工程環(huán)境控制論

前言

工程環(huán)境控制論是一門跨于工程學、環(huán)境學與自動控制理論之間的橫向交叉學科，屬于技術基礎學科范疇，應用范圍寬廣，不僅適用于傳統(tǒng)的技術性工程領域，而且可拓展到高新技術或非技術性領域。本書從各種工程中客觀存在的實際問題和理論上的需要出發(fā)，歸納提出所謂“工程環(huán)境”概念，用交叉學科的方法建立工程環(huán)境控制學的理論體系。工程環(huán)境控制論不同于現(xiàn)有的以“人一環(huán)境”二元系統(tǒng)為對象的研究宏觀生態(tài)環(huán)境的傳統(tǒng)環(huán)境科學，而是以“工程一人一環(huán)境”基本三元系統(tǒng)為對象，結合不同領域的具體工程技術特點，從它們本身的功能需要出發(fā)，根據(jù)外部環(huán)境的變化，研究廣義的局部（微觀）工程環(huán)境效應的控制原理和方式方法，以滿足不同工程系統(tǒng)在結構性、抗災性，以及環(huán)保、節(jié)能、舒適性或智能性等方面的要求。書中重點研究結構性功能控制的應用模式，以高層結構抗震、橋梁抗風、汽車構架動力振動等減振降荷控制為主要研究目標，并特別提出：結構反共振控制理論體系；液壓蓄能一伺服抗震控制機制；參數(shù)控制原理與方法；魯棒控制與優(yōu)化理論的應用原理等。因受篇幅所限，其他功能類型控制的應用模式，尚需另文論述。本理論可供廣泛的工程技術設計研究人員與環(huán)境類專業(yè)師生參考。除了適用于上述有關領域以外，對于開辟與擴充傳統(tǒng)自動控制技術理論的應用范圍，以及那些關心環(huán)境產業(yè)，但又不知何去何從的讀者，還有那些認為環(huán)境問題與本專業(yè)無關的工科專業(yè)高年級本科生或研究生和科技工作者，也許可以通過本書較全面地了解工程環(huán)境領域如何與各自專業(yè)相結合，從中得到一些啟發(fā)。對工程環(huán)境管理與工程項目決策，亦有參考價值。作為一本內容涉及范圍如此廣泛的學術理論兼有應用價值的著作，難免有不當和失誤的地方，還望讀者指正與討論。筆者對下列知名專家、學者和基金給予本書出版的直接或間接支持和幫助，表示深切的感謝：廣東省建筑設計研究院原總工程師容柏生（中國工程院院士）、華南理工大學教授韓大建（博導）、廣州大學周福霖教授（中國工程院院士）；國家自然科學基金、國家教委博士點基金、清華大學出版社學術專著出版基金。此外，對關心和鼓勵筆者完成本著作的老同學、校友和朋友衷心感謝；并對多年來寄來某些有關環(huán)境信息的（美國）“高層建筑與城市環(huán)境協(xié)會”（CTBUH）謹表謝意。

內容概要

工程環(huán)境控制論是一門跨于傳統(tǒng)工程學、環(huán)境學、自動控制理論之間的橫向交叉學科，屬于技術基礎學科范疇，應用范圍寬廣。其基本目標是控制廣義工程系統(tǒng)的局部環(huán)境輸入—輸出效應?？蓱糜诮Y構抗震(振)、防災、安全、防污、節(jié)能(廣義太陽能利用)、舒適熱環(huán)境、交通物流(信息流)等技術或非技術性功能的過程自動控制或參數(shù)控制。由于篇幅所限，本書僅重點論述了結構功能控制的應用模式，涉及高層建筑、橋梁、汽車／飛機等結構振動控制問題。書中特別提出：結構反共振控制理論、結構抗震液壓蓄能—伺服控制技術、魯棒控制與H∞優(yōu)化理論的應用原理、參數(shù)控制原理與方法等。　　本書適用于下列人員參考或選修：廣義工程系統(tǒng)環(huán)境效應控制的工程(技術)主體及其交叉應用領域的設計研究者，基本建設工程項目的決策／管理者。有關廣義專業(yè)主要是土木建筑工程類、環(huán)境保護／節(jié)能類、自動控制設施類等相應工程技術專業(yè)的高校師生。

