系统建模与仿真（全国高等学校自动化专业系列教材）
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作者： 吴重光著
出 版 社： 清华大学出版社
出版时间： 2008-12-1字数： 430000版次： 1页数： 305印刷时间： 2008/12/01开本： 16开印次： 1纸张： 胶版纸I S B N ： 9787302175230包装： 平装编辑推荐
本书特色：
本书将建模与仿真技术融入过程控制及多种相关专业，注重教材内容的实践性、工程性和先进性，适用于工业过程自动化、过程装备与控制工程、化学工程、系统安全工程、人工智能等专业的教学需要。
全书从定量和定性两个方面阐述系统建模与仿真的基本原理、计算方法和相关技术。过程系统定量建模部分突出了建模方法论和实用性，采用本书建模方法开发的工业仿真系统及仿真实习软件已经在石化企业和高校中长期应用。在本书理论和技术基础上研发成功的多功能过程与控制系统，实现了运用仿真模型进行创新与探索型科学实验的目标。
本书在定性建模与仿真部分突出了定性因果模型、计算机定性推理理论和实用技术，在过程系统危险识别、故障诊断和智能安全评价方面具有重要理论和应用价值。此外，将相关国际标准引入大学教材是工业界多年对高校的期望，也是本书的一大特色。
内容简介
本书特点是注重理论联系实际、突出工程实践内容和实用有效的建模方法。全书从定量和定性两个方面阐述了系统建模与仿真的基本原理、计算方法和本领域当前的先进技术。主要内容包括过程系统仿真的应用领域和进展，定量仿真建模常用方法及工业应用案例，数值积分原理、实用算法与计算程序，定性仿真基本原理，复杂过程系统定性建模方法，定性模型的推理解法，定性仿真技术在过程系统危险识别与分析、故障诊断和智能仿真训练等方面的应用案例。
本书适用于工业过程自动化、过程装备与控制工程、化学工程等专业大学本科专业教学。本书的内容有助于本科生、硕士研究生和博士研究生增加过程工业原理知识与实践知识，可以用于毕业论文阶段进行仿真建模和仿真实验的技术指导。同时也可以作为从事过程系统仿真、过程系统安全评价、化工工艺与控制安全设计、故障诊断、人工智能研发人员的技术参考书。
作者简介
吴重光，1945年出生，教授，博士生导师。1968年毕业于北京化工学院基本有机合成专业，1982年毕业于北京化工大学系统控制工程专业，获硕士学位。现任中国系统仿真学会副理事长，教育部高等学校自动化专业教学指导分委员会委员。荣获国家有突出贡献中青年专家、全国化工有突出贡献的优秀专家、北京市劳动模范等称号。主要研究方向：化工过程动态建模与仿真、工业过程控制理论与应用、人工智能技术理论与应用、系统安全工程理论与应用。主持开发我国第一个过程工业动态流程模拟系统，开创我国化工与石油化工过程仿真培训事业。近年来从事系统安全工程研究和应用工作，在计算机智能化自动危险识别、安全评价和故障诊断方面取得进展，研发成功一系列创新技术。发表科技论文90余篇，科技著作7部。
目录
第1章系统建模与仿真概论
1.1系统建模与仿真基本概念
1.1.1系统、模型与仿真
1.1.2过程系统建模与仿真
1.2现代建模与仿真技术的含义及其体系
1.3仿真技术的特殊作用
1.4过程系统仿真技术的应用
1.4.1辅助训练
1.4.2辅助设计
1.4.3辅助生产
1.4.4辅助研究
1.4.5仿真技术在过程安全领域中的应用
1.5习题
第2章定量仿真建模方法
2.1仿真建模概述
2.1.1仿真建模分类
2.1.2过程系统稳态及动态建模原理
2.1.3仿真模型的评估
