第十四章 連續過程自動化應用： 深入分析在石油化工、冶金、電力、製藥、食品等連續過程行業的自動化應用。重點講解DCS/SCADA係統在大型復雜過程控製中的作用，如原料配比、反應溫度控製、産品質量監控。 第十五章 智能製造與工業物聯網（IIoT）： 探討智能製造的核心概念與關鍵技術。講解工業物聯網（IIoT）如何通過傳感器、網絡和數據分析，實現設備間的互聯互通、生産過程的智能化感知與優化。介紹大數據分析、雲計算、邊緣計算在工業生産中的應用。 第十六章 人工智能在工業自動化中的應用： 深入分析人工智能（AI）技術，如機器學習、深度學習、計算機視覺等，在工業自動化領域的潛在應用。例如，利用AI進行産品質量的智能檢測、生産過程的優化預測、設備故障的智能診斷與預警。 第十七章 工業安全與網絡安全： 強調工業自動化係統中的安全問題，包括功能安全（如安全繼電器、安全PLC的應用）與網絡安全（如防止網絡攻擊、數據泄露）。講解如何建立有效的安全策略與防護措施，保障生産過程的安全與穩定運行。 本書內容豐富，理論聯係實際，案例翔實，旨在為從事工業自動化設計、開發、實施、維護的工程師，以及自動化專業的學生提供一本高價值的學習與參考用書。通過對本書的學習，讀者將能夠掌握現代工業自動化係統的設計理念、技術方法與工程實踐，為推動工業現代化進程貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

當我拿到這本教材時，我的主要目的是想找一本能結閤實際操作的參考書，因為純理論的學習總是讓人感覺空中樓閣。這本書在這方麵確實沒有讓我失望，它的大部分篇幅都聚焦於“如何做”而不是僅僅“是什麼”。實驗環節的描述極其詳盡，從實驗儀器的選型、硬件連接的注意事項，到軟件界麵的操作步驟，無一不寫得細緻入微，簡直就是一份“傻瓜式”的實驗指南。我特彆欣賞作者在每個實驗目標後麵都附帶的“難點分析與排錯建議”，這部分內容簡直是救命稻草，因為在實際操作中，90%的時間都花在瞭解決各種莫名其妙的報錯和信號漂移上。例如，在進行一個典型的反饋迴路搭建時，書中特彆提醒瞭傳感器漂移的問題，並給齣瞭校準的經驗公式。這種源於一綫實踐的經驗總結，是任何純理論著作都無法比擬的寶貴財富。唯一讓我感覺美中不足的是，部分涉及老舊儀器的操作流程描述，在如今大部分實驗室都升級瞭新一代數字控製器的背景下，顯得略微脫節。盡管如此，理解其背後的控製原理依然是通用的，隻是在界麵交互上，讀者可能需要自己做一些遷移和適應工作。這本書的實用性，毋庸置疑地達到瞭高分水平。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計相當樸實，采用瞭經典的藍白配色，給人一種專業而嚴謹的感覺。初次翻閱時，我最直觀的感受是其內容的詳盡和條理清晰。盡管我不是自動化專業的科班齣身，但翻閱目錄時，那些關於PID控製、模糊控製以及各種反饋迴路的章節標題，讓我對這門學科的復雜性有瞭初步的認識。書中的理論闡述部分，作者顯然花費瞭大量心思去構建一個循序漸進的學習路徑，從最基礎的信號處理講起，逐步過渡到復雜的係統辨識，這種由淺入深的編排方式，對於初學者來說無疑是一大福音。更重要的是，隨書附帶的光盤資源，對於理解那些抽象的數學模型和動態過程至關重要，我嘗試運行瞭其中的幾個仿真案例，那種直觀的視覺反饋，遠勝於單純的文字描述。光盤裏的案例代碼結構清晰，注釋詳盡，為我後續自行搭建實驗環境提供瞭極大的便利。不過，對於一些非常前沿的自適應控製或模型預測控製的內容，這本書的覆蓋深度略顯保守，更像是為打下堅實基礎而準備的教科書，而非麵嚮尖端研究的工具書。總而言之，它像一位經驗豐富的老教授，耐心地為你鋪設通往控製理論殿堂的第一塊基石，紮實，可靠，但可能缺少那麼一絲令人驚艷的“創新火花”。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和裝幀質量給我留下瞭深刻的印象。雖然我是在意內容勝過形式的人，但一本厚重的專業教材如果閱讀體驗不佳，確實會極大地影響學習的積極性。這本教程在字體選擇上非常考究，正文字體清晰，公式符號的區分度極高，即便是那些復雜的矩陣和希臘字母，看起來也不會混淆。頁邊距的留白也處理得當，方便我們在閱讀過程中做筆記和批注，這對於需要反復查閱的實驗手冊來說至關重要。紙張的質量也屬上乘，拿在手裏有分量感，不易反光，長時間閱讀下來眼睛的疲勞度相對較低。更值得稱贊的是，書中的所有圖錶，無論是係統結構圖、波特圖還是時域響應麯綫，都采用瞭高分辨率的矢量圖形，細節銳利，綫條平滑，這在很多同類教材中是難以企及的。唯一的“瑕疵”可能在於其厚度——它確實不輕，帶著它去實驗室需要一個結實的背包。但話說迴來，能把這麼多核心內容濃縮在一本書裏，還能保持如此高的印刷質量，也體現瞭齣版社的專業水準。這本書拿在手上，首先就能感受到一種“價值感”。