書籍目錄

第1章 緒論 　1.1 工程環(huán)境問題的提出 　　1.1.1 實際工程的需要 　　1.1.2 理論上的需要 　　1.1.3 工科大學交叉學科建設的需要 　1.2 工程環(huán)境概念與工程生態(tài)觀 　　1.2.1 工程環(huán)境外部因素 　　1.2.2 工程環(huán)境的基本概念與特性 　　1.2.3 工程生態(tài)觀 　1.3 實際工程控制技術典型實例 　　1.3.1 高層建筑抗震抗風自動控制 　　1.3.2 斜拉橋與懸吊橋抗風控制裝置 　　1.3.3 可開合式空間結構 　　1.3.4 水利工程控制技術 　　1.3.5 太陽能建筑新技術 　　1.3.6 智能建筑與環(huán)境系統(tǒng)技術 　1.4 工程環(huán)境效應控制技術的應用前景 　主要參考文獻 第2章 工程環(huán)境控制理論基礎 　2.1 工程環(huán)境觀測技術與分析方法 　　2.1.1 環(huán)境作用的基本性質與類型 　　2.1.2 觀測試驗技術 　　2.1.3 數(shù)據(jù)關系與分析方法的提示 　2.2 功能分析與三元系統(tǒng)模型 　　2.2.1 功能分析與系統(tǒng)思路 　　2.2.2 三元系統(tǒng)模型 　　2.2.3 工程系統(tǒng)的四個基本要素 　2.3 有控制作用時的可靠性分析方法 　　2.3.1 功能函數(shù)與可靠指標 　　2.3.2 有控制作用時的可靠指標計算公式 　　2.3.3 控制作用對可靠性的影響分析 　　2.3.4 有控制作用的結構功能設計問題 　　2.3.5 數(shù)字例 　　本節(jié)提示 　2.4 廣義環(huán)境容量定理與環(huán)境評估準則 　　2.4.1 廣義環(huán)境承載能力 　　2.4.2 廣義環(huán)境容量定理 　　2.4.3 環(huán)境與功能的關系 　　2.4.4 環(huán)境影響的評價準則 　　2.4.5 熱環(huán)境舒適性功能評估準則 　　本節(jié)結語 　2.5 廣義工程環(huán)境控制動力學基本原理 　　2.5.1 動態(tài)平衡方程 　　2.5.2 基本控制方程 　　2.5.3 控制系統(tǒng)的綜合問題 　　本節(jié)結語 　2.6 “土柱”振動模型與基土振動控制原理 　　2.6.1 兩類振源 　　2.6.2 “土柱”的振動方程 　　2.6.3 淺埋式大型地道的彎曲振動控制 　　本節(jié)結語 　　本章結語 　　主要參考文獻 第3章 工程環(huán)境自動控制應用原理與控制算法 　3.1 工程環(huán)境作用下的基本控制原理與特點 　　3.1.1 經典控制算法的應用原理 　　3.1.2 典型環(huán)境作用的描述方法 　　3.1.3 環(huán)境效應的疊加或迭加原理 　　3.1.4 復合控制原理 　　本節(jié)注記 　3.2 補償控制、虛擬反饋及被動控制 　　3.2.1 環(huán)境作用下控制的偏差／誤差 　　3.2.2 閉環(huán)系統(tǒng)補償控制 　　3.2.3 開環(huán)系統(tǒng)補償控制 　　3.2.4 虛擬反饋的提出 　　3.2.5 被動控制或混合控制的新理念——節(jié)能控制 　　本節(jié)結語 　3.3 參數(shù)控制原理與方法 　　3.3.1 參數(shù)控制的基本概念與控制模式 　　3.3.2 參數(shù)控制模式 　　3.3.3 期望參數(shù)與參數(shù)控制函數(shù)的建立 　　3.3.4 留數(shù)定理與留數(shù)法的應用 　　3.3.5 根軌跡法的應用 　　本節(jié)注記 　3.4 頻率法分析與綜合 　　3.4.1 廣義頻率特性提示 　　3.4.2 頻率傳遞函數(shù)與波德圖 　　3.4.3 期望頻率特性綜合法 　　本節(jié)注記 　3.5 數(shù)值仿真技術的應用 　　3.5.1 按環(huán)節(jié)離散化仿真模型 　　3.5.2 按狀態(tài)空間方程離散化仿真模型 　　3.5.3 工程結構抗震控制離散化仿真 　　3.5.4 在線控制原理與在線算法 　　3.5.5 關于計算機應用的“環(huán)境”問題 　　本節(jié)注記 　3.6 參數(shù)辨識與估計的方法 　　3.6.1 ID技術在工程環(huán)境控制領域的特點與意義 　　3.6.2 線性與非線性辨識模型 　　3.6.3 卡爾曼濾波估計方法 　　本節(jié)注記 　　本章結語 　　主要參考文獻 第4章 結構控制動力學基礎 第5章 魯棒性控制與H∞／H2優(yōu)化理論的應用原理 第6章 結構混合控制技術的綜合研究 第7章 工程環(huán)境控制應用導論

