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第1章 计算机仿真技术概述 1

1.1 计算机仿真的概念 1

1.1.1 系统、模型和仿真 1

1.1.2 计算机仿真的特点 6

1.1.3 计算机仿真的过程与步骤 7

1.2 计算机仿真的分类 9

1.3 计算机仿真涉及的主要技术 12

1.3.1 计算机硬件技术 12

1.3.2 计算机软件技术 14

1.3.3 仿真数据库技术 15

1.3.4 仿真模型库技术 16

1.3.5 数据预处理技术 16

1.3.6 可视化技术 17

1.4 计算机仿真的应用 17

1.4.1 在系统分析中的应用 18

1.4.2 在系统设计中的应用 18

1.4.3 作为系统观测器 18

1.4.4 作为系统预测器 19

1.4.5 作为系统训练器 19

1.5 计算机仿真技术发展趋势 19

1.5.1 仿真技术的新进展 19

1.5.2 仿真技术的发展趋势 22

练习题 23

第2章 数学建模方法 24

2.1 系统建模的基本要求 24

2.2 数学模型的分类 24

2.3 系统数学模型的作用 26

2.4 系统模型的可信性 26

2.5 系统建模的途径与应用 27

2.5.1 机理建模方法 27

2.5.2 经验建模方法 30

2.5.3 数据建模方法 31

2.5.4 神经网络建模 47

2.6 常用的数学模型 62

2.6.1 线性连续系统常用的数学模型 62

2.6.2 线性离散时间系统常用的数学模型 69

2.6.3 线性离散时间系统模型转换 70

2.7 连续系统数学模型的实例 71

练习题 80

第3章 连续系统的数值仿真算法 81

3.1 微分方程数值解的基本思想 81

3.1.1 微分方程的离散化 81

3.1.2 微分方程的递推化 82

3.2 连续系统数值积分法的基本原理 82

3.3 单步数值积分法 84

3.3.1 欧拉法 84

3.3.2 改进欧拉法 88

3.3.3 数值积分法的几个基本概念 90

3.3.4 龙格-库塔（RK积分）法 92

3.4 线性多步法 97

3.4.1 线性多步法公式的泰勒级数展开法导出 98

3.4.2 线性多步法公式的数值积分法导出 101

3.5 数值积分法稳定性分析 105

3.5.1 数值解法稳定性的含义 105

3.5.2 数值解法稳定性的分析 106

3.5.3 数值算法中的“病态”问题 108

3.6 数值积分法的选择与计算步距的确定 108

3.6.1 数值积分方法的选择因素 108

3.6.2 积分步长的确定 109

3.6.3 计算机仿真主流程 110

3.7 数值积分法的MATLAB函数 110

3.8 离散相似法 113

3.8.1 离散相似法基本原理 113

3.8.2 离散相似法的步骤 117

练习题 119

第4章 离散事件系统的建模与仿真 120

4.1 离散事件系统仿真概述 120

4.1.1 离散事件系统仿真的基本要素 121

4.1.2 离散事件系统仿真原理 123

4.1.3 离散事件系统仿真的一般步骤 124

4.2 离散事件系统的建模方法 126

4.2.1 实体流程法 126

4.2.2 Petri网法 127

4.3 离散事件系统的仿真方法 137

4.3.1 事件调度法的原理 140

4.3.2 事件调度法的仿真策略 140

4.3.3 事件例程举例 141

4.3.4 队列系统的仿真 141

4.4 随机数与随机变量 145

4.4.1 随机数的产生 145

4.4.2 随机变量的产生 147

4.5 输入数据分析 151

4.5.1 分布类型的辨识 151

4.5.2 分布参数估计 152

4.6 仿真的输出分析 154

4.6.1 终态仿真与稳态仿真 154

4.6.2 终态系统的输出分析 154

4.6.3 稳态仿真的输出分析 156

4.7 离散事件系统仿真举例 157

练习题 175

第5章 建模与仿真的VV＆A 177

5.1 引言 177

5.2 建模与仿真的VV＆A 177

5.2.1 VV＆A的概念 177

5.2.2 VV＆A的基本原则 178

5.2.3 VV＆A的工作过程 179

5.2.4 模型文档 180

5.3 模型校核方法 182

5.4 仿真模型验证的主要技术方法 183

5.4.1 可用于模型验证的软件验证方法 183

5.4.2 模型验证的常用方法介绍 184

5.5 仿真可信度 186

5.5.1 仿真可信度的概念 186

5.5.2 模型／数据对仿真可信度的影响 187

5.5.3 仿真算法对仿真可信度的影响 187

5.5.4 仿真可信度与VV＆A的关系 187

第6章 先进仿真技术 189

6.1 分布式仿真 189

6.1.1 分布式仿真的概念 189

6.1.2 分布式仿真协议 190

6.1.3 分布式仿真的发展及相关技术 191

6.2 协同仿真 194

6.2.1 协同思想的由来 194

6.2.2 协同仿真的概念 195

6.2.3 协同仿真的应用和开发 196

6.3 虚拟现实 197

6.3.1 虚拟现实的概念 197

6.3.2 虚拟现实的基本特征 199

6.3.3 虚拟现实系统的构成与分类 200

