係統建模與仿真·第2版/全國高等學校自動化專業係列教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張曉華 著

圖書標籤:

• 係統建模
• 係統仿真
• 自動化
• 控製工程
• 數學建模
• 高等教育
• 教材
• 第2版
• 仿真技術
• 模型分析

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302422822

版次：1

商品編碼：11873052

品牌：清華大學

包裝：平裝

叢書名： 全國高等學校自動化專業係列教材

開本：16開

齣版時間：2015-12-01

用紙：膠版紙

編輯推薦

係統建模內容豐富。包括“一階直綫倒立擺/自平衡式兩輪電動車”、“水箱液位控製/水輪發電機組”、“直流電動機/PWM整流器”等10餘個工程案例。

“虛擬樣機”與“實物/半實物仿真技術”內容新穎。係統地闡述瞭虛擬樣機建模方法、MATLAB-ADAMS聯閤仿真技術，以及實物/半實物仿真技術應用案例。

倡導“啓發與探究式”教學模式。每章均設立“問題與探究”一節，內含有相關“參考文獻”與“網上資源”，為讀者提供一個暢想與實踐的空間。

內容簡介

　　本書以MATLAB語言為平颱，以工程案例教學為特色，係統地闡述瞭係統建模與仿真技術的基本概念、原理與方法，涉及運動控製、過程控製、電力電子與電力傳動控製領域的係統建模、控製器設計與仿真實驗等內容。全書共分5章，主要包括：概述、係統建模與分析、控製係統設計與仿真、虛擬樣機技術與應用、實物/半實物仿真技術與應用；書中配有練習型、分析/設計型、探究型習題，有助於激發讀者的興趣和進一步領會與掌握自動化領域相關課程內容。本書係高等學校自動化專業本科生用教材，也可作為電氣工程及其自動化、機械電子工程/機械設計製造及其自動化等專業本科生（或研究生）“仿真技術”類課程的教學用書。

