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页数:432

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出版时间:2008-1

价格:43.00元

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isbn号码:9787121069895

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《现代飞行器气动弹性与控制》 本书旨在深入探讨现代飞行器设计中的关键挑战——气动弹性与控制的相互作用。在日益复杂和高性能的飞行器设计需求下，空气动力学载荷与结构弹性变形之间的耦合效应，以及由此产生的控制问题，已成为衡量飞行器性能与安全性的重要指标。 核心内容概览： 第一部分：气动弹性理论基础 气动弹性现象概述： 本部分首先系统介绍气动弹性现象的本质，包括颤振（Flutter）、发散（Divergence）、动安定性（Aeroelastic Stability）等基本概念。我们将追溯历史，从早期的飞行器振动问题谈起，阐述气动弹性效应如何影响飞行器的升力、阻力以及操稳特性。 气动弹性数学模型： 深入剖析建立气动弹性数学模型的理论框架。这包括： 空气动力学模型： 介绍适用于不同飞行速度范围的空气动力学理论，如亚声速、跨声速和超声速下的空气动力学载荷计算方法，包括简化的二元翼型理论、三维机翼的非定常气动力计算方法（如红板理论、脉冲状态法等）。重点阐述如何在结构变形的影响下，非定常气动力发生变化，以及这些变化如何反馈影响结构。 结构动力学模型： 讲解有限元方法（FEM）在飞行器结构建模中的应用，如何精确描述结构的质量、刚度分布，以及模态分析（Modal Analysis）在提取结构固有频率和振型中的作用。特别关注如何处理非线性材料特性和几何非线性对结构动力学行为的影响。 耦合方程建立： 详细介绍气动弹性方程的耦合方式。这包括将空气动力学载荷作为结构动力学方程的外部载荷，同时结构变形又反过来影响空气动力学载荷的迭代过程。我们会探讨两种主要的耦合策略：弱耦合（Two-Way Coupling）和强耦合（One-Way Coupling），并分析它们各自的优缺点及适用场景。 第二部分：气动弹性分析技术 颤振分析： 重点阐述颤振分析的方法和流程。 特征值颤振分析（Eigenvalue Flutter Analysis）： 基于降阶模型（如模态法），推导气动弹性系统的特征方程，通过求解特征值来判断系统是否存在不稳定解，并确定颤振速度和颤振频率。 时域仿真分析（Time-Domain Simulation）： 建立完整的气动弹性耦合方程组，在时域内进行积分求解，直接观察系统响应，可以捕捉更复杂的非线性气动弹性现象，如非定常载荷下的结构响应。 复指数法（Complex Exponential Method）： 介绍将气动弹性系统表示为复指数形式，通过求解复数特征值来分析系统的稳定性和阻尼特性。 动安定性分析： 探讨飞行器在气动弹性效应下的动安定性变化，包括如何评估迎角导数、俯仰阻尼等气动导数随气动弹性的变化，以及这些变化对飞行器稳定性的影响。 数值仿真与实验验证： 介绍用于气动弹性分析的数值仿真软件的原理与应用，以及风洞试验在验证气动弹性模型和分析结果中的重要作用，包括不同类型的风洞试验（如自由飞行模型试验、固定模型试验）。 第三部分：气动弹性主动控制 气动弹性问题对飞行控制的影响： 分析气动弹性效应如何改变飞行器的固有频率、阻尼比，从而影响其可控性、操稳性能以及飞行品质。例如，颤振边界的降低会限制飞行器的飞行速度和机动能力。 主动控制策略设计： 基于模态的控制： 利用结构模态分析结果，设计针对特定振动模态的控制器，以抑制或消除气动弹性不稳定现象。 反馈控制与前馈控制： 讨论如何设计基于状态反馈（如利用传感器测量结构位移、速度）的控制器，以及如何利用预先估计的气动载荷信息进行前馈控制，协同作用以提升气动弹性系统的鲁棒性和性能。 先进控制技术： 介绍自适应控制（Adaptive Control）、鲁棒控制（Robust Control）、预测控制（Predictive Control）等先进控制技术在气动弹性主动控制中的应用，以应对模型不确定性和外部扰动。 主动控制系统的实现： 探讨主动控制系统的硬件组成，包括传感器（如加速度计、应变片）、作动器（如液压舵面、压电作动器）以及飞行控制计算机。分析传感器和作动器的选择、安装位置对控制效果的影响。 闭环系统仿真与性能评估： 进行闭环气动弹性系统的仿真分析，评估主动控制系统在抑制颤振、提高阻尼、改善操稳等方面的性能，并进行鲁棒性分析，确保系统在各种工况下的稳定性。 第四部分：案例研究与前沿应用 典型飞行器气动弹性问题分析： 通过分析高空长航时（HALE）无人机、超音速飞机、可变后掠翼飞机等典型飞行器的气动弹性设计案例，阐述实际工程中遇到的挑战及解决方案。 智能蒙皮与分布式传感控制： 介绍将先进传感器和微型作动器集成到飞行器结构表面，形成“智能蒙皮”，实现分布式气动弹性监测与控制的最新研究进展。 气动弹性与飞行控制融合： 探讨如何将气动弹性特性更紧密地集成到飞行控制律设计中，实现更优的飞行性能与安全性。 本书适合航空航天工程、机械工程、自动化控制等相关专业的本科生、研究生以及从事飞行器设计、气动弹性分析和飞行控制研究的工程技术人员阅读。通过对本书的学习，读者将能够系统地掌握现代飞行器气动弹性理论、分析方法以及主动控制技术，为设计更安全、更高效的飞行器提供坚实的理论基础和实践指导。