6.3.4 虚拟现实的建模技术 201

6.3.5 虚拟现实技术的研究基础 203

6.3.6 虚拟现实的发展 204

6.3.7 虚拟现实技术的应用 206

6.3.8 可视化工具VTK 208

6.4 半实物仿真与dSPACE实时仿真系统 213

6.4.1 dSPACE的开发流程 214

6.4.2 dSPACE系统特点 215

6.4.3 dSPACE软件环境介绍 216

6.5 MATLAB实时仿真工具 216

6.5.1 Real-Time Workshop仿真原理与功能 217

6.5.2 Simulink环境下的实时仿真与实时控制 218

练习题 222

第7章 MATLAB与连续系统仿真 224

7.1 MATLAB语言简介 224

7.1.1 MEX文件 224

7.1.2 MAT文件 225

7.1.3 编译器简介 225

7.2 Simulink功能介绍 225

7.2.1 Simulink常用模块组介绍 226

7.2.2 Simulink常用模块集介绍 232

7.3 Simulink模型的建立 232

7.4 Simulink中的基本操作 233

7.5 Simulink系统仿真环境的设置 236

7.6 S函数模块及其应用 242

7.6.1 S函数概述 242

7.6.2 用MATLAB语言编写S函数的方法 243

7.6.3 用C语言编写S函数的方法 244

7.6.4 S函数的有关概念 245

7.6.5 S函数举例 247

7.7 系统设计实例 250

7.8 VC与MATLAB混合编程 255

7.8.1 MATLAB与VC混合编程的实现方法 255

7.8.2 振动控制工具箱函数在VC中的调用 258

练习题 268

第8章 离散系统仿真CAD及应用 269

8.1 离散事件系统仿真语言 269

8.2 GPSS及GPSS/H离散仿真工具与应用 269

8.2.1 GPSS仿真语言概述 269

8.2.2 GPSS的语言元素 272

8.2.3 GPSS的基本模块及其定义语句 273

8.2.4 GPSS/H的标准输出报告 278

8.2.5 GPSS/H应用示例——自选商场购物模型 281

8.2.6 GPSS应用示例——一家电修理部模型 285

8.3 ProModel软件与应用 287

8.3.1 ProModel软件简介 287

8.3.2 ProModel的基本仿真元素 288

8.3.3 ProModel建模仿真的步骤 289

8.3.4 ProModel软件的安装 290

8.3.5 ProModel模块 291

8.3.6 ProModel软件的基本操作 291

8.3.7 ProModel基本建模元素的创建 296

8.4 ProModel仿真应用实例 299

8.4.1 ATM系统 299

8.4.2 理发店仿真实例 302

8.4.3 家具厂仿真实例 307

8.4.4 堵塞问题仿真 313

8.5 ProModel的输出模块 315

练习题 322

第9章 机械系统协同仿真CAD及应用 324

9.1 仿真软件环境与接口实现 324

9.1.1 仿真环境简介 325

9.1.2 接口实现 328

9.1.3 利用ADAMS和MATLAB进行联合仿真 328

9.2 天线系统的协同仿真 329

9.2.1 仿真要求 329

9.2.2 主要步骤及仿真结果 329

9.3 仿生腿设计中的协同仿真 343

9.3.1 构造ADAMS机械系统样机模型 344

9.3.2 控制系统建模 346

9.3.3 协同仿真分析 350

9.4 协同仿真中的注意事项 353

练习题 354

第10章 冷连轧仿真模型库系统 355

10.1 冷连轧系统概述 355

10.2 冷连轧仿真模型库需求分析 359

10.3 冷连轧仿真模型库系统功能设计 360

10.3.1 系统功能结构 360

10.3.2 系统数据结构 361

10.4 冷连轧仿真模型库系统软件体系结构设计 361

10.4.1 面向对象的软件层次化模块化体系结构 361

10.4.2 运用可重用技术的动态仿真系统 363

10.5 冷连轧仿真模型库系统的软件实现 365

10.5.1 仿真系统硬件组成 365

10.5.2 仿真平台 366

10.5.3 领域模型库的开发 375

10.6 冷连轧仿真模型库系统应用评价 379

第11章 铁水运输调度智能仿真系统 381

11.1 铁水运输调度系统概述 381

11.2 仿真需求分析 382

11.3 研究内容及实施方案 382

11.3.1 研究内容 382

11.3.2 实施方案 384

11.4 仿真系统的软件设计与实现 385

11.4.1 仿真系统的组成及框架结构 385

11.4.2 仿真系统的Petri网建模 387

11.4.3 仿真系统的调度机制 392

11.4.4 仿真系统的功能模块设计 393

11.4.5 仿真系统的数据结构设计 403

11.4.6 运行环境和开发工具 406

11.4.7 人工干预过程的实现 407

11.5 仿真结果及分析 411

11.5.1 仿真条件设定 411

11.5.2 仿真方案的确定 412

11.5.3 仿真系统性能指标统计及分析 413

11.6 仿真系统综合评价 417

参考文献 418