Principles of Object-oriented Modeling and Simulation with Modelica 2.1 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Fritzson, Peter

出品人:

页数:944

译者:

出版时间:2004-1

价格:846.00元

装帧:Pap

isbn号码:9780471471639

丛书系列:

图书标签:

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好的，这是一份关于一本名为《面向对象建模与仿真原理（Modelica 2.1版）》的图书的详细简介，内容涵盖了该领域的核心概念、方法论以及应用，但完全不涉及您提供的具体书名中的“Modelica 2.1”版本信息。 --- 面向对象建模与仿真原理：系统建模的范式与实践 图书简介 本书旨在系统阐述现代工程仿真领域中至关重要的面向对象建模（Object-Oriented Modeling, OOM）范式，并深入探讨其在复杂系统分析与设计中的应用。在当今工程实践中，系统日益复杂化、跨学科化，传统的方程组建模方法在处理大规模、多领域耦合系统时显得力不从心。面向对象的方法提供了一种结构化、模块化、可重用性强的建模哲学，它与现代软件工程的最佳实践紧密结合，极大地提高了建模的效率和准确性。 本书的读者对象是高级工程专业的本科生、研究生，以及在航空航天、机械、电子、化学、生物医学等领域从事系统设计、控制和仿真工作的专业工程师。 第一部分：面向对象建模的理论基础与范式转换 本部分奠定了面向对象建模的思想基础，并将其与传统的建模方法进行了对比，阐明了采用对象导向方法论的必要性。 1. 复杂系统建模的挑战与范式演进： 详细分析了传统基于微分方程组（DE/DAE）的建模方法的局限性，尤其是在处理系统组件的层次结构、互操作性以及异构性方面遇到的困难。接着，介绍了面向对象思想如何引入到工程建模中，强调“封装”、“继承”和“多态”在描述物理组件特性和系统行为时的自然契合性。 2. 抽象与组件化：对象的基本概念在建模中的体现： 深入讲解了如何将物理实体（如传感器、执行器、机械臂、传热单元）抽象为具有明确接口和内部状态的对象（或类）。重点阐述了封装的概念，即对象内部的变量和方程被隐藏起来，用户只能通过预定义的输入/输出端口进行交互。 3. 层次化建模与复用： 系统地介绍了如何利用继承机制构建模型库。例如，可以先定义一个通用的“电机”基类，然后基于此基类派生出“直流有刷电机”、“步进电机”等具体实现，这些派生类自动继承了基类的结构和部分行为，从而实现了代码和模型设计的复用。同时，讨论了组合（Composition）在构建复杂系统结构图中的作用，即大型系统是通过连接更小的、已验证的组件实例来构建的。 第二部分：面向对象建模语言的核心机制 本部分聚焦于实现面向对象建模所需的关键语言特性，这些特性超越了纯粹的面向对象编程（OOP），融入了对物理和因果关系的描述能力。 1. 声明式与方程驱动的建模： 与命令式编程不同，面向对象建模强调声明式的建模风格。组件的行为不是通过一系列按顺序执行的指令来描述，而是通过一组描述系统在任意时刻必须满足的代数和微分方程来定义。详细讨论了代数约束、状态变量的识别与初始化。 2. 接口、端口与连接性： 这是面向对象建模的核心。阐述了如何定义标准化的连接器（Connectors）和端口（Ports）来表示能量流、信号流或物质流。连接的本质是自动化的变量一致性处理——当两个组件通过端口连接时，它们共享的物理量（如电压、力、流量）会自动被同步和约束，无需用户手动编写耦合方程。 3. 多态性在模型选择中的应用： 讨论了多态性如何在仿真配置阶段发挥作用。例如，一个系统接口可以接受任何实现了该接口的组件，仿真环境可以根据配置文件动态地替换不同复杂度的子模型（例如，用一个简化的线性模型替换一个复杂的非线性模型进行初步分析，而不改变系统的顶层结构描述）。 第三部分：仿真执行与模型求解 本部分将面向对象模型转化为可执行的仿真程序，并探讨求解器如何处理这种结构化的输入。 1. 模型转换与符号化： 面向对象的模型首先需要被解析和转换。描述了从高层抽象的组件连接图（ACausal Block Diagram）到一组可求解的非线性代数微分方程组（DAE）的转换过程。重点分析了如何通过拓扑排序和稀疏矩阵技术来处理方程的顺序和解耦。 2. 求解器的选择与适应性： 由于面向对象模型通常包含混合离散/连续动态，讲解了不同类型的求解器（如BDF、Radau、Rosenbrock方法）如何应用于这类问题。特别强调了代数约束的处理，以及如何处理状态事件（如碰撞、开关动作）引起的系统拓扑或方程集瞬时变化。 3. 混合系统建模与离散事件： 系统地介绍了如何将纯粹的连续动态系统与离散事件（如逻辑控制、开关动作）结合起来，形成混合动态系统。探讨了如何利用面向对象的结构来管理离散状态机（State Machines）及其与连续动态的交互。 第四部分：高级应用与建模实践 本部分展示了面向对象建模在实际工程问题中的威力，强调了模型库的构建与维护。 1. 跨领域（Multi-Domain）建模： 面向对象方法是实现物理系统多领域集成的理想框架。详细分析了如何在一个统一的环境中，通过连接机械组件、电子组件和流体组件的模型，描述机电液系统。强调了能量守恒的自动检查机制。 2. 模型参数化与设计空间探索： 讲解如何利用面向对象结构实现参数化建模。组件的几何尺寸、材料属性、控制器增益等都应作为参数暴露，使得用户无需修改底层代码即可进行敏感性分析、优化设计和替代方案对比。 3. 模型验证、文档化与互操作性： 最后，讨论了面向对象模型带来的结构化优势如何促进模型验证和文档化。一个设计良好的模型天然地具有清晰的结构和边界，易于进行单元测试和系统级验证。并简要触及了模型描述语言（MDL）与工程数据交换标准之间的关系，以确保模型的长期可维护性和跨平台使用的可能性。 本书通过严谨的理论推导和丰富的案例分析，旨在帮助读者掌握利用面向对象范式构建高保真、可复用、易于维护的复杂系统仿真模型的现代工程技能。

