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基础篇 1

第一章 概论 1

1．1 定义 1

1．2 仿真分类 1

1．3 实时仿真系统的基本组成及原理 3

1．4 仿真系统的特点 3

1．5 国内外发展概况 4

第二章 仿真建模方法与VV A 6

2．1 概述 6

2．1．1 仿真的三要素及三项基本活动 6

2．1．2 仿真建模的基本要求与模型型谱 6

2．2．1 线性连续系统的数学模型 7

2．2 系统的数学模型描述 7

2．2．2 非线性连续系统的数学模型 11

2．2．3 线性离散系统的数学模型 13

2．2．4 非线性离散系统的数学模型 16

2．3 仿真模型的建立方法 16

2．3．1 机理建模方法 16

2．3．2 辨识建模方法 17

2．3．3 模糊建模方法 23

2．3．4 神经网络建模方法 26

2．3．5 模糊神经网络建模方法 27

2．4 仿真模型的校核、验证与验收（VV A） 29

2．4．1 仿真模型VV A的发展概况 29

2．4．2 仿真模型VV A的有关概念 30

2．4．3 仿真模型VV A的意义 31

2．4．4 仿真模型VV A的基本原则 32

2．4．5 仿真模型VV A的主要工作 33

2．4．6 仿真模型V V的主要技术方法 36

参考文献 40

第三章 仿真算法 42

3．1 数字仿真的基本算法 42

3．1．1 数字仿真过程 42

3．1．2 数字仿真中的基本算法 44

3．2 刚性系统与微分代数系统的数字仿真算法 65

3．2．1 刚性系统及基本的刚性算法 65

3．2．2 组合算法 70

3．2．3 仿真模型中的间断处理 74

3．2．4 微分代数系统的数值仿真算法 77

3．3 分布参数系统数值仿真算法 80

3．3．1分布参数系统 80

3．3．2 差分方法 81

3．3．3 线方法 84

3．3．4 其他方法 84

参考文献 85

第四章 仿真计算机 87

4．1 模拟计算机仿真 87

4．1．1 模拟计算机 87

4．1．2 用模拟计算机求解连续动力学系统 88

4．2 混合仿真简介 93

4．2．1 概述 93

4．2．2 混合计算机基本结构 94

4．2．3 混合计算机系统中的数字计算机 95

4．2．4 混合计算机系统中的模拟计算机 96

4．2．5 混合计算机系统的中间界面 97

4．2．6 混合计算机系统中的程序生成系统 97

4．3 实时仿真数字机 99

4．3．1 概述 99

4．3．2 AD100介绍 103

4．3．3 ADI SIM系统介绍 106

4．3．4 同构型多处理机MAXION 108

4．3．5 通用计算机实时仿真 111

4．3．6 分布交互式仿真（DIS） 113

参考文献 115

5．1 仿真软件概述 117

第五章 仿真软件 117

5．2 数字仿真语言 119

5．2．1 数字仿真语言的特点 119

5．2．2 连续系统仿真语言 121

5．2．3 离散系统仿真语言 124

5．2．4 混合系统仿真语言 124

5．2．5 图形技术在仿真语言中的应用 126

5．2．6 多媒体技术在仿真语言中的应用 127

5．3 一体化建模仿真环境 128

5．3．1 概况 128

5．3．2 典型一体化仿真系统TESS 130

5．3．3 典型一体化建模/仿真环境TMSE 131

5．3．4 需要进一步研究的问题 133

5．4．1 概况 134

5．4 分布交互仿真软件 134

5．4．2 DIS支撑软件技术与产品 135

5．4．3 HLA支撑软件技术 137

5．5 并发分布交互仿真工程 141

5．5．1 并发分布交互仿真工程（CDISE）的概念 141

5．5．2 并发分布交互仿真工程中的关键技术及其实现策略 143

5．5．3 并发分布交互仿真工程支撑环境（CDISESE） 145

5．6 嵌入式仿真软件 146

5．6．1 FCS的特点 147

5．6．2 系统模型描述 147

5．6．3 FCS结构 148

5．7．1 概况 149

5．7．2 建模专家系统 149

5．7 智能化仿真软件 149

5．7．3 仿真专家系统 150

5．7．4 输出结果分析专家系统 151

5．7．5 定性仿真 152

5．7．6 智能化仿真环境 152

5．7．7 基于代理（Agent-Based）的仿真 154

5．8 面向对象（O-O）的仿真软件 155

5．8．1 概况 155

5．8．2 O-O建模方法学 156

5．8．3 OO仿真软件的组成框架（framework） 156

5．8．4 一个面向对象的复合建模与仿真框架OOPM 157

5．8．5 面向对象连续系统建模/仿真支撑环境ICSLII++ 158

5．8．6 OO仿真软件的进一步发展 160

5．9．2 VR系统的组成 161

5．9．1 VR系统的类型 161