目錄

第1章概述

1.1係統的實驗研究方法

1.2仿真實驗的分類

1.3相似性原理

1.4係統、模型與數字仿真

1.5仿真技術的應用

1.5.1控製係統CAD

1.5.2虛擬現實

1.5.3工程應用

1.5.4幾種常用的數字仿真工具軟件

1.6仿真技術的發展與展望

1.7問題與探究——投針實驗

本章小結

習題

參考文獻

第2章係統建模與分析

2.1控製係統的數學模型

2.2係統建模概述

2.3係統建模方法

2.4模型驗證

2.5係統建模實例

2.5.1獨輪自行車實物仿真問題

2.5.2龍門吊車運動控製問題

2.5.3水箱液位控製問題

2.5.4燃煤熱水鍋爐控製問題

2.5.5直流電動機轉速控製問題

2.5.6三相電壓型PWM整流器係統控製問題

2.6問題與探究——水輪發電機係統的綫性化模型

本章小結

習題

參考文獻

第3章控製係統設計與仿真

3.1直流電動機轉速/電流雙閉環控製係統設計

3.2一階直綫倒立擺係統的雙閉環PID控製方案

3.3龍門吊車重物防擺的魯棒PID控製方案

3.4自平衡式兩輪電動車直行與轉嚮復閤控製係統設計

3.5龍門吊車重物防擺的滑模變結構控製方案

3.6一階直綫雙倒立擺係統的可控性研究

3.7基於經典頻域法的DC/DC變換器控製方案

3.8三相電壓型PWM整流器的高功率因數控製方案

3.9問題與探究——靈長類仿生機器人運動控製研究

本章小結

習題

參考文獻

第4章虛擬樣機技術與應用

4.1概述

4.2虛擬樣機技術的形成、發展和應用

4.3一階直綫倒立擺的虛擬樣機

4.4問題與探究——球棒係統的虛擬樣機研究

本章小結

參考文獻

第5章實物/半實物仿真技術與應用

5.1概述

5.2半實物仿真技術應用

5.2.1基於TORA的土木結構減振控製技術

5.2.2基於TORA的土木結構減振控製係統設計

5.2.3基於dSPACE半實物仿真技術的控製係統實現

5.3實物仿真技術應用

5.3.1龍門吊車實物仿真係統

5.3.2實物仿真係統的電氣控製平颱

5.3.3實物仿真實驗

5.4問題與探究——獨輪自行車實物仿真

本章小結

參考文獻

前言/序言

係統建模與仿真·第2版/全國高等學校自動化專業係列教材

探索復雜係統的奧秘：一本關於方法論、工具與實踐的深度剖析 本書並非聚焦於特定的教材內容，而是深入探討現代科學與工程領域中至關重要的一個方麵——係統建模與仿真。它旨在揭示如何將龐雜、動態且常常難以直接觀測的現實世界係統，通過抽象、離散的數學模型進行刻畫，並藉助計算工具對其行為進行模擬預測，從而更好地理解、分析、設計和優化這些係統。 核心理念的闡釋： 本書將從係統建模的哲學和方法論層麵展開。我們將首先深入理解“係統”這一概念的內涵，如何界定係統的邊界、識彆其關鍵要素、揭示各要素之間的相互作用，以及如何將係統置於其所處的更宏觀的環境中進行考察。在此基礎上，我們會探討不同層次的抽象化策略，從高層次的功能描述到低層次的物理實現，講解如何根據研究的目的和精度要求，選擇恰當的模型粒度。 建模的藝術與科學： 本書將係統地介紹各種主流的建模方法。這並非簡單地羅列模型類型，而是闡述每種方法背後的原理、適用範圍、優缺點以及構建過程。例如，我們將深入剖析： 數學方程模型： 如何利用微分方程、差分方程、代數方程等來描述係統的動態演化和穩態特性，尤其是在物理、化學、生物等領域。 狀態空間模型： 如何用一組狀態變量來概括係統的內在信息，並研究其穩定性、可控性與可觀性。 邏輯與規則模型： 如何用邏輯推理、 IF-THEN 規則等來描述決策過程、控製邏輯以及具有離散行為的係統，例如在人工智能、專傢係統等領域。 離散事件模型： 如何通過模擬一係列在時間上離散發生的事件來刻畫係統的行為，常用於排隊論、生産調度、通信網絡等場景。 基於代理的模型（Agent-Based Modeling）： 如何通過定義獨立自主的“代理”及其交互規則來模擬湧現齣的宏觀行為，適用於社會科學、經濟學、生態學等復雜係統。 混閤係統模型： 如何將不同類型的模型融閤，以應對現實世界中同時存在連續和離散行為的復雜係統。 本書還會強調模型驗證與確認（V&V）的重要性。我們將詳細講解如何通過與真實世界數據進行對比、專傢評審、敏感性分析等方法，確保模型的準確性和有效性，使其真正成為理解和預測係統的可靠工具。 仿真的實踐與技術： 建模的最終目的是為瞭仿真。本書將深入探討仿真技術的各個方麵，包括： 仿真軟件與工具： 介紹當前廣泛應用的仿真平颱和語言，如MATLAB/Simulink、Arena、AnyLogic、Python的SciPy/NumPy庫等，並分析它們在不同建模場景下的優勢。 仿真算法與實現： 講解數值積分方法、離散事件仿真引擎、濛特卡洛方法等核心仿真算法的原理和實現細節。 仿真實驗設計： 如何科學地設計仿真實驗，包括參數選取、運行次數、數據采集等，以獲得有意義的仿真結果。 結果分析與解釋： 介紹數據可視化技術、統計分析方法，以及如何從仿真結果中提煉齣有價值的洞察，並將其轉化為改進係統設計的依據。 可視化技術： 強調如何利用圖錶、動畫等可視化手段，直觀地展示仿真過程和結果，增強理解的深度和廣度。 跨領域應用與案例研究： 本書的價值在於其廣泛的適用性。我們將通過一係列精心挑選的跨領域案例研究，展示係統建模與仿真在不同學科和工程實踐中的強大威力。這些案例可能涵蓋： 工程領域： 飛機飛行控製係統的穩定性分析、電力係統的負載預測與調度、機械設備的動態性能評估、機器人路徑規劃等。 科學領域： 氣候變化模型、傳染病傳播動力學、生態係統演化模擬、天體物理過程的模擬等。 經濟與社會領域： 金融市場的風險建模、城市交通流仿真、社會群體行為分析、供應鏈優化等。 通過對這些案例的深入剖析，讀者將能夠理解如何將抽象的建模與仿真技術，轉化為解決實際問題的有力工具，培養係統性思維和解決復雜問題的能力。 目標讀者： 本書適閤任何對理解和操縱復雜係統感興趣的讀者。這包括但不限於： 自動化、控製、電氣工程、機械工程、計算機科學等相關專業的本科生和研究生。 從事係統分析、係統設計、産品開發、工藝優化等工作的工程師和技術人員。 對科學研究方法論和計算科學有濃厚興趣的科研人員。 希望提升自身解決復雜問題能力的跨學科學習者。 本書將引導讀者超越錶麵的現象，深入事物的本質，掌握駕馭復雜係統的理論框架和實踐技能，為他們在日益復雜的世界中做齣明智決策提供堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

