Modeling and Simulation In SIMULINK for Engineers and Scientists pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Nuruzzaman, Mohammad

出品人:

页数:240

译者:

出版时间:2005-1

价格:$ 22.54

装帧:

isbn号码:9781418493837

丛书系列:

图书标签:

• Simulink
• Modeling
• Simulation
• Engineering
• Science
• MATLAB
• Control Systems
• Signal Processing
• Dynamic Systems
• Mathematical Modeling
• Numerical Methods

好的，这是一份关于一本名为《工程与科学中的SIMULINK建模与仿真》的图书的简介，内容详实且不包含原书的任何信息： --- 《数字孪生与系统级设计：面向下一代工程实践的理论与应用》 图书简介 在当前复杂的工程与科学研究领域，系统的行为往往表现出高度的非线性和时变性。传统依赖于解析解或简化模型的分析方法，在面对大型、多物理场耦合系统时已显得力不从心。本书《数字孪生与系统级设计：面向下一代工程实践的理论与应用》旨在为工程师、研究人员及高级学生提供一套系统化的框架和实用工具，以应对现代工程挑战，特别是在系统级建模、虚拟验证与实时优化方面。 本书的核心思想是构建“数字孪生”——一个与物理实体实时映射、动态演化的虚拟模型，并将其深度融入到整个产品生命周期管理（PLM）之中。我们聚焦于如何利用先进的计算方法，实现从概念设计到运行维护的全过程仿真验证，从而显著缩短开发周期，提升系统可靠性与性能。 第一部分：系统建模的理论基石与方法论 本部分首先深入探讨了系统建模的哲学基础与核心方法论。我们强调“自顶向下”的设计范式，并详细介绍了如何根据系统的复杂度和所需的保真度（Fidelity）来选择合适的抽象层次。 面向对象与面向组件的建模范式： 介绍了如何将复杂的物理系统解构为可重用、标准化的组件。重点分析了UML（统一建模语言）及其在系统工程中的应用，以及如何利用接口描述语言来确保不同模型之间的兼容性。 多速率与多域系统表示： 现代系统往往涉及机械、电气、流体和控制等多个物理领域，且各子系统的工作频率不一。本书详细阐述了如何构建能够有效处理多速率离散事件和连续动态的统一模型，尤其关注事件驱动（Event-Driven）与基于状态（State-Based）模型的混合描述方法。 不确定性量化与鲁棒性分析： 现实世界的数据和参数总存在不确定性。本章系统介绍了参数不确定性对系统性能的影响评估技术，包括蒙特卡洛模拟、概率区间分析以及如何运用不确定性传播模型（Uncertainty Propagation）来指导系统设计，确保设计的鲁棒性。 第二部分：高级仿真技术与计算加速 仿真不再仅仅是结果的验证工具，它已成为设计迭代的核心驱动力。本部分专注于提升仿真计算的效率、精度与可扩展性。 大规模系统的并行与分布式仿真： 随着模型规模的爆炸性增长，串行仿真已无法满足需求。本书详细介绍了并行化策略，包括模型级并行、算法级并行（如矩阵分解的并行化）以及分布式内存环境下的数据交换协议。特别地，我们探讨了混合并行策略在处理异构系统仿真时的应用。 基于模型的控制（MBSE）与实时仿真： 实时性是硬件在环（HIL）和软件在环（SIL）测试的关键。本章深入讲解了固定步长算法的选择、代数环路的求解技术，以及如何通过优化模型结构、采用增量解算器（Incremental Solvers）来实现纳秒级的实时响应。 模型降阶技术（Model Order Reduction, MOR）： 对于高阶的、计算成本极高的子系统模型（如复杂的电磁场或结构动力学模型），必须采用MOR技术进行简化。书中详细介绍了如模态分析法（Modal Methods）、平衡截断（Balanced Truncation）和基于数据驱动的降阶方法（如Proper Orthogonal Decomposition, POD），并提供了如何评估降阶模型误差的实用指南。 第三部分：数字孪生与生命周期应用 本部分将理论与实践紧密结合，展示了数字孪生如何在产品生命周期的不同阶段发挥关键作用。 虚拟调试与集成验证： 在物理原型制造之前，利用高保真数字孪生进行系统级的集成测试是降低风险的有效手段。本章侧重于多学科仿真环境的集成框架构建，包括如何建立一个可靠的“软硬件接口”模拟环境，确保虚拟测试结果的有效性。 数据驱动的孪生校准与演化： 静态模型无法反映物理系统在长期运行中的老化和磨损。本书介绍了如何利用传感器数据（IoT数据流）对数字孪生模型进行在线或离线校准（Calibration）。重点讨论了卡尔曼滤波家族（扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波）在模型状态估计和参数辨识中的应用。 面向优化的设计空间探索： 传统优化方法往往陷入局部最优。本章引入了全球优化算法，如遗传算法、粒子群优化以及代理模型（Surrogate Models）辅助的优化流程。目标是自动搜索最优设计参数组合，以满足多目标约束下的性能指标。 从仿真到生产：标准化与互操作性： 确保设计模型能够无缝迁移到生产和维护阶段至关重要。本书探讨了模型交换的国际标准，例如Functional Mock-up Interface (FMI)，并指导读者如何构建可移植、可互操作的仿真资产库。 目标读者与本书特色 本书不仅适合于航空航天、汽车工程、能源系统和生物医学工程等领域的高级研究人员和博士生，也对致力于提升系统工程效率的企业工程师具有极高的参考价值。 本书最大的特色在于其方法论的全面性与实践的深度。它避免了对特定软件工具的过度依赖，而是侧重于背后的数学原理、算法选择和工程判断力。读者将学会如何批判性地评估不同建模方法的适用范围，并构建出既精确又高效的下一代系统数字孪生模型。通过本书的学习，读者将能够掌握将复杂系统行为转化为可操作、可预测的计算模型的能力，从而在系统级设计中占据领先地位。 ---

