系统仿真技术及其应用(第8卷)

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出版者:中国科学技术大学出版社
作者:陈宗海
出品人:
页数:843
译者:
出版时间:2006-8
价格:280.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787312019951
丛书系列:
图书标签:
  • 系统仿真
  • 仿真技术
  • 应用
  • 建模
  • 数值计算
  • 计算机仿真
  • 工程仿真
  • 数学模型
  • 仿真软件
  • 第八卷
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具体描述

本书为中国自动化学会系统仿真专业委员会和中国系统仿真学会仿真计算机与软件专业委员会于2006年8月联合组织的’2006系统仿真技术及其应用学术交流会的论文选编。

书中收录了议论文212篇,是近年来系统仿真技术在航空、航天、石油、化工、能源、国防、轻工等领域中应用的最新成果,建模与仿真方法以及复杂系统新领域量了系统建模、仿真与调控等的最新进展。

本书可供科研、设计部门和矿企业中系统仿真技术研究和应用人员以及高等学校相关专业师生参考。

深入探索:现代控制理论前沿与实践(第5卷) 图书简介 本书是“现代控制理论与应用丛书”的第五卷,聚焦于当前控制科学领域最具活力和挑战性的前沿方向——自适应控制、鲁棒控制、非线性系统控制的最新理论进展、算法设计及其在复杂工程系统中的实际应用。本书旨在为研究生、科研人员以及资深的控制工程师提供一个全面、深入且高度工程化的参考框架,帮助读者跨越理论与实践的鸿沟。 核心内容概述: 第一部分:自适应控制系统的精细化设计与辨识 本部分深入剖析了现代自适应控制理论的核心思想,并重点关注如何解决传统自适应系统在实际应用中面临的参数收敛性、泛化能力以及对外部扰动的敏感性等关键问题。 1. 基于模型的自适应控制(MRAC)的改进策略: 详细介绍了基于误差模型的MRAC、基于参考模型的MRAC的最新发展。重点探讨了如何利用先进的投影算法和奇异值分解(SVD)技术来增强参数估计的稳定性和收敛速度,尤其是在系统动态发生变化(如负载变化、组件老化)时的在线重构能力。 2. 基于分段的智能自适应控制: 针对高阶非线性系统,引入了基于模糊逻辑和神经网络辅助的自适应律。阐述了如何构建一个专家系统,实时判断系统的当前工作区域,并动态调整Lyapunov函数或基于模型的误差项,以确保系统在切换过程中保持稳定性,避免了传统自适应控制中可能出现的“在线学习饱和”现象。 3. 参数辨识与在线模型修正: 侧重于辨识算法在噪声环境下的鲁棒性。涵盖了扩展卡尔曼滤波(EKF)在非线性系统参数辨识中的应用,以及如何结合基于梯度的优化方法(如L-BFGS-B)来处理大规模参数空间中的局部最优问题。特别讨论了辨识结果对控制性能的实时反馈机制。 第二部分:鲁棒控制理论的结构优化与抗扰性能增强 本部分聚焦于如何设计出对模型不确定性(如参数波动、未建模动态)具有高度容忍度的控制系统,特别是针对高维、强耦合系统的鲁棒性设计。 1. $H_{infty}$ 控制的频率域优化: 不仅仅停留在标准的 $gamma$ 优化,本书深入探讨了基于三角化技术的 $H_{infty}$ 控制器综合,以减小控制器阶次。详细分析了在多输入多输出(MIMO)系统中,如何通过配方(Parity Space)方法分离结构性不确定性和参数不确定性,并分别施加针对性的加权函数。 2. $mu$ 综合与结构化奇异值分析: 阐述了针对模型不确定性具有特定结构的系统(如反馈增益的摄动)的 $mu$ 综合设计流程。书中提供了大量的数值算例,展示了如何利用D-K迭代算法来近似求解不可行的 LMI 问题,并对比了保守性与性能之间的权衡。重点分析了保守性指标 $mu_{upper_bound}$ 的精确计算方法及其在实际系统中的物理意义。 3. 滑模控制(SMC)的二次方收敛与抖振抑制: 针对传统SMC固有的高频抖振问题,本书引入了非线性扰动观测器(NDO)和高阶滑模(Higher-Order SMC, HOSM)。重点讨论了如何利用自适应切换增益策略,使系统在接近滑模面时,切换函数从线性下降转变为二次方收敛,从而在保持快速收敛的同时,有效抑制抖振对执行机构的磨损。 第三部分:非线性系统的精确化建模与状态反馈设计 本部分致力于解析非线性系统的内在动力学特性,并提供一套系统化的状态反馈和观测器设计方法。 1. 反馈线性化与零动态分析: 详细介绍了基于微分几何的反馈线性化方法,包括如何确定相对阶数和求解输出映射函数。书中强调了对零动态(Zero Dynamics)的深入分析,解释了当零动态不稳定时,局部稳定控制设计必须考虑外部扰动对内部稳定性的影响。提供了如何通过输入-输出反馈实现部分线性化的具体步骤。 2. 基于Backstepping(反步法)的递归设计: 深入讲解了反步法在构建复杂非线性控制器中的递归构造过程。书中特别关注了虚拟控制量选择的鲁棒性,以及如何结合参数化反步法来处理无法精确建模的参数,以应对奇异点问题。通过多个耦合非线性机械臂实例,展示了该方法的强大构造能力。 3. 非线性状态估计与观测器设计: 针对状态变量无法直接测量的系统,本书探讨了高增益观测器、扩展卡尔曼观测器(EKO)以及基于Lyapunov函数的非线性观测器。重点在于如何设计具有有限时间收敛特性的高增益或超扭曲观测器,确保在有限时间或有限精度内估计出真实状态,并将其反馈到主控制器中。 本书特色与读者定位: 本书的显著特点是将严谨的数学理论与工程实践紧密结合。每个章节都配备了详细的MATLAB/Simulink仿真实例和FPGA硬件在环(HIL)验证流程,确保读者能够将学到的知识直接应用于实际的航空航天、精密制造或电力电子系统控制中。 本书适合具备自动控制理论基础(如经典控制、现代控制基础、初步的LMI/凸优化知识)的硕士和博士研究生,以及致力于提升复杂系统控制性能的系统工程师和研发工程师。阅读本书将使读者对现代控制理论的前沿应用有一个质的飞跃。

