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第1章 概论 1

1.1 系统、模型与仿真 2

1.2 基于相似理论的系统仿真 6

1.3 系统仿真的类型 7

1.4 仿真科学与技术的发展沿革 9

1.5 仿真技术的应用 10

1.6 系统仿真的一般步骤 13

1.7 小结 14

第1篇 系统建模篇 16

第2章 集中参数系统的建模 16

2.1 概述 17

2.1.1 模型形式化 18

2.1.2 建模方法学 20

2.2 连续时间系统的建模 22

2.2.1 连续时间系统模型的描述 22

2.2.2 连续时间系统基于机理的建模 23

2.2.3 模型参数的可辨识性 26

2.2.4 外部模型到内部模型的变换 28

2.2.5 系统状态初始值的变换 31

2.2.6 面向结构图的模型变换 34

2.3 离散时间系统及连续／离散混合系统的建模 39

2.3.1 离散时间系统模型的描述 39

2.3.2 连续／离散混合系统模型描述 41

2.3.3 连续／离散混合系统的建模 42

2.4 模型的可信性 52

2.4.1 模型的校核、验证与确认 53

2.4.2 系统的同态与同构 53

2.4.3 模型的校核与验证方法 54

2.5 小结 55

第3章 计算机辅助建模 57

3.1 概述 58

3.2 计算机辅助结构建模 58

3.2.1 结构模型 58

3.2.2 解释结构建模 60

33 电路系统的模型设计 63

3.3.1 电路系统模型 63

3.3.2 电路系统的拓扑 65

3.3.3 改进结点法 67

3.4 多体系统的计算机辅助建模 69

3.4.1 多体系统 69

3.4.2 多体系统建模的基本概念 70

3.4.3 多体系统的拓扑构型 71

3.4.4 多刚体系统的运动学建模 73

3.4.5 多刚体系统的动力学建模 80

3.5 小结 81

第4章 模型简化技术 83

4.1 概述 84

4.2 状态空间描述的模型简化技术 85

4.2.1 状态集结法 86

4.2.2 模态集结法 90

4.2.3 摄动法 94

4.3 传递函数描述的模型简化技术 96

4.3.1 Pade逼近法 96

4.3.2 连分式法 99

4.3.3 结合劳斯判据的混合方法 106

4.4 小结 109

第5章 分布参数系统的建模 110

5.1 概述 111

5.2 建模原理 111

5.2.1 场变量与场参数 112

5.2.2 建模方法学 113

5.3 椭圆型偏微分方程 115

5.4 抛物型偏微分方程 117

5.5 双曲型偏微分方程 119

5.6 弹性力学方程 121

5.6.1 双调和方程 121

5.6.2 有限元法的弹性力学基本方程 121

5.6.3 弹性力学基本方程的笛卡儿张量描述 124

5.7 小结 126

第2篇 系统仿真篇 129

第6章 数值积分法仿真 129

6.1 连续系统离散化原理 130

6.2 龙格-库塔法 132

6.2.1 龙格-库塔法的基本原理 132

6.2.2 龙格-库塔法的误差估计及步长控制 136

6.2.3 实时龙格-库塔法 140

6.3 线性多步法 141

6.3.1 线性多步法的基本原理 141

6.3.2 线性多步法的误差分析 146

6.3.3 关于变步长的讨论 148

6.4 稳定性分析 150

6.5 小结 152

第7章 离散相似法 153

7.1 时域离散相似法 154

7.1.1 基本原理 154

7.1.2 状态转移矩阵的计算 157

7.1.3 增广矩阵法 161

7.2 面向结构图的非线性系统仿真 163

7.2.1 典型线性动态环节Ф（T），Фm（T），？m（T）的计算 164

7.2.2 常用非线性环节计算子程序 166

7.2.3 非线性系统离散相似法仿真程序CSS02.C 167

7.3 频域离散相似法 170

7.3.1 替换法 171

7.3.2 根匹配法 176

7.3.3 可调整积分法 178

7.4 采样控制系统仿真 185

7.4.1 采样控制系统 186

7.4.2 采样周期与仿真步距 186

