动力系统仿真、分析与动画——XPPAUT使用指南 孝鹏程 科学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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孝鹏程 著

图书标签:

• 动力系统
• 仿真
• 分析
• 动画
• XPPAUT
• 数学建模
• 科学出版社
• 程孝鹏
• 非线性动力学
• 常微分方程

店铺： 福州文豪图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030565358

商品编码：27083383492

包装：平装

出版时间：2018-03-01

图书基本信息
图书名称	动力系统仿真、分析与动画——XPPAUT使用指南	作者	孝鹏程
定价	128.00元	出版社	科学出版社
ISBN	9787030565358	出版日期	2018-03-01
字数		页码	300
版次	31	装帧	平装
开本		商品重量	0.4Kg

内容简介

本书结合大量例子和作者科研工作中提炼出的问题，由浅入深地介绍了XPPAUT在动力系统模拟、分析和动画中的使用方法。全书分为XPPAUT安装、XPPAUT在各类微分方程分析中的使用方法、分岔分析工具AUTO在XPPAUT中的使用、XPPAUT动画制作、XPPAUT各类使用技巧5个部分，共9章。

作者简介

目录

编辑推荐

文摘

序言

《控制理论中的数学建模与仿真技术：从理论到实践》 一、 内容概述 本书聚焦于现代控制理论中的关键环节——数学建模与仿真技术，旨在为读者提供一个系统、深入的学习平台，从理论基础到实际应用，全面掌握如何利用数学工具和计算软件来理解、分析和设计复杂的动力学系统。本书的内容涵盖了从经典控制理论到现代先进控制方法的数学描述，以及在仿真环境中实现这些模型的具体步骤与技巧。 二、 核心技术与方法 本书的核心在于教授读者如何将实际的物理或工程问题抽象化为数学模型，并利用计算机仿真来探索这些模型的行为。我们强调的是理解模型背后的物理原理，并将其转化为能够被计算验证的数学方程。 1. 系统建模方法论： 物理系统建模： 详细介绍如何从牛顿定律、拉格朗日方程、哈密顿方程等基本物理原理出发，推导机械、电气、流体、热力学等系统的微分方程模型。例如，在机械系统方面，我们将深入讲解多自由度系统的动力学方程建立，包括质量、阻尼、刚度矩阵的提取。对于电路系统，将基于基尔霍夫电压定律和电流定律，以及器件的伏安特性，建立电路的代数-微分方程组。 状态空间表示： 深入阐述状态空间方程的构建与意义，包括状态向量的选取原则，系统矩阵、输入矩阵、输出矩阵和直接传输矩阵的确定。强调状态空间方法在描述复杂、多输入多输出（MIMO）系统时的优越性。 传递函数模型： 介绍拉普拉斯变换在连续时间系统分析中的应用，以及如何从微分方程模型推导传递函数。讨论传递函数在频率域分析中的作用，包括零点、极点、增益裕度和相位裕度的概念。 离散时间系统建模： 讲解Z变换及其在离散时间系统分析中的应用，以及如何将连续时间系统离散化，建立Z域下的系统模型。 非线性系统建模： 探讨非线性系统建模的挑战，包括线性化方法（如泰勒展开）、分段线性化等，以及一些直接处理非线性方程组的数值方法。 2. 仿真技术与工具： 数值求解器： 详细讲解各类常微分方程（ODE）和偏微分方程（PDE）的数值求解算法，如欧拉法、龙格-库塔法（RK4、RK45）等，并分析它们的精度、稳定性和计算效率。