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(xué)、環(huán)境學(xué)與自動控制理論之間的橫向交叉學(xué)科，屬于技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科范疇，應(yīng)用范圍寬廣，不僅適用于傳統(tǒng)的技術(shù)性工程領(lǐng)域，而且可拓展到高新技術(shù)或非技術(shù)性領(lǐng)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(xué)科的方法建立工程環(huán)境控制學(xué)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(xué)，而是以“工程一人一環(huán)境”基本三元系統(tǒng)為對象，結(jié)合不同領(lǐng)域的具體工程技術(shù)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(yīng)的控制原理和方式方法，以滿足不同工程系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)性、抗災(zāi)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(jié)構(gòu)性功能控制的應(yīng)用模式，以高層結(jié)構(gòu)抗震、橋梁抗風(fēng)、汽車構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)用原理等。因受篇幅所限，其他功能類型控制的應(yīng)用模式，尚需另文論述。本理論可供廣泛的工程技術(shù)設(shè)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(guān)領(lǐng)域以外，對于開辟與擴充傳統(tǒng)自動控制技術(shù)理論的應(yīng)用范圍，以及那些關(guān)心環(huán)境產(chǎn)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(guān)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(lǐng)域如何與各自專業(yè)相結(jié)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(nèi)容涉及范圍如此廣泛的學(xué)術(shù)理論兼有應(yīng)用價值的著作，難免有不當(dāng)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(xué)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(shè)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(xué)教授韓大建（博導(dǎo)）、廣州大學(xué)周福霖教授（中國工程院院士）；國家自然科學(xué)基金、國家教委博士點基金、清華大學(xué)出版社學(xué)術(shù)專著出版基金。此外，對關(guān)心和鼓勵筆者完成本著作的老同學(xué)、校友和朋友衷心感謝；并對多年來寄來某些有關(guān)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(nèi)容概要

工程環(huán)境控制論是一門跨于傳統(tǒng)工程學(xué)、環(huán)境學(xué)、自動控制理論之間的橫向交叉學(xué)科，屬于技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科范疇，應(yīng)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(yīng)?？蓱?yīng)用于結(jié)構(gòu)抗震(振)、防災(zāi)、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(shù)或非技術(shù)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(jié)構(gòu)功能控制的應(yīng)用模式，涉及高層建筑、橋梁、汽車／飛機等結(jié)構(gòu)振動控制問題。書中特別提出：結(jié)構(gòu)反共振控制理論、結(jié)構(gòu)抗震液壓蓄能—伺服控制技術(shù)、魯棒控制與H∞優(yōu)化理論的應(yīng)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(yīng)控制的工程(技術(shù))主體及其交叉應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)計研究者，基本建設(shè)工程項目的決策／管理者。有關(guān)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(shè)施類等相應(yīng)工程技術(shù)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(xué)交叉學(xué)科建設(shè)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(shù)典型實例 　　1.3.1 高層建筑抗震抗風(fēng)自動控制 　　1.3.2 斜拉橋與懸吊橋抗風(fēng)控制裝置 　　1.3.3 可開合式空間結(jié)構(gòu) 　　1.3.4 水利工程控制技術(shù) 　　1.3.5 太陽能建筑新技術(shù) 　　1.3.6 智能建筑與環(huán)境系統(tǒng)技術(shù) 　1.4 工程環(huán)境效應(yīng)控制技術(shù)的應(yīng)用前景 　主要參考文獻 第2章 工程環(huán)境控制理論基礎(chǔ) 　2.1 工程環(huán)境觀測技術(shù)與分析方法 　　2.1.1 環(huán)境作用的基本性質(zhì)與類型 　　2.1.2 觀測試驗技術(shù) 　　2.1.3 數(shù)據(jù)關(guān)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(jié)構(gòu)功能設(shè)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(guān)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(jié)語 　2.5 廣義工程環(huán)境控制動力學(xué)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(jié)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(jié)語 　　本章結(jié)語 　　主要參考文獻 第3章 工程環(huán)境自動控制應(yīng)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(jīng)典控制算法的應(yīng)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(yīng)的疊加或迭加原理 　　3.1.4 復(fù)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(jié)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(yīng)用 　　3.3.5 根軌跡法的應(yīng)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(shù)的應(yīng)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(jié)構(gòu)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(guān)于計算機應(yīng)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(shù)在工程環(huán)境控制領(lǐng)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(jié)語 　　主要參考文獻 第4章 結(jié)構(gòu)控制動力學(xué)基礎(chǔ) 第5章 魯棒性控制與H∞／H2優(yōu)化理論的應(yīng)用原理 第6章 結(jié)構(gòu)混合控制技術(shù)的綜合研究 第7章 工程環(huán)境控制應(yīng)用導(dǎo)論

章節(jié)摘錄

插圖：3.從經(jīng)濟角度提出的問題社會環(huán)境因素特別是經(jīng)濟和法律因素對所有的工程建設(shè)都有制約作用。例如環(huán)境法、建設(shè)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(shè)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(lǐng)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(jié)果沒有也無法將環(huán)境效益與投資者的經(jīng)濟利益掛鉤。值得注意的一個問題是，在基本建設(shè)中工程規(guī)模和設(shè)計標準須與環(huán)境效應(yīng)和資源利用等方面協(xié)調(diào)發(fā)展。阻礙城市持續(xù)發(fā)展的往往是城市的基本設(shè)施系統(tǒng)（infrastructural system），這牽涉到城市規(guī)劃設(shè)計供能、供水、供電體系時，工程的設(shè)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(guān)，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(lǐng)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(jīng)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(xué)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(jīng)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(shù)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(shè)計時結(jié)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(yīng)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。現(xiàn)有的學(xué)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(chǔ)理論。1.建立小環(huán)境理論的需要在現(xiàn)有的環(huán)境科學(xué)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(zhì)世界”，或者說，“是指影響人類生存和發(fā)展的各種天然的經(jīng)過人工改造的自然因素的總體”。現(xiàn)有的環(huán)境科學(xué)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(yīng)的研究學(xué)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(xué)出版社出版的。

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