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初次翻阅这本书，我最直观的感受就是它的“实用性”和“深度”并存。作为一名从事工程仿真工作的工程师，我深知理论知识的枯燥和实践操作的繁琐。很多时候，我们需要的不仅仅是抽象的概念，更是能够指导我们实际操作的、具体的指导。这本书在这方面做得相当出色。它不仅仅在理论上阐述了面向对象建模和仿真的一些基本原理，更重要的是，它将这些原理通过Modelica这门语言，以一种非常具体和可操作的方式呈现出来。我特别喜欢书中关于模型库设计和组件化建模的章节。作者通过详细的步骤和清晰的图示，一步步地演示了如何构建可复用的模型组件，以及如何将这些组件组装成复杂的系统。这种“手把手”的教学方式，让我能够快速地将书中的知识应用到自己的实际工作中，解决了我在以往建模过程中遇到的许多瓶颈。而且，它对Modelica 2.1版本的支持，也意味着书中的内容能够与当前的一些主流仿真软件兼容，这对于我们这些需要在实际项目中应用这些技术的工程师来说，无疑是一个巨大的福音。

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这本书给我的感觉，与其说是一本技术手册，不如说是一场思想的启迪之旅。我一直觉得，掌握一门工具固然重要，但更重要的是理解其背后的设计哲学和思维方式。在学习Modelica的过程中，我曾有过很多困惑，例如为什么有些地方需要使用特定的语法，为什么这种抽象层次的设计更合理，等等。这本书恰恰解答了我所有的疑问。它不仅仅教会了我如何使用Modelica，更重要的是让我理解了“为何”要这么做。书中对面向对象建模的深入剖析，将抽象、封装、继承、多态等概念巧妙地融入到仿真模型的构建过程中，让我不再是被动地接受命令，而是能够主动地思考，如何将现实世界的复杂系统，以一种更优雅、更高效的方式映射到模型中。读到关于组件化建模和类层次结构的部分，我仿佛看到了构建大型、复杂仿真平台的清晰蓝图。作者并没有停留在理论层面，而是用大量的实际案例来说明如何运用这些原则，如何设计出模块化、可复用的模型，如何在不同层次之间进行抽象和封装。这让我明白了，面向对象建模不仅仅是一种编程范式，更是一种强大的系统设计思想，它能够极大地提升仿真的效率和质量。