指导读者如何根据系统的特性选择合适的数值求解器。 仿真平台介绍与应用： 本书将不局限于单一仿真软件，而是从更广泛的视角介绍各类主流仿真工具的功能特性。例如，介绍如何利用图形化界面进行系统框图搭建，直观展示信号流，并进行参数调试。同时，也会提供脚本语言编程的示例，用于自动化仿真流程、批处理任务和数据分析。 仿真结果的分析与可视化： 重点讲解如何对仿真输出的数据进行深入分析，包括时域响应（瞬态响应、稳态响应）、频域响应（波特图、奈奎斯特图、根轨迹图）的绘制与解读。强调图表在直观展示系统行为、识别潜在问题（如振荡、不稳定、收敛性）中的重要作用。 参数辨识与模型验证： 介绍如何在实验数据的基础上，利用数值优化方法（如最小二乘法）来辨识系统的模型参数。强调模型验证的重要性，包括将仿真结果与实际测量数据进行对比，以评估模型的准确性。 3. 高级仿真应用： 灵敏度分析： 探讨仿真结果对模型参数变化的敏感性，帮助识别关键参数，并指导参数优化和鲁棒性设计。 蒙特卡洛仿真： 介绍利用概率统计方法进行仿真，以评估系统在不确定性参数下的性能表现和风险。 实时仿真： 探讨实时仿真技术的原理与应用，以及在硬件在环（HIL）测试等场景中的重要性。 模型预测控制（MPC）中的仿真应用： 简述MPC的基本原理，并阐述其在仿真环境中进行模型构建、预测和优化控制策略的流程。 三、 学习路径与实践指导 本书的编写结构清晰，逻辑严谨，旨在引导读者循序渐进地掌握相关知识。 1. 理论基础铺垫： 开篇将系统性地回顾和介绍必要的数学基础，包括线性代数、微积分、复变函数等，为后续的建模和仿真打下坚实基础。 2. 典型系统案例分析： 通过大量精心挑选的典型系统案例，如弹簧-质量-阻尼系统、PID控制器设计、自动驾驶车辆模型、机器人动力学等，深入浅出地讲解建模与仿真的具体过程。每个案例都将包含从问题描述、数学建模、仿真实现到结果分析的全过程。 3. 代码示例与伪代码： 提供详细的数值算法实现示例，以及在常用编程语言（如Python、MATLAB/Simulink）中的应用代码片段。这部分内容将帮助读者将理论知识转化为可执行的代码。 4. 习题与项目： 每章末都配有精心设计的习题，旨在巩固所学知识。同时，本书还将提供一些综合性的项目，鼓励读者将所学技术应用于解决更复杂的工程问题，培养独立解决问题的能力。 四、 目标读者 本书适合以下人群： 高等院校工科专业本科生和研究生： 特别是自动化、控制工程、机械工程、电子工程、航空航天等专业。 控制系统工程师和研发人员： 希望提升在系统建模、仿真分析和控制器设计方面的技能。 科研工作者： 需要利用数学建模与仿真技术进行理论研究和实验验证。 对复杂系统动力学感兴趣的爱好者： 希望深入了解系统行为背后的数学原理。 五、 学习价值与意义 在当今工程和科学领域，对复杂系统的理解和控制能力至关重要。数学建模与仿真技术是实现这一目标的核心工具。本书的学习将使读者具备： 强大的系统分析能力： 能够深入理解复杂系统的动态行为，预测系统响应。 高效的控制器设计能力： 能够基于系统模型设计出性能优越的控制器。 灵活的问题解决能力： 能够利用仿真工具快速验证设计思路，优化系统性能。 扎实的工程实践基础： 能够将理论知识与实际工程问题相结合。 通过系统学习本书内容，读者将能够熟练运用数学工具和计算软件，将抽象的理论概念转化为具体的工程解决方案，从而在各自的领域取得更大的成就。本书将不仅仅是一本教材，更是一本引领读者探索复杂系统奥秘、掌握未来工程技术的实用指南。

