机电一体化系统设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:赵松年 编

出品人:

页数:251

译者:

出版时间:2004-1

价格:23.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111136897

丛书系列:

图书标签:

• 机电一体化
• 系统设计
• 自动化
• 控制工程
• 机械工程
• 电气工程
• 传感器
• 执行器
• 建模与仿真
• 工业自动化

复杂系统建模与仿真技术前沿：面向多学科交叉的理论与实践 作者： [此处填写作者姓名，例如：张伟、李明] 出版社： [此处填写出版社名称，例如：高等教育出版社、科学出版社] ISBN： [此处填写国际标准书号] 定价： [此处填写书籍定价] --- 内容提要 本书聚焦于当前工程领域中日益凸显的复杂系统建模与仿真技术，旨在为研究人员、高级工程师和高年级研究生提供一套系统、深入且具有前瞻性的理论框架与实践指导。随着信息技术、人工智能与传统工程学科的深度融合，传统的单一学科建模方法已难以应对跨领域、多物理场耦合的复杂系统挑战，如智能制造系统、能源互联网、生物医学工程以及先进航空航天器等。 本书的结构设计充分体现了对这一复杂性趋势的回应。它从基础的系统思维和数学建模理论出发，逐步深入到高级的仿真方法学、面向对象的系统描述，最终探讨了与新兴技术（如数字孪生、高保真度实时仿真）的集成应用。全书贯穿了“理论指导实践，实践反哺理论”的研究范式，强调建模的准确性、可验证性与可扩展性。 详细章节划分与内容概览 本书共分为八个主要部分，二十二个章节，内容层级分明，逻辑严密。 第一部分：复杂系统理论基础与建模哲学 (约占 15%) 本部分奠定全书的理论基石，重点阐述如何从哲学层面理解和定义“复杂系统”。 第一章：复杂系统的本质与特征： 探讨开放性、涌现性、非线性与自组织特性在工程系统中的体现。区分简单系统、复杂适应系统（CAS）与一般工程复杂系统。 第二章：系统建模的范式演进： 回顾从经验模型、物理模型到基于数据的混合模型的历史发展。引入系统论、控制论和信息论在现代建模中的交叉作用。 第三章：数学建模的基石：状态空间描述与变量选择： 深入探讨如何选择恰当的状态变量，建立最小阶或规范化的系统状态方程，为后续的微分方程、代数方程组（DAE）建立铺垫。 第二部分：多物理场与多领域建模技术 (约占 25%) 这是本书的核心技术章节之一，专注于如何处理不同物理域之间的相互作用。 第四章：连续系统建模：常微分方程（ODE）与偏微分方程（PDE）的精深应用： 详细讲解如何利用拉格朗日法、欧拉-拉格朗日法建立机械、热、流体系统的基础方程。 第五章：离散事件系统（DES）建模与Petri网： 针对生产流程、通信协议等具有明显状态跃变特性的系统，深入讲解基于事件驱动的建模方法，包括有色Petri网（CPN）的应用。 第六章：机电耦合与能量守恒建模： 重点剖析电磁场、力学、热学之间通过能量转换元件（如电机、传感器）的相互影响，如何利用统一的能量端口方法进行建模。 第七章：面向对象与面向组件的建模（Modelica/Dymola 视角）： 介绍如何使用 Modelica 等面向对象的语言，实现物理方程的模块化、可重用性封装，特别关注连接器（Connector）和流体回路的建模技巧。 第三部分：先进仿真算法与数值求解 (约占 20%) 有效的模型必须依赖于稳定、高效的数值求解器。本部分着重于算法的理论分析与工程实践。 