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出版者:Prentice Hall

作者:James B. Dabney

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:2003-11-7

价格:USD 120.40

装帧:Paperback

isbn号码:9780131424777

丛书系列:

图书标签:

• Simulink
• Matlab
• Engineering
• Simulink
• 模型仿真
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• 工程仿真
• 系统建模
• 自动控制
• 嵌入式系统
• 算法开发

踏浪而行：探索物理世界建模的奥秘 你是否曾对复杂系统的运转机制感到好奇？从日常生活中触手可及的汽车、飞机，到精密复杂的工业机器人、能源网络，再到生命科学领域里的基因调控、生理信号，一切皆由无数相互关联的组件构成，以动态的方式演变。如何捕捉这些纷繁复杂的“运动轨迹”，理解它们的行为模式，甚至预测它们的未来走向？《踏浪而行：探索物理世界建模的奥秘》正是为你揭示这层神秘面纱的指南。 本书并非一本僵化的技术手册，而是一场引人入胜的探索之旅。它将带领你深入理解“建模”这一强大的思维工具，学会如何将现实世界中的物理现象抽象化、数学化，从而构建出能够模拟、分析和优化这些系统的数字模型。我们将不仅仅停留在理论层面，更会通过一系列精心设计的案例，让你亲手体验建模的乐趣与力量。 第一篇：建模的基石——概念与思维的启蒙 在踏上建模的旅程之前，建立正确的观念至关重要。本篇将从最基础的概念出发，为你奠定坚实的理论基础。 什么是模型？模型的本质与价值。 我们将从哲学层面探讨模型的意义，理解它并非是对现实的完美复刻，而是抓住关键特征，抓住事物内在规律的简化与抽象。你将明白，模型的价值在于其能够帮助我们降低认知复杂度，预测未知，并进行决策。我们还将区分不同类型的模型，如描述性模型、预测性模型、优化模型等，让你了解它们各自的应用场景。 从现实到数学：抽象与符号化的艺术。 物理世界的现象往往是连续的、连续变化的，而计算机只能处理离散的信息。如何将连续的物理过程转化为计算机可以理解的数学语言，是建模的核心挑战之一。我们将介绍几种常用的数学工具，如微分方程、差分方程、状态空间表示等，并详细讲解如何从物理定律、经验观察中提炼出这些数学关系。例如，在模拟自由落体的过程中，我们如何从牛顿第二定律出发，推导出描述其速度和位置随时间变化的微分方程。 系统思维：看见关联，理解动态。 任何复杂的系统都是由相互作用的子系统组成的。理解这些子系统之间的连接方式、能量流动、信息传递，是构建准确模型的前提。本篇将引导你培养系统思维，学会识别系统的输入、输出、状态变量以及反馈机制。我们将通过一些简单的物理系统，如弹簧-质量-阻尼系统，来演示如何识别各个组件的功能，以及它们如何相互影响，共同构成一个整体的动力学行为。 数据驱动与理论驱动的融合。 现代建模离不开数据。本篇将探讨如何利用实验数据来验证、校准和改进模型。同时，我们也强调理论在建模中的重要性，如何利用已有的物理知识来指导数据分析，避免“盲人摸象”。你将了解到，一个优秀的模型往往是理论与数据完美结合的产物。 第二篇：建模的实践——工具与方法的运用 理论的海洋固然广阔，但只有付诸实践，才能真正领略建模的魅力。《踏浪而行》将为你提供一系列切实可行的建模方法和工具，让你能够将抽象概念转化为可执行的模拟。 块图建模：可视化你的系统。 对于许多工程师和科学家而言，块图（Block Diagram）是一种直观且强大的建模方式。本篇将深入讲解块图建模的核心思想，如何将复杂的数学方程分解成基本的数学运算块（如积分、加法、乘法等），并通过信号流的形式将它们连接起来，形成一个描述系统动态行为的图形化表示。