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用户评价

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我作为一个长期在供应链领域工作的从业者,拿到《系统仿真技术及其应用(第8卷)》后,最关心的自然是书中关于物流和供应链的章节。这本书在这一块的内容,可以说给我带来了极大的启发。作者并没有仅仅停留在对传统物流网络的建模,而是深入探讨了如何利用仿真技术来应对日益复杂的全球化供应链挑战,比如风险管理、动态调度以及弹性供应链的构建。我尤其对书中关于“不确定性”的建模方法印象深刻,供应链本身就充满了各种突发事件,如自然灾害、地缘政治冲突等,而作者提供的仿真方法,能够帮助我们预见这些潜在的风险,并提前制定应对策略。他提出的“情景分析”方法,通过构建不同的极端情景,来测试供应链的韧性,这对于我们评估和加强供应链的抗风险能力至关重要。而且,书中关于“最后一公里”配送的仿真优化,也让我大开眼界。如何通过仿真来规划最优的配送路线,如何利用无人机、自动驾驶车辆等新兴技术来提高配送效率,这些内容都非常贴近实际工作中的痛点。作者还探讨了如何将仿真与物联网技术相结合,实时监控货物位置、库存状态,并动态调整配送计划,这真正实现了供应链的智能化和可视化。读完这一部分的章节,我感觉我对供应链管理的理解上升到了一个新的层面,不再是被动地应对问题,而是能够主动地去预测、规划和优化。

