本书是“面向21世纪课程教材”之一，全书共分5个章节，主要对环境工程仿真与控制知识作了介绍，具体内容包括简单系统建模、模型校正、PID控制规律、可编程逻辑控制器(PLC)、反馈控制过程动态响应等。该书可供各大专院校作为教材使用，也可供从事相关工作的人员作为参考用书使用。

本书为面向21世纪课程教材和普通高等教育“十一五”国家级规划教材。与第二版相比，第三版进一步强化了应用性。全书共分五章，分别为“仿真”、“过程控制”、“动态分析”、“复杂控制”及“人工智能”。在仿真部分，新增“模型校正”与“模型应用”两小节，介绍工厂数据的实验校核及计算校核、模型参数的灵敏度法校正与经验法校正，用于工艺参数优化的专用仿真平台及用于控制方案比较的通用仿真平台等；同时，对计算流体力学软件FLUENT的使用方法进行了介绍。在控制部分，新增自动控制系统常用概念和工程术语、控制器选择方法、离散PID控制器算法、控制器参数整定和投运方法、成分检测变送器、过程状态空间方程模型等，并新增串级、分程、比值、前馈、选择性、非线性等复杂控制系统在环境工程中的应用实例。

本书可作为高等学校环境工程专业本科生、研究生及青年教师学习“环境工程仿真与控制”的教材，也可供从事环境工程仿真与控制工作的专业技术人员参考。

第一章 仿真

 第一节 过程建模

一、模型分类

二、简单系统建模

 例1-1 液槽储水量模型

 例1-2 带溢流堰液槽液位模型

 例1-3 调节池水质模型

 例1-4 曝气池溶解氧浓度模型

 例1-5 污泥耗氧速率模型

 例1-6 污泥生长及氨氮消耗模型

 例1-7 异养菌好氧生长与有机碳消耗模型

三、复杂系统建模

 例1-8 活性污泥反应池数学模型

 例1-9 厌氧消化过程数学模型

 例1-10 二沉池一维浓度分布模型

 例1-11 沉淀池二维流场模型

 第二节 计算方法

一、四阶龙格一库塔法

 例1-12 利用四阶龙格一库塔法计算连续反应物质浓度变化

二、有限差分法

 例1-13 矩形二沉池流体流速及固体浓度稳态分布

三、MATLAB/Simulink应用

 例1-14 利用Simulink编制基于ASMl的活性污泥过程数学模型

 例1-15 利用Simulink编制倒置AAO流程基于ASM2D的仿真程序

四、FLUENT应用

 例1-16 平流式二沉池流态分析

 第三节 模型校正

一、数据校核

 例1-17 利用0uR法测定污水易降解有机碳浓度

 例1-18 利用守恒计算校核数据

二、参数校正

 例1-19 倒置AA0流程模型参数灵敏度分析

三、规范化校正

 例1-20 BioMath校正流程

 第四节 模型应用

 例1-21 UniTank工艺流程专用仿真平台

 例1-22 A/O流程自动控制通用仿真平台

第二章 过程控制

 第一节 基本概念

一、系统组成

二、基本要求

 例2-1 溶解氧浓度控制器正反作用的选择

 第二节 PID控制规律

一、比例控制

二、积分控制

三、微分控制

四、离散PID控制

 例2-2 溶解氧浓度PI控制

 第三节 自动化仪表

一、控制器

二、执行器

三、检测变送器

四、设计符号

 例2-3 初沉池和污泥泵的过程控制

 例2-4 流量分配的过程控制

 例2-5 深冷制氧的过程控制

 例2-6 废弃污泥的过程控制

 例2-7 药剂投放的过程控制

 第四节 可编程逻辑控制器(PLC)