我们将以一个简单的RC电路为例，演示如何将其分解成电阻、电容、电压源等基本块，并通过信号流连接，构建出描述其电压和电流动态的块图模型。 状态空间建模：深度洞察系统内涵。 状态空间表示法是描述线性系统动力学特性的另一种重要方法。本篇将详细讲解状态空间方程的组成，即状态方程和输出方程，以及如何利用它们来分析系统的稳定性、可控性和可观测性。我们将以一个机械臂的运动控制为例，展示如何构建其状态空间模型，并分析其运动轨迹的特点。 离散时间模型：数字世界的模拟。 随着数字控制技术的飞速发展，离散时间模型在工程界变得越来越重要。本篇将讲解如何将连续时间系统转化为离散时间系统，以及离散时间模型的分析方法，如Z变换等。你将了解到，大多数数字控制系统实际上是在离散的时间步长上运行的。 仿真与分析：从模型中挖掘信息。 构建模型只是第一步，更重要的是如何通过仿真来理解模型的行为，并从中提取有价值的信息。本篇将介绍各种仿真技术，如欧拉法、龙格-库塔法等数值积分方法，以及如何选择合适的仿真步长以保证仿真精度。我们还将探讨如何进行参数分析、灵敏度分析，以及如何通过仿真结果来评估系统的性能。 第三篇：建模的应用——跨越领域的实践案例 理论与工具的学习最终是为了解决实际问题。本篇将通过一系列跨越不同领域的应用案例，让你看到建模的强大之处，激发你的创新思维。 机械动力学：从宏观到微观的运动模拟。 无论是汽车的悬挂系统、飞机的气动布局，还是人体的运动学，机械动力学模型都能帮助我们理解和优化其性能。我们将以一个多自由度机械臂的仿真为例，展示如何考虑惯性、阻尼、外力等因素，模拟其复杂运动轨迹，并分析其受力情况。 电路与信号处理：电子世界的脉动。 电路是现代电子设备的基础，信号处理则是信息传输和处理的关键。本篇将展示如何构建复杂的电路模型，模拟信号的传输、滤波、放大等过程，并探讨数字信号处理在图像、音频等领域的应用。 控制系统设计：让系统“听话”的艺术。 控制系统是使自动化设备按照预定目标运行的核心。我们将从PID控制器开始，逐步深入到更复杂的先进控制策略，如模型预测控制。通过仿真，你将直观地看到一个精心设计的控制器如何稳定一个不稳定的系统，或使系统达到期望的性能。 热力学与流体力学：理解能量与流动的奥秘。 从热交换器的设计到天气预报的模拟，热力学和流体力学模型在能源、环境等领域发挥着至关重要的作用。本篇将介绍如何构建简单的热传导模型，以及如何模拟流体的运动，理解其行为特性。 生物医学建模：生命的动态图景。 生命系统是一个极其复杂的动态网络。本篇将初步探讨如何利用建模技术来理解生物过程，例如模拟药物在体内的代谢过程，或者分析心电图等生理信号的动态变化。 第四篇：进阶之路——探索建模的无限可能 《踏浪而行》并非止步于基础，更将为你指明进阶的方向，让你能够不断拓展建模的边界。 非线性系统建模：挑战与突破。 许多现实世界的系统都表现出非线性行为，这使得建模更加复杂。本篇将介绍一些处理非线性系统的常用方法，以及理解非线性现象的挑战。 多物理场耦合建模：全方位理解。 现实世界中的系统往往不是孤立的，它们可能同时受到机械、热、电、磁等多种物理场的影响。本篇将介绍如何进行多物理场耦合建模，从而获得对系统更全面、更深入的理解。 优化与逆向建模：从结果反推原因。 除了预测系统行为，建模还能帮助我们找到最优的设计参数，或从观测到的结果反推出系统的内部机制。本篇将介绍一些优化算法和逆向建模的技术。 面向未来的建模趋势：人工智能与建模的融合。 随着人工智能技术的蓬勃发展，它正以前所未有的方式与建模相结合。本篇将展望人工智能在模型构建、参数优化、数据分析等方面的潜力，以及它们将如何改变我们理解和设计复杂系统的未来。 《踏浪而行：探索物理世界建模的奥秘》是一本旨在激发你对科学探索的热情，培养你解决复杂问题的能力的著作。它将引导你用一种全新的视角去看待我们周围的世界，让你成为那个能够驾驭数据、理解规律、创造未来的“模型建造者”。无论你是初入科学殿堂的学生，还是经验丰富的工程师，亦或是对世界充满好奇的探索者，本书都将是你不可或缺的伙伴。让我们一起，踏浪而行，在建模的海洋中，发现无限的可能！

