Simulations of Machines Using MATLAB and SIMULINK (Bookware Companion Series (Pacific Grove, Calif. pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Thomson-Engineering

作者:John Gardner

出品人:

页数:176

译者:

出版时间:2000-10-31

价格:USD 32.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780534952792

丛书系列:

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《机器仿真：MATLAB 与 Simulink 实用指南》 本书旨在为工程师、研究人员以及对使用 MATLAB 和 Simulink 进行复杂机械系统仿真感兴趣的学生提供一份全面且实用的指导。我们将深入探讨如何利用 MATLAB 强大的数值计算能力和 Simulink 直观的图形化建模环境，来分析、设计和优化各种机械系统。本书侧重于实际应用，通过一系列精心设计的案例研究，引导读者掌握从理论概念到仿真实现的全过程。 目标读者： 机械工程、自动化、电子工程、控制工程等相关专业的本科生、研究生和博士生。 在工业界从事机械设计、系统集成、过程控制、产品研发等工作的工程师。 对使用先进仿真工具解决实际工程问题充满热情的技术人员。 本书内容亮点： 1. MATLAB 基础与工程应用： 核心概念回顾： 本章将快速回顾 MATLAB 的基础语法、数据类型、变量操作、基本函数以及脚本编写。对于初学者，我们会提供清晰易懂的入门指引。 数值计算与数据可视化： 重点介绍 MATLAB 在工程计算中的强大功能，包括矩阵运算、多项式处理、数值积分与微分、方程求解等。同时，我们将详细讲解如何使用 MATLAB 绘制各种工程所需的图形，如二维/三维曲线、散点图、柱状图、曲面图等，并介绍图形的定制化选项，以生成专业、清晰的仿真结果图。 信号处理基础： 探讨 MATLAB 在信号处理领域的应用，包括滤波器设计与应用、频谱分析、傅里叶变换等，这些是理解许多机械系统动态行为的基础。 面向对象编程（OOP）在工程中的应用（可选）： 简要介绍 MATLAB 对面向对象编程的支持，展示其如何帮助组织和管理复杂的仿真代码，提高代码的可重用性和可维护性。 2. Simulink 建模与仿真入门： Simulink 环境概览： 详细介绍 Simulink 的工作空间、模型构建界面、库浏览器以及仿真设置。 基本模块库的应用： 深入讲解 Simulink 中常用的模块，如 Sources（信号源）、Sinks（显示/记录模块）、Math Operations（数学运算）、Continuous（连续时间系统）、Discrete（离散时间系统）等，并示范如何在模型中连接和配置这些模块。 构建简单的机械系统模型： 从最基本的弹簧-质量-阻尼器系统开始，引导读者一步步构建出第一个 Simulink 模型，理解信号流和数据传递的概念。 仿真类型与参数设置： 介绍不同类型的仿真器（如ode45, ode23, ode15s等）及其适用场景，以及仿真步长、停止时间、容差等关键参数的设置对仿真结果的影响。 模型调试与分析： 学习如何利用 Simulink 的内置工具进行模型调试，如Scope模块的使用、数据Inspector、Model Advisor等，以及如何分析仿真过程中出现的潜在问题。 3. 动力学系统建模与仿真： 一维动力学系统： 弹簧-质量-阻尼器系统： 详细推导其数学模型（二阶常微分方程），并使用 Simulink 进行仿真，分析阻尼系数、弹簧刚度、质量对系统响应的影响。 摩擦模型： 介绍不同的摩擦模型（如库仑摩擦、粘滞摩擦、Stribeck 效应等），并将其集成到 Simulink 模型中，观察其对系统行为的影响。 