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作为一个对系统辨识和模型预测控制（MPC）有浓厚兴趣的工程师，我一直苦于找不到一本能够将这些前沿技术与MATLAB/Simulink仿真紧密结合的书籍。《MATLAB/Simulink与控制系统仿真》这本书在这方面给我带来了巨大的惊喜。它不仅详细介绍了系统辨识的基本方法，如ARX、ARMAX、BJ模型等，更重要的是展示了如何利用MATLAB的System Identification Toolbox在Simulink环境中进行模型辨识，并将辨识出的模型直接用于后续的控制器设计和仿真。 此外，书中对于模型预测控制的讲解更是深入浅出。作者从MPC的基本思想出发，解释了其在约束优化和滚动优化方面的优势，并详细指导读者如何利用MATLAB/Simulink中的相关工具箱（如 Model Predictive Control Toolbox）来构建和仿真MPC控制器。通过书中提供的案例，我能够清晰地看到MPC控制器是如何根据系统的实时状态和预测模型，在线优化控制律，从而实现对复杂动态系统的精确控制，这对于我日后在工业自动化领域的应用具有重要的指导意义。

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与其他书籍不同，《MATLAB/Simulink与控制系统仿真》非常注重对“高级仿真技术”的介绍。书中不仅涵盖了经典的PID、状态反馈等控制方法，还深入探讨了模型参考自适应控制、神经网络控制、模糊逻辑控制等更复杂的控制策略，并详细指导了它们在Simulink中的实现。 我尤其对书中关于“多物理量耦合仿真”的讲解印象深刻。作者通过一个具体的案例，展示了如何将Simulink与其他物理领域仿真工具（例如，如机械、电气、液压等）进行集成，从而实现对包含多种物理效应的复杂系统的协同仿真。这种跨领域的仿真能力，对于理解和优化现代工程系统（如电动汽车、机器人等）至关重要，也大大拓宽了我对Simulink应用范围的认知。

