計算機仿真技術

第1章 緒論 1
1.1 系統(tǒng)仿真的基本概念 1
1.2 連續(xù)系統(tǒng)仿真技術 3
1.3 離散事件系統(tǒng)仿真技術 6
1.3.1 離散事件系統(tǒng)的數(shù)學模型 7
1.3.2 離散事件系統(tǒng)的仿真方法 9
1.3.3 離散事件系統(tǒng)仿真語言 10
1.4 仿真技術的應用 12
1.4.1 系統(tǒng)仿真技術在系統(tǒng)分析、綜合方面的應用 12
1.4.2 系統(tǒng)仿真技術在仿真器方面的應用 13
1.4.3 系統(tǒng)仿真技術在技術咨詢和預測方面的應用 13
1.5 仿真技術的現(xiàn)狀與發(fā)展 14
1.5.1 仿真計算機的現(xiàn)狀及發(fā)展 14
1.5.2 計算機軟件的現(xiàn)狀及發(fā)展 14
1.5.3 仿真器的現(xiàn)狀與開發(fā) 15
本章小結(jié) 15
習題 15
第2章 系統(tǒng)數(shù)學模型及其相互轉(zhuǎn)換 16
2.1 系統(tǒng)的數(shù)學模型 16
2.1.1 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學模型 16
2.1.2 離散時間模型 20
2.1.3 Matlab語言中的模型表示 22
2.1.4 不確定模型 23
2.2 實現(xiàn)問題 26
2.3 從系統(tǒng)結(jié)構圖向狀態(tài)方程的轉(zhuǎn)換 30
2.3.1 系統(tǒng)模擬結(jié)構圖轉(zhuǎn)換為狀態(tài)方程 30
2.3.2 系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構圖轉(zhuǎn)換為狀態(tài)方程 32
2.3.3 利用Matlab語言對控制系統(tǒng)的結(jié)構圖進行描述和轉(zhuǎn)換 36
2.4 連續(xù)系統(tǒng)的離散化方程 38
2.4.1 狀態(tài)方程的離散化 38
2.4.2 傳遞函數(shù)的離散化 40
2.4.3 利用Matlab語言進行離散化處理 42
本章小結(jié) 43
習題 43
第3章 數(shù)值積分法在系統(tǒng)仿真中的應用 45
3.1 在系統(tǒng)仿真中常用的數(shù)值積分法 45
3.1.1 歐拉法和改進的歐拉法 45
3.1.2 龍格-庫塔法 47
3.1.3 線性多步法 50
3.1.4 Matlab語言中的常微分方程求解指令和使用方法 54
3.2 剛性系統(tǒng)的特點及算法 56
3.3 實時仿真算法 58
3.4 分布參數(shù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真 60
3.4.1 模型形式和性質(zhì) 60
3.4.2 差分解法 61
3.4.3 線上求解法 64
3.4.4 Matlab語言在偏微分方程解法中的應用 65
3.5 面向微分方程的仿真程序設計 71
本章小結(jié) 73
習題 73
第4章 面向結(jié)構圖的數(shù)字仿真法 75
4.1 典型環(huán)節(jié)仿真模型的確定 75
4.2 結(jié)構圖離散相似法仿真 77
4.3 非線性系統(tǒng)的數(shù)字仿真 81
4.4 連續(xù)系統(tǒng)的結(jié)構圖仿真及程序 85
4.4.1 CSSF程序包簡單介紹 85
4.4.2 Micro-CSS仿真程序 86
4.4.3 MCSS仿真程序的使用方法 86
4.4.4 MCSS仿真程序分析 90
4.4.5 代數(shù)環(huán)問題 94
本章小結(jié) 95
習題 96
第5章 快速數(shù)字仿真法 101
5.1 增廣矩陣法 101
5.2 替換法 103
5.2.1 簡單替換法 103
5.2.2 雙線性變換 106
5.2.3 狀態(tài)方程的雙線性變換 108
5.3 零極點匹配法 110
5.4 計算機控制系統(tǒng)仿真 112
本章小結(jié) 119
習題 119
第6章 控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化及仿真 121
6.1 參數(shù)優(yōu)化與函數(shù)優(yōu)化 121
6.2 單變量尋優(yōu)技術 123
6.2.1 黃金分割法（0.618法） 123
6.2.2 二次插值法 126
6.3 多變量尋優(yōu)技術 130
6.3.1 最速下降法 130
6.3.2 共軛梯度法 135
6.3.3 單純形法 143
6.4 隨機尋優(yōu)法 145