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从排版和可读性的角度来看，这本书的设计也体现了对读者体验的尊重。图表的质量非常高，线条清晰，标注明确，即便是打印出来的黑白版本，关键信息也不会丢失。更重要的是，书中穿插的“专家提示”（Expert Tips）栏目，简直是点睛之笔。这些提示通常是作者多年实践经验的总结，往往能解决读者在实际操作中会遇到的那些“明明代码没错，仿真结果就是不对”的疑难杂症。例如，关于求解器设置的收敛性标准选择，或者在导入外部C代码时如何确保数据类型的一致性，这些细节的讲解非常到位。这本书的整体阅读体验是流畅且富有启发性的，它不只是传授知识，更是在引导读者形成一种系统化、可视化的问题解决路径。对于任何希望将理论知识转化为可运行、可验证的工程解决方案的专业人士而言，这本书无疑是一份宝贵的参考资料，其深度和广度都达到了一个非常高的水准。

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初次接触这类建模仿真时，我最大的困扰在于如何将抽象的系统行为用MATLAB/SIMULINK的语言精准地“翻译”出来。这本书在这方面提供了极佳的指引，其叙事节奏非常适合自学者。它的内容组织逻辑清晰得令人赞叹，从基础的模块库认识，到搭建闭环控制系统，再到处理非线性问题和多域耦合仿真，层层递进，难度曲线平滑得像是精心设计的PID输出。我特别欣赏作者在处理“调试”和“验证”环节时所展现的细致入微。仿真模型一旦建立，调试过程往往是耗时且令人沮丧的，但书中提供了大量的“陷阱识别”和“结果校验”的技巧，例如如何利用示波器进行高级数据捕获，如何进行参数敏感性分析以避免过度拟合。这不仅仅是一本教你“怎么做”的书，它更是在灌输一种严谨的仿真思维方式——让你学会提问：这个模型是否足够准确？它的鲁棒性如何？这种对工程严谨性的强调，远远超出了一个基础教程的范畴，更像是一本实战手册。

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与其他强调软件界面的书籍不同，这本书的价值在于它成功地架起了“理论”与“实践”之间的鸿沟。很多教科书会详细解释拉普拉斯变换的性质，但很少有能直观展示这些变换如何在SIMULINK的框图中被一个简单的传递函数模块所体现的。这本书正是致力于打通这种连接。作者非常擅长使用图示和对比分析的方法，来解释为什么选择离散化而非连续化求解器，或者在处理冲击响应时，为什么特定设置的积分器比默认设置更可靠。对于我从事的复杂动态系统研究来说，能够清晰地看到理论公式是如何一步步转化为图形化模块，并实时观察其输出变化，这极大地加速了我的理解过程。它使得那些原本在纸面上显得高深莫测的控制理论，瞬间变得触手可及，可操作性极强。可以说，这本书培养的不是软件操作员，而是能够用仿真工具武装起来的系统分析师。

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读完前几章后，我明显感觉到自己对处理复杂工程问题的信心有所提升，特别是涉及到多物理场耦合的场景。这本书在高级应用部分的处理非常出色，它没有回避SIMULINK在处理复杂、异构系统时的挑战。我记得其中有一章专门讨论了如何有效地管理大型仿真项目，包括子系统的封装、模型的版本控制和文档记录的规范化。这些“软技能”往往是学校教育中缺失的，但在真实的项目开发中却至关重要。作者的笔触非常沉稳、客观，没有过度吹嘘SIMULINK的万能性，而是实事求是地指出了在处理超大规模或实时性要求极高的应用中可能遇到的性能瓶颈，并提供了相应的优化策略，比如有效利用MATLAB脚本进行预处理和后处理。这种坦诚和深度，使得这本书的推荐价值倍增，因为它为读者预设了一个成熟工程师的心态，即认识到工具的局限性并学会与之共存。

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这本厚重的工具书摆在桌上，光是翻开扉页就能感受到作者倾注的心血。我本来是抱着一种审慎的态度来对待这类面向工程和科学应用的书籍的，毕竟很多同类作品要么过于理论化，晦涩难懂，要么就是流于表面，缺乏实际操作的深度。然而，这本书在开篇就展现出一种务实的态度，它没有过多纠缠于复杂的数学推导，而是直接将读者带入到SIMULINK这个强大的可视化建模环境中。作者似乎深知工程师和科学家的时间宝贵，他们需要的是快速上手、解决实际问题的能力。书中的案例选择非常巧妙，涵盖了机械、电气、控制系统等多个领域，每一个例子都像是一块精心打磨的积木，清晰地展示了如何将复杂的物理现象抽象、转化成可运行的仿真模型。尤其令人印象深刻的是，书中对不同模块（如Transfer Function, State-Space, Simulink-PS Link等）的讲解，不是简单地罗列功能，而是深入剖析了它们在特定工程场景下的适用性和局限性，这对于我们进行模型选择和优化至关重要。阅读过程中，我感觉自己像是在跟着一位经验丰富的导师进行一对一的辅导，每一步操作都有理有据，让人信心大增。

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