2.2常用定量建模数学方法
2.2.1初等几何法
2.2.2代数方程法
2.2.3动态补偿法
2.2.4通道动态模型测试法
2.2.5微分方程法
2.2.6偏微分方程法
2.2.7图论法
2.3过程系统仿真建模举例
2.3.1PID控制器模型
2.3.2自动控制阀的机械特性模型
2.3.3自动控制阀的流通能力计算
2.3.4自动控制阀的流量特性建模
2.3.5离心泵特性建模
2.3.6列管式热交换器传热过程建模
2.3.7精馏塔系统动态建模
2.3.8间歇反应系统建模
2.3.9工业加热炉系统建模
2.3.1065t/h环保锅炉系统建模
2.4动态仿真模型的特点及注意事项
2.5习题
第3章连续系统定量仿真算法系统建模与仿真
3.1连续系统定量仿真算法分类
3.2高阶常微分方程数值解法
3.2.1数值积分原理
3.2.2欧拉法及四阶龙格库塔法积分公式
3.2.3几个基本概念
3.2.4常用数值积分方法及选择
3.3联立方程法仿真算法
3.3.1计算方法
3.3.2计算程序
3.3.3计算举例
3.4序贯模块法仿真算法
3.4.1原理简述
3.4.2典型模块积分公式推导
3.4.3基本模块算法
3.4.4仿真程序
3.4.5计算举例
3.4.6程序的扩展
3.5习题
第4章定性仿真、建模及应用
4.1定性仿真基础
4.1.1定性仿真概论
4.1.2定性线性代数方程及求解方法
4.1.3定性常微分方程及求解
4.1.4推理引擎及算法
……
参考文献
书摘插图
第1章系统建模与仿真概论
1.3仿真技术的特殊作用
前面提到，数学模型是由人工建立的，对建模者的素质要求较高，而且数学模型有可能是不完备的，为什么非使用仿真技术不可呢？
这个问题涉及仿真技术的特殊作用。所谓特殊作用，就是其他技术很难达到或者无法取代的作用，主要有以下几个方面。
（1）过程工业系统通常属于大型工业系统，其流程复杂、投资巨大、生产连续性强。从经济利益和安全性出发，一般不允许在真实系统上进行试验研究，必须借助于仿真手段。
（2）计划中或设计中的过程系统，现实世界中尚不存在，只有通过仿真手段进行试验研究。
（3）高质量的仿真模型具有预测性。应用现代高速大容量的仿真计算机，人们可以在短时间内预测实际过程系统数月甚至数年时问中所发生的现象和事件，这是仿真技术“超时空”的优点。
（4）实际过程系统根本不允许作的试验，如超极限运行、破坏性实验、事故试验等，利用仿真技术不会造成任何损失，是最安全的实验研究方法。
（5）仿真实验研究主要在仿真机上进行，与真实系统试验相比，除了安全以外还能节省原材料、能源消耗和人力资源等。
（6）动态仿真数学模型可以产生被仿真系统受到各种外部扰动或操作变化的动态响应，这种特点即模型的预测性。也就是说，一个高质量的数学模型不是主观认为赋给模型哪些功能，模型则只能产生哪些功能或现象。例如一个设计合理的流体流动管路与阀门组成的网络模型，可以产生各阀门不同状态的所有排列组合现象。从这个意义上看，采用仿真技术可以辅助工程技术人员全面认识和分析过程系统，包括事故和危险隐患，防止人为思维惯性所产生的遗忘或概念混淆导致的试验、研究或设计巾的重大失误。目前，仿真技术已经成为安全分析的重要手段。
（7）仿真技术通常用软件形式体现，用软盘、磁带或光盘作为载体，传递复制极为方便。软件还是一种可以在“信息高速公路”甚至电话线中传送的资源，这是仿真技术便于传播推广的一大优势。
除以上提到的仿真技术的七种特殊作用和优点，还能列举一些。不过从已列举的特殊作用来看，足以说明采用仿真技术辅助过程系统试验和研究的重要意义。
……