在仿真部分，這本書的處理方式也讓我覺得非常實用。它並沒有僅僅停留在理論層麵，而是花瞭不少篇幅介紹各種仿真技術的原理和實現細節。我印象最深刻的是它對濛特卡洛仿真的講解，它不僅闡述瞭核心思想，還通過具體的例子，比如計算圓周率或者模擬射擊精度，來展示濛特卡洛方法如何通過大量的隨機抽樣來近似求解復雜問題。書中還介紹瞭如何設計仿真實驗，包括瞭參數的設置、運行次數的確定、以及結果的統計分析。這一點對於確保仿真結果的可靠性和有效性至關重要。此外，這本書還對幾種常用的仿真軟件的特點和基本操作進行瞭簡要介紹，雖然沒有深入到某個特定軟件的編程細節，但足以讓讀者對這些工具有一個初步的瞭解，知道它們在實際工程中是如何應用的。這對於初學者來說，能夠極大地降低接觸和使用仿真軟件的門檻。書中的一些仿真流程圖也非常清晰，能夠幫助讀者一步步理解仿真的整個過程，從模型構建到參數設定，再到運行和結果分析。

評分☆☆☆☆☆

這本書對於我來說，不僅僅是一本教材，更像是一位循循善誘的老師。我之所以這麼說，是因為它在講解過程中，非常注重引導讀者進行思考。它不會直接給齣所有問題的答案，而是通過提齣一些啓發性的問題，鼓勵讀者去探索和發現。比如，在介紹不同仿真算法的優缺點時，它可能會問“在什麼情況下，歐拉法比龍格-庫塔法更適閤？”或者“當係統的參數發生變化時，我們應該如何調整仿真步長？”這些問題能夠激發讀者的主動性和批判性思維，讓他們不再是被動地接受知識，而是主動地去理解和掌握知識。而且，書中很多地方都強調瞭模型的局限性和仿真的不確定性，這是一種非常重要的工程倫理觀。它教會我們要理性看待建模和仿真的結果，認識到它們隻是對現實世界的近似，並不能完全取代實際的實驗和驗證。這種教育理念，對於培養嚴謹的工程人纔至關重要。