7.4.3 纯延迟环节的仿真模型 190

7.4.4 采样控制系统仿真举例 191

7.5 小结 194

第8章 病态系统仿真 195

8.1 病态系统的定义 196

8.2 线性病态系统仿真 197

8.3 一般连续病态系统仿真 199

8.3.1 吉尔（Gear）法 199

8.3.2 单步多值法 201

8.3.3 病态探测与误差估计 205

8.3.4 半隐式龙格—库塔法 213

8.3.5 多帧速算法 214

8.4 间断特性的仿真建模 217

8.4.1 条件函数零点搜索法 219

8.4.2 平均值法 220

8.4.3 间断点估计法 224

8.5 小结 225

第9章 控制系统建模与仿真举例 226

9.1 引言 227

9.2 机械谐振分析 227

9.3 系统建模 229

9.3.1 单电机驱动的雷达伺服系统 230

9.3.2 双电机驱动的雷达伺服系统 230

9.3.3 随动系统的结构 235

9.4 仿真设计 236

9.4.1 线性系统的仿真设计 236

9.4.2 考虑非线性及小时间常数的仿真设计 239

9.4.3 非线性系统的仿真实验设计 243

9.5 仿真结果分析 249

9.6 小结 251

第10章 连续系统仿真语言 252

10.1 发展沿革 253

10.2 MATLAB简介 255

10.2.1 MATLAB的发展历程 255

10.2.2 MATLAB的系统构成 255

10.2.3 MATLAB工具箱 256

10.2.4 MATLAB 7.0/Simulink 6.0的特点 257

10.3 MATLAB的系统建模 259

10.3.1 线性连续系统Simulink的描述 259

10.3.2 线性离散时间系统Simulink的描述 260

10.3.3 连续—离散时间混合系统Simulink的描述 261

10.4 MATLAB仿真建模技术 263

10.4.1 连续系统的仿真建模 263

10.4.2 离散时间系统与连续-离散时间混合系统的仿真建模 265

10.4.3 间断点及代数环的仿真建模 266

10.5 MATLAB模块化集成技术 267

10.5.1 数据驱动模型 267

10.5.2 子系统集成 267

10.5.3 MATLAB的典型子系统 268

10.6 小结 270

第11章 分布参数系统仿真 271

11.1 概述 272

11.2 差分法原理 273

11.2.1 对流方程差分法 273

11.2.2 差分格式的相容性、收敛性及稳定性 275

11.3 典型分布参数系统的差分法 280

11.3.1 扩散方程的菱形法及跳点法 280

11.3.2 对流方程的耗散中心差公式 282

11.3.3 椭圆方程的差分法 283

11.4 线上求解法 285

11.5 有限元方法原理 287

11.5.1 微分方程的等效积分形式与加权余量法 288

11.5.2 三角形单元的有限元格式 292

11.5.3 基于最小位能原理的有限元方程 295

11.5.4 广义坐标有限元法的一般格式 298

11.6 小结 301

第12章 并行与分布仿真 303

12.1 概述 304

12.2 并行仿真 304

12.2.1 并行仿真的基本概念 304

12.2.2 并行处理原理及并行仿真算法 307

12.2.3 面向微分方程的并行仿真 311

12.2.4 并行仿真任务的划分 313

12.2.5 并行仿真的实现 315

12.3 分布交互式仿真 318

12.3.1 分布交互式仿真的发展 318

12.3.2 分布交互式仿真的基本原理 320

12.4 基于高层体系结构的仿真 323

12.4.1 HLA体系结构 323

12.4.2 HLA标准 325

12.4.3 HLA运行支撑环境RTI 330

12.5 并行与分布仿真的进展 333

12.5.1 可扩展建模与仿真框架（XMSF） 334

12.5.2 面向服务框架 334

12.5.3 仿真网格 336

12.6 小结 339

附录A 实验内容及其源程序 341

附录B 缩写词 356

参考文献 361