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环境工程仿真与控制（第四版）

“十五”国家规划教材
样章
作者：
姚重华 刘漫丹 杨雪晶 杨骥 编著
定价：
72.00元
ISBN：
978-7-04-063743-4
版面字数：
620.00千字
开本：
16开
全书页数：
暂无
装帧形式：
平装
重点项目：
“十五”国家规划教材
出版时间：
2025-05-30
物料号：
63743-00
读者对象：
高等教育
一级分类：
环境科学与工程类
二级分类：
环境工程专业课
三级分类：
环境工程仿真与控制

《环境工程仿真与控制》（第四版）已列入绿色环保新兴领域“十四五”高等教育教材。第四版在保持第三版原有特色的基础上，强化了对人工智能（AI）相关理论与实践的介绍：一是将第三版的“人工智能”一章更名为“机器学习”，二是增加了“大模型与大语言模型”一章；三是在“数字仿真”部分增加大气污染扩散过程数字仿真的内容。全书共6章，分别是“数字仿真”“过程控制”“动态分析”“复杂控制”“机器学习”“大模型与大语言模型”。

本书是为高等学校环境科学与工程类专业本科生及研究生编写的教材，亦可供其他相关专业师生及从业人员参考使用。

  • 前辅文
  • 1 数字仿真
    • 1.1 过程建模
      • 1.1.1 数学模型的概念与分类
      • 1.1.2 简单系统建模
        • 例1-1 液槽水量
        • 例1-2 带溢流堰液槽液位
        • 例1-3 调节池水质
        • 例1-4 曝气池溶解氧浓度
        • 例1-5 污泥耗氧速率
        • 例1-6 污泥生长及氨氮消耗
        • 例1-7 异养菌好氧生长与有机碳消耗
      • 1.1.3 污水处理过程建模
        • 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
      • 1.1.4 大气污染扩散过程建模
        • 例1-12 计算城市大气中的一氧化碳浓度
        • 例1-13 计算城市大气一氧化碳年平均浓度
        • 例1-14 计算颗粒物的排放率需要减少的百分比
        • 例1-15 估算离一个污染源0.5公里下风的点的σy和σz值
        • 例1-16 计算一家工厂在烟囱中心线某处NO2浓度
        • 例1-17 估算一个烟囱的烟流上升高度
      • 1.1.5 大气污染扩散过程专用仿真平台
    • 1.2 计算方法
      • 1.2.1 四阶龙格-库塔法
        • 例1-18 利用龙格-库塔法计算连续反应物质浓度变化
      • 1.2.2 有限差分法
        • 例1-19 矩形二沉池流体流速及固体浓度分布
      • 1.2.3 MatLab/SimuLink应用
        • 例1-20 利用SimuLink编制基于ASM1的活性污泥过程数学模型
        • 例1-21 利用SimuLink编制倒置AAO流程基于ASM2D的仿真程序
      • 1.2.4 FLUENT应用
        • 例1-22 平流式二沉池流态分析
    • 1.3 模型校正
      • 1.3.1 数据校核
        • 例1-23 利用OUR法测定污水易降解有机碳浓度
        • 例1-24 利用守恒计算校核数据
      • 1.3.2 参数修正
        • 例1-25 倒置AAO流程模型参数灵敏度分析
      • 1.3.3 规范化校正
        • 例1-26 BioMath校正流程
      • 1.3.4 模型应用
        • 例1-27 UniTank流程专用仿真平台
        • 例1-28 A/O流程自动控制通用仿真平台
  • 2 过程控制
    • 2.1 基本概念
      • 2.1.1 控制系统组成
      • 2.1.2 控制系统的基本要求
        • 例2-1 溶解氧浓度控制器正反作用的选择
    • 2.2 PID控制规律
      • 2.2.1 比例控制
      • 2.2.2 积分控制
      • 2.2.3 微分控制
      • 2.2.4 离散PID控制
        • 例2-2 溶解氧浓度PI控制
    • 2.3 自动化仪表
      • 2.3.1 控制器
      • 2.3.2 执行器
      • 2.3.3 检测器和变送器
      • 2.3.4 自控工程设计符号
        • 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
    • 2.4 可编程逻辑控制器
      • 2.4.1 PLC的基本概念
      • 2.4.2 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
      • 2.4.3 模拟量控制
        • 例2-10 环境温度PLC控制
      • 2.4.4 PLC编程方法
        • 例2-11 SBR程序PLC控制
  • 3 动态分析
    • 3.1 输入-输出模型
      • 3.1.1 输入-输出模型的建立
        • 例3-1 搅拌槽加热器输入-输出模型
        • 例3-2 混合过程的输入-输出模型
      • 3.1.2 非线性系统线性化
        • 例3-3 污水槽液位模型线性化
        • 例3-4 连续搅拌反应釜模型线性化
    • 3.2 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
    • 3.3 传递函数
      • 3.3.1 拉普拉斯变换
      • 3.3.2 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
      • 3.3.3 拉普拉斯反变换
      • 3.3.4 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
    • 3.4 过程动态分析