机械传动系统： 仿真齿轮传动、皮带传动等，分析传动比、效率、噪音等问题。 多体动力学系统： 刚体动力学基础： 介绍牛顿-欧拉方程和拉格朗日方程在刚体动力学中的应用。 Simulink 扩展库的应用： 介绍 Simulink 提供的多体仿真库（如 Simscape Multibody），通过拖拽预定义的组件（如刚体、关节、连接器、力/扭矩等）来快速构建复杂的机械系统。 典型多体系统仿真： 仿真各种连杆机构（如四杆机构、六杆机构）、机器人手臂、车辆悬挂系统等，分析其运动学和动力学特性。 非线性动力学分析： 混沌系统仿真： 搭建如洛伦兹系统、Rössler 系统等混沌系统的 Simulink 模型，观察其非线性特性。 分岔图与相平面分析： 学习如何利用 MATLAB 和 Simulink 绘制分岔图和相平面图，深入理解非线性系统的复杂行为。 4. 控制系统设计与仿真： 经典控制理论回顾： 简要回顾 PID 控制、频率响应分析（Bode 图、Nyquist 图）、根轨迹分析等经典控制概念。 MATLAB 控制系统工具箱： 学习如何使用 `tf`、`ss`、`zpk` 等函数创建系统模型，以及 `bode`、`nyquist`、`rlocus` 等函数进行系统分析。 PID 控制器设计与调优： 演示如何在 Simulink 中实现 PID 控制器，并介绍 Ziegler-Nichols 方法、临界比例法等常用的 PID 整定方法，通过仿真验证控制器性能。 现代控制理论（状态空间方法）： 状态空间模型表示： 介绍状态空间方程的建立与转换。 状态反馈控制器设计： 学习如何设计极点配置控制器，将系统的闭环极点配置到期望的位置。 观测器设计： 介绍状态观测器的原理与设计，用于估计系统中不可测量的状态变量。 Simulink 控制设计模块： 介绍 Simulink Control Design 模块集，演示如何进行自动调参、模型简化、线性化等高级控制设计任务。 5. 高级仿真技术与应用： 参数化仿真与蒙特卡洛分析： 学习如何通过 MATLAB 脚本或 Simulink 的参数块功能，实现仿真参数的批量修改和扫描，并进行蒙特卡洛仿真，评估参数不确定性对系统性能的影响。 模型重用与子系统封装： 学习如何将复杂的 Simulink 模型封装成可重用的子系统，提高模型的可读性和模块化程度。 S-Function 编程： 介绍 S-Function 的概念和编写方法，使其能够集成自定义的算法、C/C++ 代码或 Fortran 代码到 Simulink 模型中，扩展 Simulink 的功能。 硬件在环（HIL）仿真简介（可选）： 简要介绍 HIL 仿真的概念和在实时控制系统开发中的作用。 Simscape 基础： 介绍 Simscape 模块集，它允许工程师以物理组件（如电阻、电容、电感、电机、液压元件等）而非传递函数或状态空间方程来构建模型，更直观地模拟物理系统的行为。 本书特色： 理论与实践并重： 理论推导清晰，仿真实现步骤详尽，帮助读者深入理解模型背后的原理。 案例驱动： 覆盖了多种典型的机械系统，从基础的单自由度系统到复杂的机器人和车辆系统，让读者能够学以致用。 循序渐进： 从 MATLAB 和 Simulink 的基础知识讲起，逐步深入到高级仿真技术，适合不同水平的读者。 代码与模型提供： 本书提供的所有 MATLAB 代码和 Simulink 模型均可从配套资源中下载，方便读者学习和参考。 强调工程应用： 关注仿真结果的工程意义和分析方法，引导读者如何从仿真中获取有价值的设计洞察。 学习路径建议： 对于初学者，建议先按照章节顺序学习，掌握 MATLAB 和 Simulink 的基本操作和常用模块。随后，可以根据自己的兴趣和研究方向，选择特定章节进行深入学习。鼓励读者在学习过程中，积极动手实践，修改示例模型，尝试新的仿真场景，以加深理解和提高技能。 通过本书的学习，读者将能够熟练运用 MATLAB 和 Simulink 这两款强大的工程仿真工具，有效地进行机械系统的建模、分析、设计和优化，从而在学术研究和工程实践中取得更大的成就。