評分☆☆☆☆☆

這本書在數學工具的應用方麵，我覺得處理得恰到好處。它沒有迴避必要的數學推導，但也沒有過度追求形式上的嚴謹而忽略瞭工程的直觀理解。在講解過程中，它會適時地引入一些必要的數學概念，比如傅裏葉變換、拉普拉斯變換等，並解釋它們在係統分析中的作用。我記得在講到頻率響應分析時，它用很直觀的方式解釋瞭如何通過頻率特性來理解係統對不同頻率輸入信號的響應，以及如何通過伯德圖等工具來分析係統的穩定性和性能。而且，對於一些比較復雜的數學證明，作者通常會提供一個簡化的推導過程，或者直接給齣結論，然後重點放在解釋結論的物理意義和工程含義上。這種處理方式，使得即使數學基礎不是非常紮實的同學，也能夠理解其核心思想，並將其應用到實際問題中。書中還提供瞭一些常用的數學公式和變換的錶格，方便讀者查閱和使用，這在學習過程中是非常實用的。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受是它成功地將一個可能顯得枯燥且抽象的學科，變得生動有趣且具有實際操作性。它不是一本讓你死記硬背公式的書，而是一本能夠激發你思考、引導你實踐的書。它教會瞭我如何去理解一個復雜的係統，如何用抽象的數學模型來描述它，又如何通過仿真來預測它的行為。這本書讓我明白瞭，係統建模與仿真不僅僅是計算機上的操作，更是一種解決工程問題的思維方式和方法論。它在我後續的學習和科研過程中，起到瞭奠基性的作用，讓我能夠更自信地去麵對各種復雜的工程挑戰。書中的內容，即使在畢業多年後，仍然能夠在我解決實際問題時提供寶貴的思路和藉鑒。我非常慶幸自己能夠通過這本書，建立起對係統建模與仿真學科的係統認識。

評分☆☆☆☆☆

關於這本書在案例研究方麵的深度，我認為是它的一大特色。除瞭之前提到的工業自動化和交通係統，書中還涉及到瞭其他一些領域，比如電力係統、生物醫學工程，甚至是一些社會經濟係統的建模與仿真。這些案例的選擇都非常有代錶性，能夠展示係統建模與仿真技術在不同學科領域的廣泛應用。而且，對於每一個案例，書中都會詳細地分析問題的背景，提齣建模的目標，選擇閤適的建模方法，然後介紹如何進行仿真和分析。這不僅僅是一個簡單的案例展示，更像是一個完整的工程問題解決過程的演示。我記得其中有一個關於環境保護的案例，利用仿真來預測汙染物擴散的範圍和影響，讓我對建模技術在應對現實挑戰中的強大作用有瞭更直觀的認識。這種深入的案例分析，能夠極大地拓展讀者的視野，激發他們將所學知識應用到自己感興趣的領域。

評分☆☆☆☆☆

在本書的章節安排上，我個人認為有一個非常顯著的優點，就是它將模型和仿真這兩個緊密相關的概念在結構上進行瞭閤理的融閤。很多教材可能會將模型構建和仿真技術完全割裂開來，導緻學生在學習時，感覺模型構建隻是理論上的推導，而仿真隻是一個獨立的工具。但這本書不同，它在講解某一種建模方法時，往往會緊跟著介紹如何利用仿真技術來實現這種模型，以及如何分析仿真結果。比如，在講到狀態空間模型時，書中會立刻跟上如何用數值方法求解狀態方程，以及如何通過仿真來觀察係統的瞬態響應和穩態行為。這種“建模-仿真-分析”的一體化處理方式，讓學習者能夠更早地、更深入地理解理論與實踐相結閤的重要性，也更容易將學到的知識轉化為解決實際問題的能力。這種緊密的聯係，也讓我覺得這本書更加注重培養學生的工程實踐能力，而不僅僅是理論知識的灌輸。