6.5 尋優(yōu)過程對限制條件的處理 150
6.6 函數(shù)尋優(yōu) 151
6.7 Matlab優(yōu)化工具箱 154
6.7.1 Matlab優(yōu)化工具箱概述 154
6.7.2 Matlab優(yōu)化工具箱使用例子 155
本章小結(jié) 159
習題 159
第7章 Simulink建模和仿真 160
7.1 Simulink的概述和基本操作 160
7.1.1 Simulink的概述 160
7.1.2 基本操作 161
7.2 基本模塊 162
7.3 建模方法 168
7.3.1 模塊的操作 169
7.3.2 模塊的連接 172
7.4 系統(tǒng)仿真舉例 174
7.4.1 非線性系統(tǒng)的模擬 175
7.4.2 混合系統(tǒng)PID控制器仿真 177
7.5 子系統(tǒng)和子系統(tǒng)的封裝 179
7.5.1 Simulink子系統(tǒng) 179
7.5.2 子系統(tǒng)的封裝 184
7.6 回調(diào) 186
7.6.1 回調(diào)函數(shù)的介紹 187
7.6.2 基于回調(diào)的圖形用戶界面 187
7.7 S函數(shù) 189
7.7.1 S函數(shù)模塊 189
7.7.2 S函數(shù)的工作原理 190
7.7.3 S函數(shù)中的幾個概念 190
7.7.4 S函數(shù)動畫 192
本章小結(jié) 197
習題 197
第8章 現(xiàn)代仿真技術 199
8.1 面向?qū)ο蠓抡婕夹g 199
8.1.1 面向?qū)ο蟮母拍詈吞攸c 199
8.1.2 UML統(tǒng)一建模語言 200
8.1.3 面向?qū)ο蟮慕Ｅc仿真 203
8.1.4 面向?qū)ο蠓抡媾e例 206
8.2 分布交互仿真技術 210
8.2.1 分布交互仿真的發(fā)展歷程 210
8.2.2 分布交互仿真技術的特點和關鍵技術 212
8.2.3 DIS系統(tǒng)的體系結(jié)構和標準 214
8.2.4 高層體系結(jié)構（HLA） 216
8.3 虛擬現(xiàn)實技術 218
8.3.1 虛擬現(xiàn)實技術的基本概念 218
8.3.2 分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 220
8.3.3 虛擬現(xiàn)實技術的應用 221
8.4 建模與仿真的VV&A技術 223
8.4.1 概述 223
8.4.2 VV&A技術與方法 224
8.4.3 VV&A的過程及基本原則 230
本章小結(jié) 233
習題 233
第9章 仿真應用技術 234
9.1 仿真語言及其發(fā)展 234
9.1.1 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真 234
9.1.2 仿真語言的功能 235
9.1.3 仿真語言的分類 235
9.1.4 數(shù)字仿真語言的發(fā)展概況和性能評價 236
9.2 仿真語言的基本結(jié)構和組織 236
9.2.1 對仿真語言的主要要求 236
9.2.2 仿真語言的一般結(jié)構和組織 237
9.3 一種典型的連續(xù)系統(tǒng)仿真語言 239
9.3.1 DARE-P的主要功能 239
9.3.2 DARE-P語言的基本結(jié)構 239
9.3.3 DARE-P的使用方法 240
9.3.4 應用例子 242
9.4 一體化仿真技術 242
9.5 人工智能與仿真技術 245
9.5.1 概述 245
9.5.2 人工智能在仿真技術中的主要應用 245
9.5.3 仿真專家系統(tǒng) 247
9.5.4 智能化仿真的研究與探索 248
9.6 數(shù)學模型和建模方法學 248
9.6.1 數(shù)學模型的作用和目標 249
9.6.2 數(shù)學模型的性質(zhì)和假設 250
9.6.3 建模方法學 252
9.6.4 結(jié)論 255
9.7 仿真實驗的計劃指定和實施 255
9.7.1 問題的闡述和計劃的制定 256
9.7.2 仿真實驗準備階段 256
9.7.3 仿真實驗與結(jié)果處理 257
附錄 259
實驗一 面向微分方程的數(shù)字仿真 259
實驗二 連續(xù)系統(tǒng)的離散化仿真 260
實驗三 面向結(jié)構圖仿真 261
實驗四 單純型法參數(shù)尋優(yōu) 261
實驗五 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)最優(yōu)化仿真 262
參考文獻 264