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这本书的参考文献和索引部分，做得尤为出色，体现了作者深厚的学术底蕴和强烈的开放精神。我发现书中引用的许多前沿研究成果，即使是在我查阅最新的期刊时，也依然具有很高的参考价值。这使得这本书不仅仅是一份独立的知识产品，更像是一个通往更广阔研究领域的“信息导航图”。通过追踪书中提及的那些关键论文和研究小组，我成功地为我目前正在进行的项目找到了几个突破性的思路。另外，书中对某些特定仿真场景下，软件可能出现的数值不稳定性的讨论，写得非常坦诚和细致。它没有回避技术上的难点，反而将这些“失败的经验”也作为宝贵的教学内容呈现出来。这种敢于直面困难、不美化现实的态度，极大地增强了我对作者专业性的信任感。总而言之，对于那些致力于将仿真技术推向更高层次的应用研究者来说，这本书的价值是无可替代的。

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从工具应用的角度来看，这本书的侧重点似乎更偏向于理论的验证与深入探讨，而非软件操作手册的罗列。如果你是想找一本手把手教你点击菜单栏、设置参数的“傻瓜指南”，这本书可能不会完全满足你的需求。它更多的是将软件工具视为一种表达复杂数学模型的强大语言。作者在展示仿真结果时，对图形的解读和物理意义的阐述，占据了相当大的篇幅。比如，当一个振动曲线出现异常峰值时，作者会立即引导读者回溯到系统的质量分布或阻尼系数的设定上，而不是简单地告诉你“把这个参数调小”。这种从现象到本质的追溯过程，对于培养工程师的直觉至关重要。我个人感觉，这本书更像是作者在与一位水平相当的同事进行高水平的学术交流，他假设你已经掌握了基础软件操作，而他要分享的是他多年研究中沉淀下来的那些“只有在实践中才能领悟的窍门”和“不易察觉的陷阱”。

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这本书的排版和装帧实在让人印象深刻，那种厚实的纸张和精美的封面设计，一看就知道是精心制作的出版物。拿到手的时候，沉甸甸的感觉就让人对内容抱有很高的期待。不过，当我翻开内页，开始仔细阅读那些技术细节时，才发现这套书的深度远超我的想象。它不像市面上很多浅尝辄止的入门教材，而是真正深入到了底层原理的剖析之中。作者在阐述理论概念时，那种严谨的逻辑和对细节的关注，简直令人叹为观止。我尤其欣赏它对历史背景的梳理，这使得每一个仿真模型的建立都有了坚实的理论基础支撑，而不是孤立地展示一堆代码和图表。那些复杂的数学推导部分，作者的处理方式非常巧妙，既保证了数学上的准确性，又通过图示和清晰的步骤引导，避免了让初学者望而却步。整体来说，这本书更像是一部严谨的学术专著，适合那些已经有一定工程背景，希望在特定领域进行深入研究的读者。对于一个追求知识的深度和广度的学习者而言，这本书无疑提供了一个极好的参考平台。

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阅读体验上，这本书给我带来了一种探险般的刺激感。它不是那种可以让你轻松快速读完的“快餐读物”，更像是一份需要你投入大量时间和精力去啃食的知识宝藏。一开始，我确实被一些早期章节中大量引用的经典文献和略显古老的术语给难住了，感觉自己像是穿越回了仿真技术发展的早期阶段。但正是这种“不妥协”的态度，让我最终领悟到了许多现代工具背后隐藏的根本性逻辑。作者似乎有意为之，就是要读者亲身感受从零开始构建模型的艰辛与乐趣。在讲解特定机械系统仿真时，书中引入的那些非常规的建模技巧，彻底颠覆了我之前用传统方法解决问题的固有思维。我必须承认，为了跟上作者的思路，我不得不频繁地停下来，查阅大量的相关背景资料，甚至不得不回顾一些大学时代已经生疏的控制理论知识。这无疑增加了阅读的难度，但也正是在这种高强度的脑力劳动中，我才真正感到了知识的内化和技能的提升。这本书的价值，恰恰在于它对读者主动学习能力的激发和挑战。

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这本书的结构组织，体现出一种清晰而又不失灵活性的设计哲学。它没有采用那种生硬的“章节A接章节B”的线性叙事，而是通过一系列相互关联的案例研究，串联起整个知识体系。每一个案例都像是一个独立的微观世界，读者可以先专注于解决这个小问题，然后再通过作者的引导，将这个小世界的经验迁移到更宏大的系统中去。这种模块化的学习方式，极大地降低了处理大型复杂系统时的心理压力。更值得称道的是，书中对不同仿真方法论的对比分析，非常到位。例如，作者在讨论两种不同类型的机械结构时，会清晰地列出A方法在计算效率上的优势，以及B方法在处理非线性特性时的鲁棒性，这种深入到方法论层面的权衡考量，是很多同类书籍所欠缺的。它教会我的不仅仅是如何操作软件，更重要的是，在面对一个实际工程难题时，如何进行批判性的选择和决策，这才是真正有价值的工程思维。

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