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作为一名在工程领域摸爬滚打了多年的工程师，我一直深知掌握先进仿真工具的重要性。在接触了市面上不少关于MATLAB/Simulink的书籍后，我对它们大多停留在基础概念的讲解，或是零散的工具介绍感到有些不尽如人意。直到我偶然翻阅了《MATLAB/Simulink与控制系统仿真》这本书，才真正感受到一种拨云见日的惊喜。这本书并非只是简单罗列MATLAB和Simulink的各种功能，而是将其巧妙地融会贯通，以控制系统仿真的核心需求为出发点，层层深入地剖析了如何利用这两个强大工具解决实际工程问题。 我尤其欣赏书中对于Simulink建模思想的阐述。它不仅仅教你如何拖拽模块，更重要的是引导读者理解不同模块之间的内在联系，以及如何根据被控对象的特性构建出与之相匹配的仿真模型。书中通过大量的实际案例，生动地展示了如何从理论模型推导到Simulink模块搭建，再到参数优化和结果分析的全过程。例如，在讲解PID控制器设计时，作者不仅详细介绍了PID的原理和调参方法，更重要的是通过Simulink仿真，直观地展示了不同参数设置对系统动态性能的影响，这对于我这种需要快速上手并解决实际问题的人来说，无疑是极具价值的。

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作为一名长期从事控制系统研究的工程师，我一直在寻找一本能够真正帮助我提升仿真能力的著作。《MATLAB/Simulink与控制系统仿真》这本书无疑满足了我的需求。它不仅仅是简单地罗列MATLAB和Simulink的命令和模块，而是将两者有机地结合起来，以解决实际控制工程问题为导向，系统地阐述了如何运用这些工具进行建模、分析、设计和优化。 书中对不同类型控制系统（例如，线性系统、非线性系统、时滞系统、分布参数系统等）的仿真方法进行了深入的探讨，并提供了丰富的实例来演示如何构建相应的Simulink模型。我尤其欣赏书中对于“模型降阶”和“控制器简化”等工程实践中常用方法的介绍，这对于将复杂的理论模型应用于实际的嵌入式系统至关重要。通过学习这本书，我不仅掌握了更高级的仿真技术，更重要的是提升了我的工程思维和解决实际问题的能力，为我未来的工作打下了坚实的基础。

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这本书在讲解复杂控制算法时，并没有采用“填鸭式”的教学方式，而是以一种“由浅入深，层层递进”的逻辑顺序展开。例如，在讲解自适应控制时，作者首先从基本的自适应控制思想讲起，然后逐步引入模型参考自适应控制（MRAC）和自转圜自适应控制（SRAC）等不同类型，并详细阐述了它们在Simulink中的实现细节，包括如何构建自适应律、如何处理参数收敛性等问题。 我印象特别深刻的是书中关于“仿真结果的验证与分析”的部分。作者强调了仿真结果并非“终审判决”，而是需要与理论分析、实际实验等多种手段相互印证。他指导读者如何利用MATLAB的各种绘图和分析函数，对仿真数据进行可视化展示和统计分析，从而判断控制系统的性能是否达到了预期目标，并找出潜在的问题所在。这种严谨的科学态度，对于培养工程师的批判性思维和解决问题的能力有着重要的作用。

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这本书最让我受益匪浅的一点是它对于“调试与优化”的强调。在实际的仿真过程中，模型错误、参数设置不当、求解器选择不合适等问题层出不穷，而有效的调试和优化是确保仿真结果准确性和可靠性的关键。《MATLAB/Simulink与控制系统仿真》这本书提供了大量的实用技巧和方法，指导读者如何快速定位和解决这些问题。 例如，书中详细介绍了Simulink的各种调试工具，如断点设置、变量监视、信号流跟踪等，并提供了丰富的案例来演示如何利用这些工具来查找模型中的错误。此外，作者还深入讲解了如何通过参数扫描、优化算法（如遗传算法、粒子群算法等）来优化控制器的参数，以获得最佳的系统性能。这种关注“过程”的教学方法，让我不仅学会了如何搭建模型，更重要的是学会了如何“驾驭”仿真，使其真正为工程设计服务。