第八章：刚性/半刚性系统的数值积分策略： 深入分析显式与隐式方法（如Runge-Kutta族、BDF方法），以及针对混合系统（代数约束与微分方程共存）的求解器选择与预处理。 第九章：不确定性处理与随机微分方程（SDE）： 讨论系统参数的内在不确定性，介绍Itô积分、Euler-Maruyama方法在可靠性分析和鲁棒性评估中的应用。 第十章：高效仿真技术：降阶模型（MOR）的构建： 针对高维、高复杂度的模型，介绍平衡截断法、模态分析法等，以平衡仿真精度与计算效率。 第四部分：面向数据的系统辨识与混合建模 (约占 15%) 强调数据驱动方法与机理模型的融合，这是现代工程系统仿真不可或缺的一部分。 第十一章：系统辨识的基础理论与方法： 从经典最小二乘法到子空间辨识（Subspace Identification）方法，讲解如何从输入/输出数据中估计系统参数或辨识模型结构。 第十二章：数据驱动模型的构建与验证： 聚焦于神经网络（NN）、高斯过程（GP）在系统建模中的应用，以及如何结合物理先验知识构建“白盒-灰盒-黑盒”的混合模型。 第十三章：模型校准与不确定性量化（UQ）： 介绍卡尔曼滤波、粒子滤波等方法在实时模型修正中的作用，以及如何评估模型输出结果的可靠区间。 第五部分：实时仿真与硬件在环（HIL）技术 (约占 10%) 本部分转向对仿真速度和交互性的要求，为硬件集成和快速原型开发提供技术支持。 第十四章：实时系统的约束与调度： 分析实时性指标（如抖动、延迟），以及如何对模型进行分解与并行化以满足硬实时要求。 第十五章：基于FPGA/GPU的加速仿真： 探讨如何利用并行计算架构对计算密集型的PDE求解或复杂控制算法进行加速。 第十六章：HIL测试环境的构建与验证流程： 详细描述HIL系统的架构，包括I/O接口、信号调理和系统级验证标准。 第六部分：数字孪生：下一代系统仿真平台 (约占 7%) 前瞻性地介绍当前最前沿的系统集成与生命周期管理工具。 第十七章：数字孪生（DT）的概念框架与关键技术： 阐述数据流、模型互操作性、生命周期集成等 DT 的核心要素。 第十八章：多尺度与多保真度模型的集成策略： 如何在同一 DT 框架下，集成宏观的系统级模型与微观的材料/物理过程模型。 第七部分：仿真结果的可视化与交互 (约占 5%) 第十九章：高级可视化技术： 介绍三维动画渲染、场量（如应力、温度场）的后处理技术，以及交互式参数探索界面设计。 第八部分：案例分析与实践指南 (约占 3%) 第二十章：[案例一] 复杂机构运动学与动力学协同仿真实践 第二十一章：[案例二] 能源管理系统中的多时间尺度建模与优化 第二十二章：仿真项目管理与规范化文档编写 --- 适读对象 本书特别适合以下读者群： 1. 工程研究人员： 致力于跨学科、复杂系统建模、控制理论与数值计算方向的研究学者。 2. 高级工程师与技术顾问： 需要为大型、高风险工程项目（如航空航天、精密装备、大型能源系统）建立高保真度仿真模型的设计与验证工程师。 3. 研究生（硕士与博士）： 需要系统学习现代仿真方法学，并进行前沿课题研究的学生。 撰写特色 本书的特点在于其深度和广度的有机结合。它不仅提供了坚实的数学和理论基础，更深入探讨了如何利用现代软件环境（如Modelica、MATLAB/Simulink、Python生态）来实现这些复杂的模型。全书注重理论的可证伪性和模型的工程实用性，拒绝空泛的概念炒作，力求每一章的推导和实例都具备可操作性。通过大量的工程化案例分析，读者将能掌握从抽象需求到具体可执行仿真代码的完整流程。