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这本书的出现，简直就是我一直在苦苦寻找的“救命稻草”。作为一个在软件开发领域摸爬滚打多年的从业者，我对面向对象编程的思想早已深谙其道，但当面临复杂系统建模和仿真这个全新领域时，却感到力不从心。市面上虽然不乏相关的书籍，但要么过于理论化，要么过于专注于某个特定领域，总感觉抓不住核心，无法构建起一个完整的知识体系。直到我偶然间发现了它，瞬间点燃了我心中的希望。它就像一位经验丰富的导师，循序渐进地引导我进入面向对象建模与仿真的大门。书中对Modelica语言的讲解，细致入微，从基础语法到高级特性，都清晰明了。更重要的是，它并非简单地罗列语言特性，而是将其与面向对象的核心思想紧密结合，让我深刻理解为何要如此设计，以及这种设计带来的强大优势。那些看似抽象的概念，在书中通过生动形象的例子和深入浅出的阐释，变得触手可及。我尤其欣赏书中关于模型复用、继承、多态等面向对象原则在仿真建模中的具体应用，这让我豁然开朗，看到了构建可维护、可扩展仿真模型的全新途径。读完第一部分，我仿佛打通了任督二脉，对后续的学习充满了期待。

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我必须承认，这本书的体量和内容深度，一开始让我有些望而却步。但当我真正投入到阅读中后，我才发现，这正是它价值所在。它并非一本可以“囫囵吞枣”的书籍，而是需要你静下心来，细细品味，反复琢磨。书中对Modelica语言的每一个细节，对面向对象建模的每一个原则，都进行了深入的探讨。我尤其被书中关于“模型行为的描述”和“状态变量的定义”的章节所吸引。作者通过精辟的语言和严谨的逻辑，解释了如何在Modelica中精确地描述物理系统的动态行为，以及如何合理地选择和定义状态变量，以确保仿真的准确性和稳定性。这些内容，对于任何想要进行复杂系统仿真的人来说，都是至关重要的。它不是简单地罗列代码，而是引导你去思考“为什么”要这样写，以及“这样做”会带来什么样的效果。这种深度钻研的精神，让我在阅读的过程中，不仅学到了知识，更重要的是，提升了自己的思考能力和解决问题的能力，让我对未来的仿真研究工作充满了信心。

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这本书带给我的，是一种前所未有的“通透感”。在接触面向对象编程和仿真建模的过程中，我常常会感到一些知识点之间是割裂的，缺乏一个清晰的逻辑线索将它们串联起来。但这本书，就像一位技艺高超的串珠匠人，将原本散落的珠子，用一根坚韧的线，巧妙地串联成一条熠熠生辉的项链。它不仅清晰地阐述了面向对象建模的原则，更重要的是，它展示了如何将这些原则与Modelica语言相结合，从而实现高效、灵活的系统仿真。我尤其欣赏书中对于“模型抽象”和“层次化设计”的讲解。作者通过深入浅出的分析，让我明白了为何要进行模型抽象，以及如何通过不同的抽象层次来描述一个复杂系统。这种设计理念，不仅提升了模型的清晰度和可理解性，更重要的是，它极大地提高了模型的可重用性和可维护性。读完之后，我感觉自己看待仿真建模问题的方式都发生了根本性的改变，不再仅仅是关注如何实现某个功能，而是开始思考如何构建一个更健壮、更易于扩展的仿真框架。

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