評分☆☆☆☆☆

我嘗試從一個希望自學過程控製的學生角度來評估這本書的輔助資源。隨書附帶的光盤，我評估瞭其價值遠超許多獨立齣售的配套資料。光盤中不僅包含瞭實驗指導書的電子版（方便檢索和打印），更重要的是那些配套的MATLAB/Simulink模型文件。這些模型文件結構清晰，遵循瞭模塊化的設計思想，這意味著我不僅可以運行已有的實驗，還能在此基礎上修改參數或替換被控對象模型，進行“二次開發”式的學習。例如，書中關於“非綫性係統控製”的實驗部分，其自帶的軟件工具包提供瞭一個可調節的死區環節，使得學生可以親手觀察係統剛度對控製性能的影響，這種動態交互的深度學習體驗是傳統紙質書本無法提供的。不過，對於那些對編程環境不太熟悉的新手來說，光盤中的軟件環境搭建步驟可能需要更細緻的圖文並茂的指導。雖然有說明文檔，但如果能增加幾個關於如何安裝和配置特定控製工具箱的視頻片段，那無疑會讓這套教程的“入門友好度”再上一個颱階。總的來說，光盤是這本書的“靈魂配件”，極大地增強瞭其實踐指導能力。

評分☆☆☆☆☆

從一個資深工程師的視角來看待這本《過程控製實驗教程》，我關注的重點更多在於其知識體係的完整性以及對行業規範的遵循程度。這套教材（作為全國高等學校自動化專業係列教材的一部分）顯然是遵循瞭國傢教學大綱的要求來編寫的，其內容覆蓋麵廣，理論深度適中，旨在培養“能上手乾活”的應用型人纔。書中的數學推導部分處理得相當乾淨利落，沒有為瞭炫技而引入過於復雜的泛函分析工具，而是聚焦於在工業界最常用、最有效的拉普拉斯變換和Z變換工具。特彆是在狀態空間法的介紹部分，作者通過一個簡單的二階係統實例，將理論與實際的係統建模緊密結閤起來，使得抽象的概念一下子具象化瞭。然而，作為一個經常與工業控製係統（ICS）打交道的專業人士，我強烈期待能在書中看到更多關於工業現場總綫（如Profibus或EtherCAT）的集成實驗案例，或者至少是與主流SCADA係統對接的接口描述。目前的內容似乎更偏嚮於實驗室環境下的“闆卡級”控製，對於宏觀的、跨係統的集成調試經驗分享略顯不足。它更像是優秀的基礎訓練手冊，而非麵嚮復雜集成項目的進階參考。