評分☆☆☆☆☆

這本《係統建模與仿真·第2版》在內容編排上，我認為最大的亮點在於它對於不同建模方法的遞進式講解。一開始，它從最基礎的描述性模型入手，比如利用函數關係來刻畫係統的靜態特徵，然後逐步過渡到動態模型，包括瞭微分方程模型、狀態空間模型等，這些都是理解係統行為隨時間變化的關鍵。我記得當時學習微分方程模型的時候，作者並沒有直接給齣復雜的求解方法，而是先從一階、二階係統入手，逐步分析其響應特性，比如過阻尼、臨界阻尼、欠阻尼等等，並通過圖示直觀地展示瞭不同阻尼係數對係統響應麯綫的影響。這一點讓我印象深刻，因為很多教材在這部分可能會直接給齣解題公式，而這本書更注重對概念的理解和直觀感受。接著，它又介紹瞭基於事件的離散係統建模，這在處理排隊論、流程仿真等問題時非常有用。它對不同方法的適用場景和優缺點都有詳細的闡述，幫助讀者在麵對實際問題時，能夠選擇最閤適的建模工具。而且，書中還穿插瞭一些關於模型選擇的指導原則，比如在精度、計算復雜度、可解釋性之間的權衡，這對於培養學生的工程思維非常重要。不僅僅是羅列方法，這本書更注重教會讀者如何思考，如何根據具體需求來構建模型。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計，特彆是“係統建模與仿真·第2版”這幾個字，采用瞭比較經典的字體，搭配著淡淡的書脊顔色，整體給人一種嚴謹、學術的質感，非常符閤理工科教材的定位。我是在大三下學期選修這門課的時候，在書店裏偶然翻到它的。當時我還在糾結是買這本還是另一本國外翻譯過來的教材，但翻看瞭幾頁後，我立刻被這本書的邏輯清晰和條理分明所吸引。尤其是它對基本概念的引入，沒有上來就拋齣復雜的數學公式，而是先用通俗易懂的語言解釋瞭係統、模型、仿真的基本概念，以及它們在工程實踐中的重要性。這一點對於初學者來說非常友好，能夠快速建立起對整個學科的基本認知框架，不會因為一開始的理論門檻過高而産生畏難情緒。而且，這本書在講解過程中，還穿插瞭不少實際的案例分析，比如工業自動化中的流程模擬，或者交通係統的動態行為預測，這些案例都非常貼近實際應用，讓枯燥的理論變得生動起來，也讓我對接下來的學習內容充滿瞭期待。書中的圖錶和示意圖也製作得很精良，很多復雜的係統結構和仿真流程都通過清晰的圖示得到瞭很好的展現，這對於理解抽象的概念非常有幫助。總的來說，從封麵設計到內容排版，再到案例的選擇，這本書都體現瞭編者在教學和傳播知識方麵的用心良苦。

評分☆☆☆☆☆

從閱讀的流暢度和可讀性來說，這本書真的做得非常齣色。我一直覺得理工科教材，尤其是涉及數學和工程的，很容易寫得晦澀難懂，但這本書在這一點上做得非常成功。語言錶達清晰，邏輯性強，即使是第一次接觸係統建模和仿真的讀者，也能循序漸進地理解。作者在組織章節時，也考慮到瞭知識的連貫性，每個章節的內容都建立在前一章節的基礎上，使得學習過程更加順暢。我特彆喜歡它在解釋新概念時，經常會引用一些生動形象的比喻，或者聯係生活中的實際例子，這使得抽象的概念變得觸手可及，也更容易被記住。比如，在講解反饋控製時，作者可能會用恒溫器控製室內溫度的例子，或者汽車巡航控製的例子，這些都大大增強瞭書的可讀性和趣味性。書中的例題也非常典型，涵蓋瞭教材中講解的各種知識點，並且提供瞭詳細的解題步驟和分析，這對於鞏固和檢驗學習效果非常有幫助。

評分☆☆☆☆☆

在細節處理上，這本書也體現齣瞭極高的專業水準。比如，在講解一些算法的收斂性或穩定性分析時，作者會給齣必要的數學條件，並對其進行解釋。對於一些關鍵的仿真參數，比如采樣頻率、離散化步長等，書中也會詳細說明它們對仿真結果的影響，以及如何進行選擇。另外，書中在參考文獻和術語索引方麵也做得非常完善，為讀者提供瞭進一步深入學習的資源，也方便瞭對書中齣現的專業術語進行查閱。我經常會在學習過程中，查閱書後的術語錶，來加深對一些概念的理解。這種細緻入微的處理，不僅提升瞭本書的學術價值，也極大地便利瞭讀者的學習過程。它傳遞齣一種嚴謹治學的態度，也讓讀者在學習的過程中，能夠感受到知識的深度和廣度。