5．9 虚拟现实技术 161

5．9．3 VR系统的软硬件支持 162

5．9．4 分布式虚拟现实（DVR） 163

5．9．5 VR的研究与应用 164

5．10 定性仿真 165

5．11 仿真软件的测试与评估比较 166

5．12 发展中的仿真软件 169

参考文献 170

应用篇 177

第六章 仿真在航空工业中的应用 177

6．1 概述 177

6．2．1 刚性飞机的一般运动方程 179

6．2 飞机飞行动力学仿真 179

6．2．2 飞行动力学仿真模型的组成及功能 183

6．2．3 飞行仿真软件的模块化结构 185

6．2．4 气动数据预处理 186

6．3 半实物仿真 187

6．3．1 概况 187

6．3．2 半实物仿真计算机系统 189

6．3．3 角运动仿真器 190

6．3．4 目标仿真器（目标环境仿真系统） 191

6．3．5 负载仿真器 195

6．3．6 半实物仿真各设备对仿真精度的影响 197

6．4 人在回路仿真系统—飞行模拟器 197

6．4．1 飞行模拟器自动飞行实时仿真系统 197

6．4．2 飞行模拟器运动系统 199

6．4．3 飞行模拟器操纵负荷系统 202

6．4．4 飞行模拟器音响系统 204

6．4．5 视景系统 205

6．4．6 计算机系统 210

6．4．7 教员控制台 215

参考文献 219

第七章 仿真技术在导弹与航天器研制中的应用 220

7．1 概述 220

7．1．1 导弹和航天器控制系统 220

7．1．2 导弹和航天器制导控制系统仿真 223

7．2 导弹和航天器仿真支撑技术 224

7．2．1 制导控制设备物理环境仿真技术 225

7．2．2 计算机仿真技术 229

7．2．3 信息变换和接口技术 232

7．2．4 虚拟现实技术 233

7．3 运载火箭控制系统仿真试验 233

7．3．1 概况 233

7．3．2 系统构成实例 234

7．3．3 实现技术 234

7．4 卫星控制系统仿真试验 238

7．4．1 概况 238

7．4．2 系统构成实例 240

7．4．3 实现技术 242

7．5 地空导弹制导控制系统仿真试验 244

7．5．1 概况 244

7．5．2 系统构成实例 246

7．5．3 实现技术 248

7．6 发展展望 254

7．6．1 技术发展 254

7．6．2 应用发展 255

参考文献 256

第八章 仿真技术在过程工业中的应用 257

8．1 仿真技术在化学工业中的应用 257

8．1．1 仿真辅助训练 257

8．1．2 仿真辅助设计 269

8．1．3 仿真辅助生产 270

8．1．4 仿真辅助研究 271

8．2 仿真技术在火电中的应用 272

8．2．1 中国火电仿真机的发展过程及在世界上的地位 272

8．2．2 全范围火电培训仿真系统的结构及特点 278

8．2．3 对电站培训仿真机的基本要求及评价 282

8．2．4 火电机组仿真自动建模技术 286

8．3 仿真技术在核能工业中的应用 295

8．3．1 概况 295

8．3．2 全范围核电站操纵员培训模拟机主要特点 298

8．3．3 堆芯核裂变动态实时仿真模型 301

8．3．4 反应堆冷却剂系统热工水力动态实时仿真模型 307

8．3．5 在RCS和蒸汽发生器以外的放射性分布 323

8．3．6 安全壳内热工水力过程仿真模型简介 324

参考文献 330

8．4 仿真技术在煤炭工业中的应用 330

8．4．1 采煤工艺系统简介 330

8．4．2 矿井采运系统的仿真 331

8．4．3 露天煤矿调度系统的仿真 340

8．4．4 矿井火灾的仿真 349

8．4．5 经营管理系统的仿真 356

参考文献 366

第九章 仿真技术在交通中的应用 368

9．1 仿真技术在铁路运输中的应用 368

9．1．1 列车驾驶仿真器发展概况 368

9．1．2 列车驾驶仿真器的作用 368

9．1．3 列车驾驶仿真器的原理结构 371

9．1．4 列车驾驶仿真器的数学模型 373

9．1．5 列车驾驶仿真器开发与发展趋势 375

9．2 计算机动态图形仿真技术在港口生产调度方案优化中的应用 377

9．2．1 港口生产组织过程的一般方法 377

9．2．3 系统主要功能模型实现的研究 380

9．2．2 港口生产调度计算机动态图形仿真系统的功能 380

9．2．4 集装箱码头生产调度方案优化仿真系统 387

第十章 展望 392

10．1 仿真建模水平不断提高 392

10．2 仿真手段不断革新 394

10．2．1 仿真硬件的进展 394

10．2．2 仿真软件的进展 395

10．2．3 人工智能技术在仿真中广泛应用 395

10．2．4 实物仿真向虚拟现实过渡 396

10．3 仿真应用不断扩展 396

10．3．1 政府与企业重视仿真技术 396

10．3．2 仿真技术的工程应用不断深入 396

10．3．3 仿真技术应用进展集锦 397