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老实说，初接触《Mastering Simulink》时，我曾担心其难度会过于劝退。毕竟Simulink的生态系统庞大复杂，很多教程往往只触及皮毛。然而，这本书的叙事节奏把握得非常精准，它构建了一个循序渐进的学习路径。首先从基础的信号流和算术运算入手，然后逐步引入了状态估计、优化算法的应用，直到最后深入到Simscape等多物理场建模环境的集成。让我感到惊喜的是，作者并没有回避Simulink在处理复杂非线性、强耦合系统时的局限性，反而提供了一系列克服这些挑战的工程实践方法论。例如，在处理碰撞检测和接触力模型时，书中所展示的结合MATLAB函数和Simulink模块的混合建模策略，为我解决当前项目中的一个棘手问题提供了全新的思路。这本书的价值体现在，它教会了读者如何像一个经验丰富的老工程师那样去思考和设计模型，而不仅仅是像一个学生那样去完成作业。

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这本《Mastering Simulink》真是让人眼前一亮，它不仅仅是一本操作手册，更像是一本深谙数字建模艺术的指南。我原本以为Simulink只是一个用来搭积木、画流程图的工具，但这本书彻底颠覆了我的认知。作者对系统建模的理解深入骨髓，从最基础的模块连接到复杂的非线性系统仿真，每一步都讲解得如同庖丁解牛般清晰。特别是关于状态空间表示法和传递函数的对比分析，让我对系统动力学的理解提升到了一个全新的高度。书中大量的实例，涵盖了机械、电气、控制等多个领域，不仅仅是展示了“怎么做”，更阐述了“为什么这么做”背后的数学原理。我特别欣赏作者在讲解高级功能，比如S函数（S-Function）编写时所展现的耐心和严谨，即便是对于初学者，也能在跟随示例的过程中，逐步掌握C/C++与MATLAB/Simulink高效集成的奥秘。这本书的价值在于，它成功地架起了一座理论知识与工程实践之间的桥梁，读完之后，我感觉自己不再是被动地使用软件，而是真正地掌控了仿真世界。

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这本书的排版和图示质量也值得称赞，它用直观的视觉语言弥补了纯文本描述的枯燥。我特别喜欢作者在讲解仿真参数设置（Configuration Parameters）时所做的详尽对比图，特别是对不同求解器（如ODE45、ode23t、BDF等）在处理刚性系统时的性能差异分析，非常有参考价值。我过去总是盲目选择默认设置，导致仿真收敛缓慢甚至报错，但这本书让我明白了每种求解器背后的数值积分算法逻辑，从而能够根据系统的特性选择最优解。书中对于“代码生成”环节的介绍也相当深入，它不仅仅停留在生成C代码的表面，还深入探讨了实时性要求下的代码优化技巧和数据类型选择对最终执行效率的影响。这对于后续需要将Simulink模型部署到嵌入式硬件平台进行HIL测试或FPGA实现的设计人员来说，是极其宝贵的经验总结。这本书的实用性和前瞻性结合得恰到好处。

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这本书无疑是Simulink领域内的一部里程碑式的著作。它的深度远超那些仅限于介绍GUI操作和基本模块调用的入门书籍。我最欣赏的一点是作者对仿真验证和不确定性分析（Uncertainty Quantification）的重视。在现代工程领域，仅仅得到一个确定性的仿真结果是不够的，我们必须量化模型输出结果的可靠性。书中详细讲解了如何利用Simulink Design Verifier进行形式化验证，以及如何通过蒙特卡洛分析来评估参数变化对系统性能的影响。这种对工程严谨性的坚持，使得这本书的结论和建议具有极高的可信度。它不仅仅是关于如何“运行”仿真，更是关于如何“信任”仿真结果。对于需要进行规范化设计和安全认证的行业（如航空航天、汽车控制），这本书中蕴含的方法论是不可或缺的知识财富。总而言之，这是一部扎实、全面、且极富洞察力的专业参考书。

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阅读完《Mastering Simulink》之后，我的第一感受是，终于找到了一本真正能帮助我从“会用”到“精通”的资料。这本书的行文风格非常沉稳且具有说服力，不像市面上很多教材那样堆砌概念，而是紧密围绕解决实际工程问题来组织内容。我印象最深刻的是关于模型复杂性管理的章节，作者提出了一套非常实用的分层建模策略，这对于我们团队目前面临的大型项目建模难题简直是雪中送炭。他们详细剖析了如何利用子系统、模型引用（Model Referencing）以及掩膜（Masking）技术来保持模型的可读性和可维护性，这一点在团队协作中至关重要。此外，书中对离散化方法（如零阶保持器和一阶保持器）的差异化讨论，让我对数字控制器设计中的精度损失有了更直观的认识。如果说其他书籍只是告诉你工具在哪里，那么这本书则是在告诉你，在特定场景下，应该用哪种工具，以及为什么。这本书的深度和广度，绝对值得任何严肃的控制工程师和建模人员投资时间。

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相当出色的指导书，详细透彻地帮助读者masterbating simulink 不。。不。。Mastering simulink

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