Mechatronic Modeling and Simulation Using Bond Graphs pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Das, Shuvra

出品人:

页数:504

译者:

出版时间:2009-1

价格:$ 146.84

装帧:

isbn号码:9781420073140

丛书系列:

图书标签:

• 机电系统
• 建模
• 仿真
• Bond图
• 控制系统
• 动力学
• 系统工程
• 物理建模
• 仿真软件
• 工程仿真

《机电系统建模与仿真：基于键图方法》 本书深入探讨了机电系统的建模与仿真技术，尤其聚焦于强大的键图（Bond Graph）方法。作为理解和分析复杂机电一体化系统的关键工具，键图方法以其直观、通用的表示能力，能够有效地连接不同物理领域（如机械、液压、电气、热力等）的能量流和信息流，从而为系统建模提供了一种统一的框架。 本书内容概要： 本书旨在为读者提供一套系统、深入的学习路径，从键图方法的基础理论到实际应用，再到高级仿真技术的集成。 第一部分：键图方法基础 能量守恒与功率流： 深入解析键图方法的核心——基于功率守恒原理。介绍基本元件（R, C, I, J, G, MTU）及其对应的数学模型，以及它们如何代表物理系统中的阻力、储能、惯性、力/速度转换、电压/电流转换等基本功能。 基本元件与连接： 详细阐述各种基本元件的物理意义，例如电阻（R）代表耗能元件（如摩擦、阻尼），电容（C）代表储能元件（如弹簧、电容），惯性（I）代表储能元件（如质量、电感），以及它们在不同物理领域中的对应关系。 功率流的表示： 学习如何通过键（Bond）来表示能量在不同元件之间的流动，以及功率的计算方式。理解0-键和1-键在表示串联和并联连接中的作用。 合成元件与复杂系统： 介绍如何通过组合基本元件来构建更复杂的系统，例如变压器（TF）和旋转变压器（RTR）用于描述耦合关系，以及它们如何处理不同物理域之间的比例或反比关系。 控制元件： 讲解控制元件（如信号源、传感器）在键图模型中的表示方式，以及它们如何引入外部输入或测量内部状态。 模型构建流程： 提供一套完整的键图模型构建流程，包括系统识别、元件选择、连接建立、变量定义和方程推导。 第二部分：机电系统建模实例 机械系统： 涵盖了从简单的弹簧-质量-阻尼系统到复杂的齿轮传动、悬挂系统、机器人关节等机械部件的键图建模。重点分析摩擦、碰撞、非线性特性等常见机械现象的建模方法。 液压与气动系统： 演示如何使用键图方法对液压缸、液压马达、阀门、管路阻尼等液压和气动元件进行建模。关注流体动力学特性、压力损失、流量控制等问题。 电气与电子系统： 介绍电阻、电感、电容、二极管、晶体管等基本电子元件的键图表示，以及如何构建交流/直流电路、电源系统、电机驱动等电气系统模型。 热力系统： 探讨热传导、热对流、热辐射等热力过程的键图建模，以及如何将其与其他物理域耦合，例如电机冷却、发动机热管理等。 多领域耦合系统： 本部分是本书的重点之一，将详细展示如何利用键图的统一框架，将上述不同领域的模型进行有效的耦合。例如，建模一个包含电机、齿轮箱、液压执行器和控制器的机器人系统，或一个带有发动机、变速器、驱动轮的车辆动力学系统。通过键图，可以清晰地展现能量在机械、电气、液压等子系统之间的传递与转换。 第三部分：仿真与分析 方程推导与简化： 介绍如何从键图模型自动或半自动地推导出系统的微分方程。讨论模型简化技术，以减少计算量并突出系统关键动态特性。 仿真工具介绍： 介绍主流的机电系统仿真软件，如MATLAB/Simulink（结合Simscape Electrical, Simscape Driveline, Simscape Fluids等工具箱）、AMESim、MapleSim等，并演示如何将键图模型导入这些平台进行仿真。 仿真结果分析： 学习如何解释仿真结果，包括瞬态响应、稳态响应、频率响应等。分析系统的性能参数，如动态稳定性、响应速度、能量效率等。 参数辨识与模型校准： 介绍如何利用实验数据对模型参数进行辨识，以提高模型的精度和预测能力。 敏感性分析与鲁棒性评估： 探讨如何通过仿真分析模型参数对系统性能的影响，评估系统的鲁棒性，并为系统设计提供优化方向。 故障诊断与容错控制： 演示如何利用键图模型进行故障注入和分析，从而设计故障检测和容错控制策略，提高系统的可靠性。 第四部分：高级主题与前沿应用 非线性建模： 深入研究如何使用键图方法处理复杂非线性元件和系统，例如滞回、饱和、间隙等。 多体动力学与键图： 探讨键图方法在多体动力学建模中的应用，特别是与刚体动力学和柔性体动力学的结合。 实时仿真与硬件在环（HIL）： 介绍键图模型如何应用于实时仿真和硬件在环测试，以支持嵌入式控制器开发和系统集成验证。 优化设计与逆向建模： 讨论如何利用键图模型进行系统性能优化设计，以及如何通过实验数据进行逆向建模，推断系统结构和参数。 人工智能与键图集成： 探讨将机器学习、深度学习等人工智能技术与键图模型相结合，以实现更智能化的系统建模、预测和控制。 本书特色： 系统性强： 从基础理论到高级应用，层层递进，构建完整的知识体系。 实践导向： 大量结合工程实际案例，帮助读者理解抽象概念在真实世界中的应用。 工具性强： 引导读者熟练掌握利用现有仿真软件进行键图建模和仿真的能力。 前瞻性： 涵盖了当前机电系统建模与仿真领域的一些前沿研究方向。 本书适合于从事机电一体化系统设计、仿真、控制的工程师、研究人员，以及相关专业的高年级本科生和研究生。通过学习本书，读者将能够掌握一种强大而通用的工具，有效地解决复杂机电系统的建模与仿真挑战。

