前言

许多流体技术领域如液压、气动技术、矿山管网系统、石油化工的压缩机管路及医学的血流动力学等都有大量的流体传输问题需要解决。正确设计和合理使用流体动力和流体控制系统，研究管内流体传动、瞬变问题，无论在理论上还是在实际应用上，都十分重要。本书针对流体网络研究中存在用线性化方法研究非线性系统、分支模型非等价近似等难以反映系统特性的问题，研究流体网络的建模、分析与控制。本书的主要内容包括：

（1）流体网络非线性控制建模。针对目前流体网络模型难以反映系统特性的问题，根据流体网络分支间流量和压力相互影响的动力学特性，将Kirchhoff电流电压定律、图论原理和每一分支的流体动力学方程（微分方程）引入流体网络的建模中，建立了流体网络的多变量非线性全阶模型，其中分支的模型利用不可压缩的Navier-Stokes方程来建立；由于网络分支的流体流量是相互依赖的，根据电路图论原理可以找到系统的最少独立分支（连支）即网络动态的最小实现，据此建立了系统的降阶模型，该模型反映了流体运动的非线性本质。

（2）非线性控制器设计。分别基于反馈线性化对全阶模型和降阶模型进行了非线性控制器设计，降阶模型控制器设计只通过连支就可实现对流体网络所有分支的控制；在此基础上通过控制分配解决了输入受限下反馈线性化控制器设计，仿真结果表明，设计的控制器能使矿井通风流体网络的流量和压力快速地收敛于其参考值，风量控制准确率除了分支1为98.11%，其他均超过99%，实现了流体网络的精确控制。

（3）针对流体网络流量按需分配的要求，提出了一种改进的和声搜索算法对流体网络的流量分配进行优化计算。仿真结果显示，优化后单风机通风流体网络总能耗降低了3225W，其下降幅度约为3.81%；多风机通风网络总能耗降低了17779W，其下降幅度约为6.76%。把优化后的压力和流量作为参考值代入前述模型进行控制器设计，求解最小分支阻力，这些阻力可以为流体网络建设和改造提供参考，从而实现流体网络优化、控制及建设的一体化设计。

（4）针对血液循环这一特殊的周期性受迫流体网络，建立了非线性微分方程的流体网络模型，采用平均法首次给出血流量的高次谐波解，利用一次谐波解分析了某些血管循环疾病的形成过程；对脑循环（Willis环）进行建模和10次谐波求解，仿真结果显示，脑循环18条分支的变化和临床观察到的血流改变现象一致，从而验证了所建模型的正确性。

（5）利用第2章流体网络建模方法建立了脑循环（Willis环）网络模型，基于反馈线性化进行控制器设计，研究了脑梗塞、颈动脉狭窄、椎动脉狭窄和动静脉畸形4种病变相关分支的阻力和流量的变化过程，基于病变数据的仿真验证了所建模型的正确性，为脑循环疾病的治疗提供了依据，并提出了通过药物、手术和针灸等治疗手段实现上述控制的基本方法。

由于作者水平有限，书中不妥及错误之处在所难免，还望读者批评指正。

作者