章節(jié)摘錄

插圖：3.從經濟角度提出的問題社會環(huán)境因素特別是經濟和法律因素對所有的工程建設都有制約作用。例如環(huán)境法、建設方針政策等，對工程特別是公共環(huán)境治理工程及城市的基本設施系統(tǒng)的發(fā)展往往具有決定性意義?，F(xiàn)行的公共環(huán)境工程，僅限于專門領域，沒有和眾多的一般工程直接和有機地聯(lián)系起來，并僅作為公共環(huán)境事業(yè)來處理。其最大問題是資金缺乏。根本原因是對“環(huán)境”的價值不明確，結果沒有也無法將環(huán)境效益與投資者的經濟利益掛鉤。值得注意的一個問題是，在基本建設中工程規(guī)模和設計標準須與環(huán)境效應和資源利用等方面協(xié)調發(fā)展。阻礙城市持續(xù)發(fā)展的往往是城市的基本設施系統(tǒng)（infrastructural system），這牽涉到城市規(guī)劃設計供能、供水、供電體系時，工程的設計容量裕度和先進水平的合理選擇問題，顯然與眾多的用戶環(huán)境狀態(tài)有關，但歸根到底這決定于可投入的資金多少。綜合來說，上述各種工程與環(huán)境問題雖然在各自工程領域已得到不同程度的研究，但許多問題從單純的工程觀點、環(huán)境觀點或經濟觀點去解決，都有一定局限性，必須從三方面甚至更多方面進行科學論證和決策，才能較合理地解決。對同一項大型工程項目，從傳統(tǒng)的大環(huán)境角度和從工程角度看，常常是見仁見智，甚至相互矛盾，即使統(tǒng)一，往往也主要是靠環(huán)境法律手段或行政手段。近年來已得到各國公認的“可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略原則”似乎已經明確了這個問題的解決方向，然而它在工程方面的含義是什么，更重要的是在工程技術方面如何去實現(xiàn)，則還需要進一步研究。1.1.2 理論上的需要于是可歸納提出這樣的共同性問題：——眾多的一般工程如何在設計時結合考慮改善其輸出的局部環(huán)境；——土建工程系統(tǒng)是否可以進行自動控制以適應未來環(huán)境的變化；——環(huán)保工程如何更好地解決其所需資金的困難等?，F(xiàn)有的學科還不能獨立完善解決上述課題，因此，要求建立某種共同的基礎理論。1.建立小環(huán)境理論的需要在現(xiàn)有的環(huán)境科學中，“環(huán)境是指人類賴以生存并以人為中心、圍繞著人的物質世界”，或者說，“是指影響人類生存和發(fā)展的各種天然的經過人工改造的自然因素的總體”?，F(xiàn)有的環(huán)境科學主要是研究宏觀環(huán)境規(guī)律及宏觀環(huán)境現(xiàn)象，其系統(tǒng)模型為“人類一環(huán)境”。這種宏觀環(huán)境本書稱為“大環(huán)境”，相應的研究學科稱為“大環(huán)境理論”。

編輯推薦

《工程環(huán)境控制論》是由清華大學出版社出版的。

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