Modelling And Simulation of Engineering Systems Through Bondgraphs pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Morgan & Claypool

作者:Mukherjee, Amalendu/ Karmakar, Ranjit

出品人:

页数:489

译者:

出版时间:

价格:$64.95

装帧:HRD

isbn号码:9781842650080

丛书系列:

图书标签:

• Bond Graph
• Modeling
• Simulation
• Engineering Systems
• Dynamic Systems
• Control Systems
• Mechanical Systems
• Electrical Systems
• Thermal Systems
• System Dynamics

好的，这是一本关于工程系统建模与仿真的图书简介，内容侧重于系统动力学、控制理论、以及先进的仿真技术，但不涉及“Bondgraphs”这一特定方法。 --- 图书名称：系统动力学与工程仿真：基于集成模型的分析与设计 内容简介 概述 本书深入探讨了现代工程系统分析与设计所需的核心理论与实践方法，重点聚焦于系统动力学建模、多域物理现象的集成化处理，以及基于先进仿真平台的验证与优化。在当今复杂工程系统（如机电一体化、能源系统、生物医学工程等）日益相互耦合的背景下，传统的孤立建模方法已无法满足需求。本书旨在提供一个全面且实用的框架，使读者能够构建高保真度的系统级模型，并利用这些模型进行性能预测、故障诊断和控制策略的开发。 核心主题与结构 全书分为五个主要部分，层层递进，从基础理论过渡到高级应用： 第一部分：工程系统的基础建模理论 本部分奠定了系统级建模的理论基石。我们首先回顾了经典控制理论中的状态空间表示法，强调了其在处理线性定常系统（LTI）时的强大能力。随后，深入讲解了非线性动力学系统的建模挑战，包括如何识别和描述系统中的摩擦、间隙、饱和等物理非线性。 重点内容包括： 系统分解与抽象： 如何将复杂的物理系统拆解为可管理的子系统，并使用统一的数学语言描述其输入、输出和内部状态。 能量守恒原理的应用： 探讨如何基于能量流动的基本物理定律来构建模型的结构化表示，而非仅仅依赖于经验公式。 多域耦合的建模基础： 介绍机械、电气、热力学等不同物理域之间相互作用的数学描述，为后续的集成建模做好准备。 第二部分：集成化系统建模方法 本部分是本书的核心，专注于如何构建能够统一描述多物理域相互作用的集成模型。我们详细介绍了基于微分代数方程（DAE）的建模范式，这是描述约束多体动力学和复杂电路系统的标准工具。 约束系统的建模： 详细阐述了多体动力学（MBD）中的约束方程的建立与求解，特别关注如何处理高阶导数的约束，并讨论了如何有效处理刚体与柔体系统的耦合。 灵活体动力学（FBD）： 针对工程实践中不可忽视的结构柔性效应，本书介绍了模态分析与系统级集成的方法，展示了如何将柔性元件的动态行为准确地融入到整个系统模型中。 模型的可移植性与互操作性： 讨论了标准建模语言（如基于块图的结构化描述）在跨学科项目中的应用，以及如何确保不同物理域模型之间的数据交换和一致性。 第三部分：高级仿真技术与求解器 高质量的仿真依赖于高效且可靠的数值求解技术。本部分着重于解析和评估不同的数值积分方法及其在工程系统仿真中的适用性。 刚性（Stiffness）问题分析： 识别仿真模型中的“刚性”特性，并讨论显式和隐式方法（如BDF、Runge-Kutta族）的选择标准。 实时仿真与硬件在环（HIL）： 针对需要快速响应的控制系统设计，本书详细介绍了如何将系统模型转化为可以在实时硬件上运行的代码，并讨论了固定步长与可变步长求解器在HIL环境下的权衡。 不确定性量化（UQ）： 探讨了在模型参数存在不确定性时，如何通过蒙特卡洛模拟、概率分析等方法来评估系统性能的鲁棒性，从而指导安全裕度的设计。 第四部分：模型驱动的控制系统设计 仿真模型不仅用于分析现有系统，更是设计先进控制策略的虚拟试验台。本部分将系统模型与控制理论紧密结合。 控制器的集成建模： 展示如何将PID控制器、状态反馈控制器、以及模型预测控制器（MPC）直接嵌入到系统动力学模型中，进行端到端的仿真验证。 参数优化与自动调谐： 利用仿真环境，介绍如何通过优化算法（如遗传算法、梯度下降法）自动调整控制器增益或系统结构参数，以满足特定的性能指标（如带宽、超调量）。 故障检测与隔离（FDI）： 探讨如何利用残差生成技术，在系统模型的基础上设计基于模型的故障检测算法，并验证其对特定故障模式的敏感性和可靠性。 第五部分：案例研究与应用 最后，本书通过一系列详细的工程案例，展示了前述理论与方法的实际应用。这些案例涵盖了多物理场耦合的复杂场景，旨在巩固读者的应用能力。 机电耦合系统案例： 以高精度伺服驱动系统为例，分析机械结构柔性、电机电磁特性与反馈控制的相互影响。 能源系统的动态特性： 针对混合动力车辆或智能电网中的能量存储单元，研究其在负载变化下的热力-电气耦合动态行为。 系统级验证与标定： 阐述了如何利用实验数据对仿真模型进行校准（Calibration）和验证（Validation）的迭代过程，确保模型的预测能力符合实际工程要求。 目标读者 本书适用于从事机械工程、电气工程、航空航天、自动化控制、能源工程等领域的工程师、研究人员以及高年级本科生和研究生。读者应具备基础的微分方程、线性代数知识和基本的系统工程概念。通过本书的学习，读者将能够独立构建复杂的工程系统级模型，并利用先进的仿真工具链进行深入的分析、设计与优化工作。 ---

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