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这本书,我前几天才拿到手,虽然名字叫《系统仿真技术及其应用(第8卷)》,但光是翻开第一章,我就知道这绝对不是一本简单的“技术手册”。它给人的感觉更像是一部关于如何“思考”和“构建”复杂世界的指南。作者在开篇就花了大量篇幅去探讨仿真思想的演进,从早期机械模型到如今的数字孪生,那种宏大的视角一下子就抓住了我。他并没有急于抛出各种算法和工具,而是先引导读者去理解,为什么我们需要仿真?它的本质是什么?它在解决现实问题时扮演着怎样的角色?我特别喜欢其中关于“简化与抽象”的讨论,在设计一个仿真模型时,如何把握好精确度和效率之间的平衡,这本身就是一种艺术。书中举了很多跨学科的例子,从物理学的多体系统到经济学的宏观模型,再到生物学的生态系统,每一个案例都剖析得入木三分,让我看到了仿真技术在不同领域应用的普适性。而且,作者的语言非常有感染力,不是那种枯燥的技术报告,而是充满了洞察和启发,读起来让人感觉思维在不断地被拓展。我至今还记得他关于“意外之美”的论述,在复杂的仿真系统中,往往会涌现出一些事先难以预料的现象,而理解这些现象,恰恰是仿真技术最迷人的地方之一。这本书不仅仅是教你“怎么做”,更重要的是让你理解“为什么这么做”,以及“这样做能带来什么”。它教会我以一种全新的视角去审视身边的各种系统,无论是庞大的城市交通网络,还是精密的生物分子相互作用,都能从中找到仿真的影子,并且开始思考如何利用仿真去理解和优化它们。感觉这第八卷,真的像一个总结,又像一个全新的开始,让人对接下来的内容充满了期待。

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《系统仿真技术及其应用(第8卷)》这本书,对我最大的价值在于它关于“仿真优化”的深入探讨。我一直觉得,仅仅做出一个仿真模型是不够的,更重要的是如何利用仿真模型来找到最优的解决方案。作者在这部分内容里,详细讲解了各种仿真优化技术,让我大开眼界。他首先介绍了传统的优化方法,比如枚举搜索、梯度下降等,并分析了它们在仿真场景下的局限性。随后,他重点阐述了基于仿真的优化技术,比如响应面法、遗传算法、模拟退火算法等。我尤其对响应面法印象深刻,作者通过一个非常直观的例子,解释了如何构建一个代理模型来逼近昂贵的仿真模型,从而加速优化的过程。他详细讲解了如何设计实验来收集数据,如何利用回归分析来构建响应面,以及如何在这个响应面上寻找最优解。而且,作者在讲解过程中,并没有仅仅停留在理论的层面,他还提供了一些实际的应用案例,比如如何利用仿真优化来确定化工生产的最佳工艺参数,如何优化生产调度以最大化产量。这些案例让我清楚地看到了仿真优化技术的强大威力,以及它在实际生产和管理中能够带来的巨大经济效益。读完这一章,我感觉自己对如何利用仿真技术来解决实际问题有了更强的信心。

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拿到《系统仿真技术及其应用(第8卷)》这本书,我最先被吸引的是它在“应用”这个词上所下的功夫。它并没有止步于理论的陈述,而是真正深入到了各个行业的实际应用场景。我印象最深的是关于智能制造部分的章节,作者详细介绍了如何利用仿真技术来优化生产流程、预测设备故障、甚至是设计全新的生产线。他提供了一些非常具体的案例,比如某工厂如何通过仿真来提高装配效率20%,减少了多少不必要的损耗。这种落地式的讲解,让我这种非专业人士也能清晰地理解仿真的价值所在。而且,书中对于大数据和人工智能在仿真中的融合也进行了深入的探讨,这一点在当前的技术浪潮下尤为重要。作者阐述了如何将海量的生产数据注入仿真模型,通过机器学习来不断优化模型的预测精度,从而实现更智能化的决策。我特别注意到关于“数字孪生”的讨论,这不仅仅是一个概念,而是作者在书中给出了一个清晰的实现路径,从数据采集、模型构建到可视化展示,都进行了详细的阐述。他甚至还提到了如何通过仿真模型来模拟不同市场需求下的生产计划调整,这对于企业来说,无疑是提供了极大的战略支持。读这本书,你会发现仿真技术已经不再是实验室里的高深学问,而是实实在在能够为企业创造价值,解决实际难题的强大工具。它让我对未来的生产模式有了更清晰的认识,也更加坚信技术的力量。