      • 3.4.1 定性分析
      • 3.4.2 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
    • 3.5 闭环系统动态分析
      • 3.5.1 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
      • 3.5.2 比例控制对过程动态的作用
      • 3.5.3 积分控制对过程动态的作用
      • 3.5.4 微分控制对过程动态的作用
  • 4 复杂控制
    • 4.1 串级控制
      • 4.1.1 结构与原理
      • 4.1.2 串级控制系统的设计与应用
        • 例4-1 废水厌氧处理过程中预热温度串级控制
        • 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 溶解氧浓度和鼓风机风量串级控制
        • 例4-6 丙烯酸及其酯类废液焚烧炉温度串级控制
    • 4.2 比值控制
      • 4.2.1 结构与原理
        • 例4-7 氨氧化过程变比值控制
      • 4.2.2 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
    • 4.3 均匀控制
      • 4.3.1 结构与原理
      • 4.3.2 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
    • 4.4 分程控制
      • 4.4.1 结构与原理
      • 4.4.2 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 工业废液pH分程控制
        • 例4-13 洁净室温湿度分程控制
    • 4.5 选择性控制系统
      • 4.5.1 结构与原理
        • 例4-14 两个反应器负荷平衡选择性控制
        • 例4-15 有机溶剂回收过程的超驰控制
        • 例4-16 蒸汽锅炉的燃料燃烧选择性控制
      • 4.5.2 选择性控制系统的设计与应用
        • 例4-17 蒸汽压强保护选择性控制
        • 例4-18 负荷自动调整的选择性控制
        • 例4-19 节水系统选择性控制
        • 例4-20 焚烧炉逻辑提降量控制
    • 4.6 前馈控制
      • 4.6.1 结构与原理
      • 4.6.2 前馈控制系统的设计与应用
        • 例4-21 汽包液位的三冲量控制
        • 例4-22 蒸发过程前馈-反馈控制
        • 例4-23 消毒塔温度前馈-反馈控制
        • 例4-24 原油污水处理装置出口浓度前馈-串级反馈控制
        • 例4-25 前置反硝化过程的碳源投加前馈-反馈控制
    • 4.7 非线性控制
      • 4.7.1 结构与原理
      • 4.7.2 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
  • 5 机器学习
    • 5.1 机器学习基础
      • 5.1.1 机器学习的基本概念
      • 5.1.2 机器学习的主要类型
      • 5.1.3 机器学习的流程
    • 5.2 数据处理与数据降维
      • 5.2.1 异常数据分析
      • 5.2.2 主成分分析
    • 5.3 多元线性回归
      • 5.3.1 回归的概念与分类
      • 5.3.2 多元线性回归
        • 例5-1 城市空气质量指数的多元线性回归模型
    • 5.4 支持向量机
      • 5.4.1 支持向量机的基本概念
      • 5.4.2 支持向量回归方法
        • 例5-2 城市道路降雨径流污染SVM回归模型
    • 5.5 前馈神经网络
      • 5.5.1 神经网络的基本概念
      • 5.5.2 训练方法
        • 例5-3 活性污泥过程曝气池曝气量控制神经网络分类模型
        • 例5-4 活性污泥过程动态过程神经网络拟合模型
        • 例5-5 废纸造纸废水处理过程神经网络建模
        • 例5-6 污水处理过程的递阶神经网络建模
      • 5.5.3 神经网络控制器
        • 例5-7 一体化氧化沟溶解氧浓度神经网络自适应控制
      • 5.5.4 在Matlab中实现神经网络
        • 例5-8 简化ASM1的神经网络模拟
        • 例5-9 液槽混合浓度神经网络模型预测控制
    • 5.6 循环神经网络
      • 5.6.1 循环神经网络的结构
      • 5.6.2 长短期记忆神经网络（LSTM）
        • 例5-10 基于LSTM网络的出水水质预测模型
        • 例5-11 基于LSTM网络的大气污染物浓度预测模型
  • 6 大模型与大语言模型
    • 6.1 大模型与大语言模型
      • 6.1.1 大模型的概念与发展
      • 6.1.2 大语言模型的概念与发展
      • 6.1.3 Transformer模型的发展历程
    • 6.2 大模型趋势下的大数据
      • 6.2.1 大数据来源与采集
      • 6.2.2 数据预处理与清洗
      • 6.2.3 数据影响分析与开源数据集合
      • 6.2.4 环境相关应用对数据的要求与挑战
    • 6.3 大模型趋势下的算力变革
      • 6.3.1 算力的内涵及演变
      • 6.3.2 算力的基本构成
      • 6.3.3 算力的优化
      • 6.3.4 数据信息产业对环境工程提出的需求
      • 6.3.5 环境工程数据技术对算力的要求
    • 6.4 大模型案例
      • 6.4.1 通用语言模型
      • 6.4.2 专业科学模型
  • 参考文献

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