评分☆☆☆☆☆

总的来说，《动力系统仿真、分析与动画——XPPAUT使用指南》这本书，是一本不可多得的关于动力系统研究的宝藏。它不仅仅是一本软件使用手册，更是一部关于如何运用科学工具去探索复杂系统背后规律的“思想指南”。书中详尽地介绍了XPPAUT的各项功能，并且将这些功能与深厚的理论知识融会贯通，让读者在学习软件操作的同时，也能不断深化对动力系统理论的理解。尽管我个人在学习过程中，对于某些概念的理解还需要反复咀嚼，并且希望在动画制作方面能有更多的指导，但不可否认的是，这本书为我打开了一扇通往动力系统世界的大门。我会在后续的学习中，继续深入研读，反复实践，并相信这本书所传授的知识和技能，将对我未来在动力学研究领域的探索提供坚实的支持和宝贵的启示。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，说实话，对于初学者来说，可能有些劝退。当翻开书页，扑面而来的是大量的公式推导和理论阐述，虽然我知道这是理解动力系统本质的必经之路，但对于我这种更偏向于动手实践的学习者而言，最初确实感到一丝压力。XPPAUT这个工具的引入，虽然是这本书的亮点，但它本身的学习曲线也不容忽视。书中对于XPPAUT的介绍，更多的是将其作为一种求解和可视化的手段，但对于如何从零开始构建一个模型，如何理解XPPAUT的语法结构，以及如何根据不同的模型类型设置参数，书中的详细讲解似乎还有待加强。我期望的内容，是那种能够“手把手”教学的模式，例如提供一些经典的动力学模型示例，一步步展示如何用XPPAUT实现，包括如何输入方程、设置求解参数、生成不同类型的图（如相平面图、时间序列图）以及最终的动画渲染。可惜的是，这本书更像是一本理论结合软件应用的“参考书”，而非一本“入门教程”，对于那些希望快速上手并看到成果的学习者，可能还需要大量的课外补充和摸索。

评分☆☆☆☆☆

《动力系统仿真、分析与动画——XPPAUT使用指南》这本书，在我看来，更像是为那些已经具备一定数学基础和对动力系统理论有初步了解的读者量身定做的。书中的分析部分，深入探讨了许多关于稳定性、分岔、吸引子等动力学概念，并且将这些概念与XPPAUT的仿真结果紧密结合起来。例如，在讨论特定模型的分岔行为时，书本会详细解释在XPPAUT中如何通过调整参数来观察和分析这些分岔点，以及如何解释仿真得到的相图所揭示的动态模式变化。这种理论与实践的紧密结合，对于加深对动力学理论的理解确实非常有帮助。我个人认为，这本书的优势在于其提供了丰富的理论背景和对XPPAUT功能的深入挖掘，能够帮助读者理解“为什么”要这样做，而不仅仅是“怎么”去做。然而，对于那些希望通过XPPAUT快速进行一些初步探索，或者对数学理论还不太熟悉的读者，可能需要先补充一些基础知识，才能更好地吸收书中的内容。

评分☆☆☆☆☆

收到这本书，我最大的感受就是它真的非常“厚重”，无论是从篇幅还是内容深度上。书中对XPPAUT软件的介绍，确实做到了“使用指南”的定位，涵盖了从软件的安装、基础操作到高级功能的许多方面。但我比较遗憾的是，这本书在“动画”这一块的篇幅和详细程度，与它的标题相比，似乎略显不足。虽然书中有提及如何通过XPPAUT生成动画，并且给出了一些示例，但如何制作出更精美、更具表现力的动画，例如如何控制动画的速度、如何添加轨迹线、如何让动画更好地服务于理论分析，这方面的内容并没有得到充分的展开。我原本期望这本书能像一部“动画制作教程”一样，详细讲解各种动画参数的设置技巧，以及如何根据不同的动力学现象设计出具有视觉冲击力的动画效果。目前来看，XPPAUT生成的动画更多的是一种直观的展示，而没有达到“艺术化”或者“教学化”的层次，这或许是这本书在“动画”部分留给读者的一个改进空间。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《动力系统仿真、分析与动画——XPPAUT使用指南》后，我内心是满怀期待的。一直以来，我对复杂的动力学系统都充满好奇，尤其是那些能够直观展现其演变过程的动画效果。然而，在实际的学习过程中，我常常被繁杂的数学公式和抽象的概念所困扰，缺乏一个能够将理论与实践相结合的有效工具。这本书的名字本身就点明了它的核心内容——动力系统、仿真、分析以及动画，这恰恰是我在学习道路上亟需的“利器”。更吸引我的是它提到了XPPAUT，我知道这是一个在动力学研究领域颇有名气的软件，能够帮助用户对模型进行数值求解和可视化，这让我觉得这本书的内容会非常实用，能够直接上手操作，而不是停留在纸上谈兵。孝鹏程教授的名字也让我对书的学术严谨性有了一定的信心，科学出版社更是为这本书增添了一份权威感。我希望这本书能够像一本“操作手册”一样，带领我一步步深入动力系统领域，解锁那些看似神秘的动态行为，并能通过生动形象的动画来理解其内在机制，最终能够独立地对一些简单的动力学模型进行仿真和分析。