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最近一口气读完了《系统仿真技术及其应用(第8卷)》这本书,不得不说,这是一次非常愉快的学习体验。虽然我并非该领域的专家,但作者的写作风格却让我感到异常亲切和易于理解。他善于用形象的比喻和生动的故事来阐释抽象的技术概念,仿佛我在听一位经验丰富的老师在循循善诱。例如,在讲解复杂系统建模时,他并没有一开始就抛出数学公式,而是先从一个简单的游戏场景入手,层层递进,直到构建出复杂的模型。这种由浅入深、由具体到抽象的讲解方式,让我这个门外汉也能逐渐领悟其中的精髓。我特别欣赏书中关于“仿真结果的解读”部分的论述。很多时候,我们能够做出精密的仿真,但如何从仿真结果中提取有价值的信息,并将其转化为实际的决策,才是最关键的。作者在这方面提供了很多实用的方法和技巧,比如如何识别模型的局限性,如何进行敏感性分析,以及如何避免过度拟合等。他强调,仿真不是魔法,它是一个严谨的科学过程,需要我们批判性地思考和分析。此外,书中还穿插了一些历史故事和科学家的轶事,让我在学习技术的同时,也能感受到科学探索的魅力。这让我觉得,这本书不仅仅是一本技术书籍,更是一本关于科学思维和问题解决方法的启迪之作。

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在我看来,《系统仿真技术及其应用(第8卷)》这本书最大的亮点之一,就是它对“高保真仿真”和“可视化技术”的重视。作者并没有仅仅满足于得到仿真结果,而是极大地强调了如何将这些结果以直观、生动的方式呈现出来。在书中关于可视化技术的部分,作者介绍了各种三维渲染、动画制作等手段,来将复杂的仿真过程和结果可视化。我印象非常深刻的是,他用了一个例子,模拟了飞机在飞行过程中受到的气流扰动。通过三维可视化,我能够清晰地看到不同区域的气流速度和方向,以及它们如何影响飞机的姿态。这种直观的呈现方式,比枯燥的数据图表要生动得多,也更容易让人理解。而且,作者还探讨了如何将实时仿真数据与虚拟现实(VR)技术相结合,创造出身临其境的仿真体验。他设想了在未来,工程师可以在虚拟空间中进行飞机的设计和测试,通过VR来直观地感受到设计的优劣。书中还提到了实时仿真和可视化在灾难预警、城市应急管理中的应用,比如通过可视化来模拟火灾的蔓延趋势,为救援提供决策支持。这让我看到了仿真技术在人机交互、信息传递方面巨大的潜力。这本书让我意识到,技术不仅仅是为了实现功能,更是为了更好地沟通和理解,而可视化技术正是实现这一目标的重要手段。

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《系统仿真技术及其应用(第8卷)》这本书,我拿到手后,迫不及待地翻阅了关于“离散事件仿真”的部分。我一直觉得,生活中许多看似连续变化的过程,其实都可以被看作是由一系列离散的“事件”组成的。作者在这方面的阐述,给了我很多全新的视角。他以排队论作为切入点,生动地描绘了超市收银台、呼叫中心等场景下,顾客等待、服务完成等一系列离散事件的发生过程。他详细讲解了如何构建事件驱动的仿真模型,包括事件列表的管理、状态变量的更新以及时间推进机制的实现。让我印象深刻的是,作者通过一个非常具体的例子,模拟了一个小型银行的客户服务流程。他细致地展示了如何定义客户到达事件、客户请求服务事件、服务完成事件等,以及如何根据这些事件来计算平均等待时间、系统吞吐量等关键指标。更重要的是,他不仅仅停留在理论的讲解,还提供了相应的伪代码和算法思路,让我能够清楚地理解代码实现的过程。此外,书中还探讨了如何处理随机变量的生成,比如客户到达的泊松分布、服务时间的指数分布等,以及如何利用这些随机性来模拟真实世界的复杂性。读完这一章节,我对离散事件仿真有了更系统、更深刻的理解,也看到了它在运营管理、资源调度等领域巨大的应用潜力。