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这本书的封面设计得非常吸引人，那种深邃的蓝色调配上简洁的字体，一下子就给人一种专业而又充满科技感的印象。我原本是抱着学习机电一体化基础知识的目的来翻阅的，结果发现这本书的内容深度远超我的预期。它不仅仅停留在理论的讲解层面，而是非常注重实际应用中的系统集成问题。比如，在讲解传感器和执行器如何协同工作时，作者没有采用那种枯燥的教科书式罗列，而是通过几个非常贴近工业现场的案例，详细剖析了信号处理、数据同步以及故障诊断的复杂流程。读到关于嵌入式系统在运动控制中如何实现高精度闭环反馈的那一章时，我感觉自己仿佛置身于一个真实的实验室，跟着作者一步步调试代码，优化PID参数。特别是其中关于模糊控制在应对非线性系统时的优势分析，论述得极其透彻，几乎可以作为一篇高质量的硕士论文参考资料。整体而言，这本书的知识密度非常高，需要读者具备一定的电子电路和自动控制基础，但对于想深入钻研系统架构和软硬件接口的工程师来说，绝对是案头必备的宝典。

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我发现这本书的参考文献和引用的专业标准非常全面，这为我后续的深入研究指明了方向。在讨论特定功能模块的实现时，作者经常会引用国际标准（如ISO或IEC的相关规范），这极大地提升了书中内容的权威性和实用性。例如，在关于人机交互界面（HMI）的设计原则部分，书中不仅仅是简单地罗列了界面布局的要点，而是结合了最新的可用性工程研究成果，提出了针对复杂机电系统操作的“低认知负荷”设计策略。这对于我们这些需要设计面向操作员的控制面板的工程师来说，是非常宝贵的指导。另外，书中对“网络化控制”的探讨也令人印象深刻。它没有停留在传统的现场总线（如CAN或Profibus）的层面，而是前瞻性地分析了工业以太网和时间敏感网络（TSN）在未来高带宽、低延迟控制系统中的潜力与挑战。这本书无疑是站在当前技术前沿的，它不仅教授如何解决现有的问题，更引导我们思考未来的系统架构。

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这本书的写作风格非常注重逻辑的严谨性和论证的完整性。它不像有些入门书籍那样，为了追求易读性而牺牲了关键细节，而是保持了一种学术研究的高度。章节之间的衔接非常自然，前一个理论的提出总能为后续的系统实现提供坚实的理论支撑。我尤其欣赏作者在引入新的控制算法时，总是会先回顾一下经典算法的局限性，然后再循序渐进地引出新方法，这种对比论证的方法，极大地加深了我们对技术演进脉络的理解。例如，在介绍机器视觉在质量检测中的应用时，书中不仅展示了图像处理的基础算法，还深入探讨了如何将视觉反馈信息实时耦合到机械臂的运动控制器中，实现了动态跟踪和误差修正。这种从宏观架构到微观算法的层层递进，让读者在构建完整系统认知的同时，也掌握了实现具体功能的关键技术。这本书的阅读过程，与其说是学习知识，不如说是在进行一次严谨的工程思维训练。

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这本书的实践导向性非常强，每一个理论讲解后，几乎都能找到对应的软硬件实现思路。我特别喜欢书中关于“模块化设计”和“可重构性”的论述。作者反复强调，现代机电一体化系统的核心竞争力在于其快速适应不同应用场景的能力。书中提供了一套设计模式，教导读者如何将底层驱动、核心算法和上层业务逻辑进行清晰的解耦。在介绍功率电子器件选型和热管理策略的部分，作者的讲解非常务实，他没有回避高功率密度带来的散热难题，而是详细对比了液冷、风冷以及相变材料在不同应用场景下的优缺点和成本效益分析。这对于预算和空间都受限的实际项目来说，是极其重要的参考信息。总而言之，这本书并非仅仅是一本理论手册，它更像是一位资深系统架构师倾囊相授的实战经验集，它教会我们如何从一个宏大的目标出发，系统性地分解、设计并最终落地一个复杂、可靠的机电一体化解决方案。

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这本书的排版和插图质量堪称一流，这一点在技术书籍中是相当难得的。很多涉及复杂机械结构和电气原理图的章节，作者都配上了高清、多角度的剖视图和流程图，使得那些抽象的概念一下子变得直观易懂。我记得有一部分内容详细描述了多轴联动平台的设计考量，书中不仅给出了数学模型，还配上了三维建模的渲染图，清晰地展示了各个关节的自由度和约束条件。我之前在实际项目中遇到过类似的运动轨迹规划难题，看了这里的分析后，茅塞顿开。尤其是作者在讨论“系统健壮性设计”时的那几页，简直是经验之谈的结晶。他没有回避实际工程中常见的电磁干扰、温漂等“脏问题”，而是提供了切实可行的滤波和冗余设计方案。相比于市面上那些只讲理想情况的书籍，这种直面挑战的态度让我对作者充满了敬意。这本书的价值，很大一部分就体现在这些“避坑指南”式的细节处理上。

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