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这本书最让我称道的一点是它对于“工程实践”的关注。它不仅仅停留在理论的层面，而是将大量的篇幅用于讲解如何在实际工程项目中运用MATLAB/Simulink进行控制系统仿真。书中提供了许多贴近实际应用的案例，例如航空航天中的姿态控制、机器人领域的路径规划、以及工业过程的自动化控制等等。 这些案例的讲解不仅仅是简单地展示代码或模型，而是深入到问题的根源，分析实际工程中可能遇到的各种挑战，比如传感器噪声、执行器饱和、环境扰动等，并指导读者如何在Simulink中有效地模拟这些因素，并设计出能够应对这些挑战的鲁棒控制器。这种“实战导向”的学习方式，让我在掌握仿真技巧的同时，也对控制系统的工程实现有了更全面的认识，为我解决实际工作中的问题提供了宝贵的经验。

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我一直认为，学习任何一种技术，最重要的是理解其核心思想，而不是仅仅停留在表面的操作。在这方面，《MATLAB/Simulink与控制系统仿真》这本书做得非常出色。它没有将Simulink仅仅当作一个“图形化编程器”，而是将其定位为一个强大的“概念建模和实验平台”。 书中通过对不同仿真配置（如可变步长、固定步长、离散时间、连续时间等）的选择与应用，以及对仿真参数（如仿真步长、求解器类型、输出精度等）的深入分析，让读者深刻理解仿真过程的内在机制，以及这些参数对仿真结果准确性和效率的影响。我特别欣赏书中关于“仿真精度与计算效率的权衡”的讨论，这对于在资源受限的嵌入式系统上部署控制算法至关重要。作者通过具体的例子，指导我们如何在保证足够精度的前提下，选择最优的仿真配置，从而获得快速且可靠的仿真结果。

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在学习过程中，我深刻体会到这本书的作者在教学方法上的匠心独运。他并非一味地堆砌晦涩的理论知识，而是将抽象的控制理论转化为具体的Simulink模块和仿真流程。书中的每一个章节都围绕着一个具体的控制系统仿真任务展开，通过解决这些任务，读者自然而然地掌握了相关的MATLAB/Simulink技巧和控制工程原理。 例如，在关于非线性系统仿真的部分，作者通过一个复杂的机械系统模型，详细演示了如何利用Simulink中的非线性模块（如饱和、死区、继电器等）来精确地描述实际系统的特性，并讨论了在非线性系统仿真中可能遇到的挑战以及相应的解决方法。这与我过去仅凭文字描述理解非线性系统时遇到的困难形成了鲜明对比，通过可视化和交互式的仿真，我对非线性系统的行为有了更直观、更深刻的认识。

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这本书给我最深刻的印象是它对于“仿真”二字内涵的深刻理解。它没有将MATLAB/Simulink仅仅看作是一种编程语言或图形化工具，而是将其定位为一种强大的思想实验平台。书中反复强调了仿真在整个控制系统设计流程中的关键作用：从早期概念验证，到控制器设计与优化，再到系统鲁棒性分析和故障诊断，每一个环节都能在Simulink中找到对应的仿真实现方式。作者通过对各种典型控制问题（如稳定性分析、瞬态响应优化、抗干扰能力评估等）的深入探讨，以及如何在Simulink中巧妙地运用各种分析工具（如 Bode 图、Nyquist 图、根轨迹图等），为读者提供了一套系统性的仿真方法论。 我特别喜欢书中对于模糊逻辑控制和神经网络控制等先进控制策略在Simulink中的实现方式的讲解。这些内容往往是许多入门级书籍所忽略的，但对于现代控制工程而言，这些技术却是必不可少的。作者以循序渐进的方式，从模糊逻辑控制的基本原理讲起，到如何在Simulink中搭建模糊控制器，再到如何利用MATLAB脚本进行模糊规则的优化，整个过程清晰易懂，即使是初次接触这些概念的读者，也能迅速掌握。这种将复杂理论与具体仿真操作相结合的讲解方式，极大地提升了学习的效率和效果。

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