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我必须说，这本书的逻辑构建实在是太精妙了，它不是那种将所有知识点一股脑砸给你的教科书。作者显然深谙循序渐进的艺术，从最基础的物理概念出发，然后逐步引入更复杂的系统建模方法。我尤其欣赏它在引入新概念时所采用的“铺垫”技巧，总是在读者感到困惑之前，就已经通过一个非常直观的类比或一个简化的案例给出了强有力的支撑。这种教学设计思路，让我在面对看似深奥的理论时，没有感到丝毫的畏惧，反而充满了探索的欲望。读完其中关于能量守恒和广义力学的章节后，我感觉自己对整个物理世界的运作方式都有了一种新的理解框架，那种豁然开朗的体验，是很多其他同类书籍都未能提供的。这种行文的流畅性和知识的内在连贯性，体现了作者深厚的学术功底和卓越的教学能力。

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这本书的排版和设计简直是一场视觉的盛宴，装帧的质感拿在手里就知道是下了功夫的。从书脊的触感到封面的哑光处理，都透露着一种专业和严谨。特别是插图的印刷质量，色彩的还原度极高，那些复杂的机械结构和流程图在纸面上呈现得异常清晰，每一个细节的线条都锐利得让人赞叹。我之前读过一些技术书籍，往往图文排布得比较拥挤，阅读起来非常费劲，但这本书的留白恰到好处，眼睛在不同的段落和图表之间切换时感觉非常舒适，长时间阅读也不会产生强烈的疲劳感。而且，作者对章节标题和子标题的字体选择也非常考究，既保证了信息层级的清晰划分，又没有那种刻板的教条感，读起来反而有一种沉浸在精心策划的展览中的感觉。这种对物理载体的重视，远超了我对一本纯粹技术手册的预期，它更像是一件值得收藏的艺术品，展示了出版方对知识载体本身的尊重。

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语言风格方面，这本书展现出了一种罕见的平衡感，既有理工科特有的精确和不容置喙的严谨性，又意外地融入了一种近乎散文的叙事魅力。作者在解释某些关键的数学推导时，常常会穿插一些关于“为什么选择这种视角来看待问题”的哲学思考，这让冰冷的公式和方程仿佛被赋予了生命和目的。我常常在阅读那些冗长的数学证明时，会被作者的文字引导到更深层次的理解层面，而不是机械地验证符号的等价性。这种文笔的细腻和对读者心境的体察，使得阅读体验不再是枯燥的“信息摄入”，而更像是一场与一位富有洞察力的导师进行的高质量对话。它成功地将工程学的实用性与人文科学的思辨性巧妙地融合在了一起。

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这本书的实用性达到了一个令人咋舌的高度，简直就像是为实际工程项目量身定制的工具箱。作者并没有仅仅停留在理论的推演上，而是将大量的篇幅投入到实际案例的剖析中，这些案例的选择极具代表性，涵盖了从简单的机械臂到复杂的传动系统等多个领域。更让我惊喜的是，书中对于仿真软件操作的描述，虽然不直接提供软件界面的截图，但其对模型构建步骤的文字描述详尽到令人发指的程度，每一步的输入参数、边界条件的设置，都交代得清清楚楚，这使得即使是初次接触特定仿真环境的读者，也能快速上手，将书本上的理论转化为可运行的代码或模型。这种从理论到实践的无缝衔接，极大地提高了知识的转化效率，让这本书的价值远超纯粹的理论参考书。

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书中对系统分析方法的探讨，展现出了一种超越时代的宏观视野。它不仅仅关注于“如何解题”，更深入地探讨了“如何定义问题”。特别是在系统分解和抽象化建模的部分，作者提出了一系列极具启发性的原则和检验标准。我发现，书中许多关于如何处理多领域耦合、如何确定模型简化程度的论述，放在今天来看，依然是指导前沿系统设计的不二法门。它教导的不是固定的公式，而是一种思维模式——一种能够适应未来技术变革的、具有高度适应性的分析哲学。这种对底层方法论的深刻挖掘，使得这本书即便在技术不断迭代的今天，其核心价值也几乎没有贬值，它提供的知识基石，足以支撑读者应对未来十年内出现的绝大多数复杂工程挑战。

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