一、PLC的基本概念

二、开关量控制

 例2-8 曝气池单元的PLC控制

 例2-9 进水泵房单元的PLC控制

三、模拟量控制

 例2-10 环境温度PLC控制

四、编程方法

 例2-11 sBR程序PLC控制

第三章 动态分析

 第一节 输入-输出模型

一、输入-输出模型的建立

 例3-1 搅拌槽加热器输入一输出模型

 例3-2 混合过程的输入一输出模型

二、非线性系统的线性化

 例3-3 污水储槽液位模型线性化

 例3-4 连续搅拌反应釜模型线性化

 第二节 状态方程模型

 例3-5 串联水槽的状态方程模型

 例3-6 活性污泥法曝气池状态方程

 第三节 传递函数

一、拉普拉斯变换

二、传递函数

 例3-7 连续搅拌反应釜的传递矩阵及其零点和极点

 例3-8 串联水槽的传递函数

三、拉普拉斯反变换

四、数学模型间的转换

 例3-9 在MATLAB环境下实现模型之间的转换

 第四节 过程动态分析

一、定性分析

二、定量分析

 例3-10 储槽液位模型分析

 例3-11 两个串联相互无影响的质量容量

 例3-12 两个串联相互有影响的质量容量

 第五节 反馈控制过程动态响应

一、闭环动态响应

 例3-13 求储槽加热器温度反馈控制系统的闭环响应

二、比例控制对过程动态的作用

三、积分控制对过程动态的作用

四、微分控制对过程动态的作用

第四章 复杂控制

 第一节 串级控制

一、结构与原理

二、串级控制系统的设计与应用

 例4-1 污水温度串级控制

 例4-2 物料浸取过程温度串级控制

 例4-3 石灰石浆液密度串级控制

 例4-4 精馏塔温度串级控制

 例4-5 溶解氧DO浓度和鼓风机风量串级控制

 例4-6 废水焚烧炉温度串级控制

 第二节 比值控制

一、结构与原理

 例4-7 氨氧化过程变比值控制

二、比值控制系统的设计与应用

 例4-8 自来水消毒装置的水氯比值控制

 例4-9 硫黄回收装置的燃料气/酸性气/空气比值控制

 第三节 均匀控制

一、结构与原理

二、均匀控制系统的设计与应用

 例4-10 串联曝气池液位-流量串级均匀控制

 第四节 分程控制

一、结构与原理

二、分程控制系统的设计与应用

 例4-11 蒸汽减压分程控制

 例4-12 工业废水pH分程控制

 例4-13 洁净室温湿度分程控制

 第五节 选择性控制

一、结构与原理

 例4-14 两个反应器负荷平衡选择性控制系统

 例4-15 有机溶剂回收选择性控制系统

 例4-16 蒸汽锅炉的燃烧控制

二、选择性控制系统的设计与应用

 例4-17 锅炉压力保护选择性控制

 例4-18 产量自动调整选择性控制

 例4-19 节水系统选择性控制

 例4-20 焚烧炉双交叉燃烧控制

 第六节 前馈控制

一、结构与原理

二、前馈控制系统的设计与应用

 例4-21 锅炉汽包液位前馈控制

 例4-22 蒸发过程前馈-反馈控制

 例4-23 连续消毒塔温度前馈-反馈控制

 例4-24 原油废水处理装置废水浓度前馈-串级反馈控制

 例4-25 前置反硝化的碳源投加前馈-反馈控制

 第七节 非线性控制

一、结构与原理

二、非线性控制系统的设计与应用

 例4-26 pH的非线性控制

 例4-27 澄清池、清水池液位非线性控制

第五章 人工智能

 第一节 神经网络

一、基本概念

二、训练方法

 例5-1 活性污泥处理过程曝气池曝气量控制神经网络分类模型

 例5-2 活性污泥过程动态过程神经网络拟合模型

 例5-3 废纸造纸废水处理过程神经网络建模

 例5-4 污水处理过程的递阶神经网络建模

三、神经网络控制

 例5-5 一体化氧化沟溶解氧浓度神经网络自适应控制

四、MATLAB神经网络工具箱应用

 例5-6 简化ASM1的神经网络模拟

 例5-7 液槽混合浓度神经网络模型预测控制

 第二节 模糊控制

一、模糊集合理论

二、模糊控制设计方法

 例5-8 污泥脱水模糊控制系统设计

 例5-9 曝气池曝气流量模糊控制

三、MATLAB模糊控制工具箱应用

 例5-10 污泥回流模糊控制设计

 第三节 专家系统

一、基本概念

二、知识库构建

 例5-11 活性污泥过程故障诊断专家系统知识库

三、专家系统编制

 例5-12 利用MS Visual Basic 5.0和Access 2000编制专家系统软件

四、专家系统控制

 例5-13 污水处理过程pH专家控制系统

主要参考文献

彩图