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坦白说,在拿到《系统仿真技术及其应用(第8卷)》这本书之前,我对“系统仿真”这个概念只停留在一些模糊的认识上,感觉离我的日常工作有点遥远。但是,当我翻开这本书,特别是其中的“社会系统仿真”章节后,我的观念彻底改变了。作者在这部分内容里,将仿真的触角延伸到了城市规划、公共卫生、甚至社会行为的模拟。他举了一个非常生动的例子,模拟了某种传染病在城市中的传播路径,以及不同防控措施对疫情发展的影响。通过仿真,我们可以直观地看到,例如社交距离、佩戴口罩等措施,在不同强度下,能够多大程度上降低感染率。这让我深刻地体会到,仿真技术不仅仅是用于工程和制造,它在理解和解决复杂的社会问题上也拥有巨大的潜力。书中还探讨了如何模拟城市交通拥堵的成因,以及如何通过优化信号灯配时、调整道路规划来缓解交通压力。这让我意识到,很多看似无解的城市难题,或许可以通过精密的仿真来找到最优的解决方案。作者在描述这些应用时,并没有使用过于专业的术语,而是用清晰的逻辑和图文并茂的方式,让我能够轻松地理解其中的原理和价值。这本书让我看到了仿真技术的广阔前景,也让我对如何运用技术去改善社会生活有了新的思考。

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我之前以为系统仿真技术离我非常遥远,但在阅读《系统仿真技术及其应用(第8卷)》后,我发现它其实与我的生活息息相关,尤其是在“行为仿真”这个章节。作者在这部分内容里,将仿真的概念延伸到了对个体和群体行为的模拟。他解释了如何构建一个模型来描述人类的决策过程,以及个体之间的交互如何影响群体的行为模式。我特别被书中关于“智能体模型”(Agent-Based Modeling)的讨论所吸引。作者通过一个非常形象的比喻,将每一个个体比作一个拥有自身规则和行为逻辑的“智能体”,而整个系统的行为,则是由这些智能体之间的相互作用涌现出来的。他举了一个例子,模拟了城市交通中,每辆车作为一个智能体,如何根据交通规则、周围车辆的行为来做出自己的驾驶决策,从而导致了整体交通流量的变化。这让我深刻地理解了,很多宏观现象,比如交通拥堵、股市波动,都可能源于微观层面的个体行为。书中还探讨了如何利用行为仿真来研究社会现象,比如谣言的传播、消费者的购买决策等。作者在讲解过程中,并没有回避行为模型构建的复杂性,但他通过清晰的逻辑和案例,让我能够逐步理解其中的奥秘。这本书让我看到了,仿真技术不仅能解决物理世界的问题,更能帮助我们理解和预测人类社会行为的复杂性。

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我对《系统仿真技术及其应用(第8卷)》最深刻的印象,是它在“模型验证与确认(V&V)”这个关键环节上所付出的巨大努力。在许多技术书籍中,这部分往往会被一笔带过,但这本书却花了相当多的篇幅来深入探讨。作者强调,一个再精密的仿真模型,如果不能得到有效的验证和确认,那么它的输出结果就毫无意义,甚至可能误导决策。他从多个维度来阐述V&V的重要性,比如如何通过与真实世界数据的对比来验证模型的准确性,如何设计实验来确认模型是否能够满足预期的应用需求。我特别喜欢他关于“黑箱”与“白箱”模型讨论的章节。他指出,在某些情况下,我们可能只需要一个能够准确预测结果的“黑箱”模型,而在另一些情况下,我们则需要理解模型内部的工作机制,即“白箱”模型,以便进行深入的分析和优化。他提供了一些具体的V&V技术,比如参数敏感性分析、不同输入条件下的响应比较,以及专家评审等。这些方法都非常具有操作性,让我能够学到如何在实际项目中去执行V&V过程。而且,作者在讨论V&V时,并没有回避其存在的挑战和局限性,他坦诚地指出,完全的验证和确认是不可能的,我们只能尽力去提高模型的可靠性。这种严谨的态度,让我对这本书的专业性和可信度有了更高的评价。

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