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第1章 计算机仿真技术基础 1

1.1从现实问题开始 1

1.2系统及系统的分类 4

1.2.1系统的概念 4

1.2.2系统环境的概念 5

1.2.3系统中的随机概念 6

1.2.4连续系统与离散事件系统 6

1.3系统模型的概念及其分类 7

1.3.1系统模型的概念 7

1.3.2系统模型的分类 9

1.4计算机仿真中的系统建模 12

1.4.1构筑模块的思想 12

1.4.2相关信息的原则 13

1.4.3准确数据的原则 13

1.4.4实体聚合的原则 13

1.5计算机仿真的定义 14

1.5.1问题求解中的仿真方法和解析方法分析 14

1.5.2计算机仿真的分类 15

1.5.3计算机系统仿真的基本步骤 15

1.6计算机仿真技术发展概要 16

1.7小结 18

思考题 18

第2章 系统模型建立的方法论 20

2.1系统与建模 20

2.1.1系统建模方法的形式化描述 20

2.1.2系统数学模型的分类 23

2.2系统建模的方法论 29

2.2.1系统数学模型的作用 29

2.2.2建立系统模型的依据 29

2.2.3系统模型的可信性 30

2.2.4系统建模的途径 30

2.3系统辨识 31

2.3.1系统辨识概述 31

2.3.2动力学系统辨识 33

2.4系统建模的实践 35

2.4.1机械系统的建模方法 35

2.4.2电气系统的建模方法 36

2.4.3连铸过程中的系统建模方法 36

2.4.4机-电-磁实验系统的曲线拟合与插值处理 37

2.4.5实验数据的曲线拟合与插值处理 41

2.4.6生态系统建模方法 41

2.4.7辨识方法建模实例 42

2.5小结 43

思考题 44

第3章 连续系统数值积分 45

3.1连续系统数值积分法基本原理 45

3.1.1Euler法 46

3.1.2改进Euler法 48

3.1.3数值积分法的几个基本概念 50

3.2Runge-Kutta积分法 51

3.2.1Runge-Kutta数值积分公式的推导 51

3.2.2四阶Runge-Kutta法的向量公式 53

3.3线性多步法 54

3.3.1Adams显式公式 54

3.3.2Adams隐式公式 56

3.3.3Adams预估-校正法 56

3.4数值积分法稳定性分析 57

3.4.1数值解法稳定性的含义 57

3.4.2稳定性分析 58

3.5数值积分法的选择与计算步距的确定 60

3.5.1积分方法的选择 60

3.5.2积分步长的确定 61

3.5.3误差估计与步长控制 62

3.6小结 63

思考题 64

第4章 离散事件系统仿真 65

4.1概述 65

4.2系统仿真实例 66

4.3离散事件仿真的基本要素 68

4.4离散事件仿真模型的设计与实现 68

4.4.1仿真时钟（Clock）的推进机制及其相应的仿真方法 69

4.4.2仿真模型的设计 69

4.4.3排队系统的仿真 70

4.5随机数与随机变量的产生 75

4.5.1随机数的产生 75

4.5.2随机变量的产生 77

4.6输入数据的分析 80

4.6.1分布类型的辨识 80

4.6.2分布参数估计 83

4.6.3拟合度检验 85

4.7仿真的输出分析 87

4.7.1终态仿真与稳态仿真 87

4.7.2终态系统的输出分析 87

4.7.3稳态仿真的输出分析 90

4.7.4不同设计方案的比较与评价 93

4.8离散事件仿真语言 96

4.8.1离散事件仿真语言概述 96

4.8.2GPSS 96

4.8.3SIMAN 98

4.9小结 99

思考题 100

第5章 面向对象的仿真 102

5.1面向对象的概念与技术 103

5.1.1面向对象的基本概念 103

5.1.2面向对象的分析 105

5.1.3面向对象的设计 106

5.1.4面向对象的程序设计 107

5.2面向对象仿真概述 108

5.2.1面向对象仿真的优点 108

5.2.2面向对象技术在仿真中的应用 109

5.2.3面向对象仿真系统的构成 110

5.2.4面向对象仿真语言 111

5.3基于C++的面向对象仿真的软件设计 112

5.3.1C++语言简介 113

5.3.2应用C++的仿真基本类结构 113

5.3.3面向对象的仿真软件实例 117

5.4小结 120

思考题 121

第6章 高层体系结构 122

6.1分布式交互仿真体系结构的发展 122

6.1.1分布交互仿真技术 123

6.1.2聚合级仿真协议 124

6.1.3高层体系结构的由来 124

6.1.4DIS、ALSP和HLA的比较 126

6.2高层体系简介 127

6.2.1HLA仿真系统的层次结构 128

6.2.2HLA的组成 128

6.2.3HLA的基本思想 129

6.2.4HLA的主要特点 130

6.3HLA规则 130

6.3.1联邦规则 130

6.3.2联邦成员规则 130

6.4HLA对象模型模板 131

6.4.1联邦对象模型 131

6.4.2成员对象模型 131

6.4.3HLA OMT的组成 131

6.5联邦运行支撑环境 132

6.6HLA接口规范 134

6.6.1联邦管理 135

6.6.2声明管理 136

6.6.3对象管理 137

6.6.4时间管理 139

6.7小结 141

思考题 142

第7章 嵌入式仿真系统与冷连轧优化仿真系统实现 143

7.1嵌入式仿真系统 143

7.1.1嵌入式仿真系统的概念和原理 144

7.1.2嵌入式仿真系统的特点 144

7.2冷连轧机计算机控制系统 145

7.3优化计算机嵌入式仿真系统组成 145

7.3.1嵌入式仿真系统的功能组成 145

7.3.2系统的硬件组成 146

7.3.3嵌入式仿真系统的实现 147

7.4嵌入式仿真系统TMI运行机制 148

7.5嵌入式仿真系统模型试验环境 149

7.5.1模型的层次化结构 149

7.5.2模型在线、离线轧制模型仿真 149

7.6小结 151

思考题 151

第8章 仿真模型的校核、验证与认可 152

8.1系统模型的校核、验证与认可的基本概念 152

8.1.1有关基本概念 153

8.1.2模型校核与验证的难点 154

8.2系统模型校核与验证的一般策略 155

8.2.1模型校核的一般方法 155

8.2.2模型验证的一般方法 156

8.3小结 157

思考题 157

第9章 实时仿真系统的规划与构建 158

9.1实时仿真与半实物仿真 158

9.2仿真规划 159

9.3仿真工具的特性 161

9.4系统实现方案与选择 161

9.4.1方案的提出 161

9.4.2RTW的基础及应用 163

9.4.3dSPACE实时系统 166

9.5实时仿真系统实验平台设计 167

9.6系统实时性分析 167

9.7小结 170

思考题 170

第10章 铁水运输仿真系统 171

10.1铁水运输系统分析与建模方法 172

10.2基于知识的分层事件调度仿真策略 173

10.3物流-工艺-运输一体化铁水调度模型的建立 174

10.3.1铁水调度子系统在仿真系统中的作用 175

10.3.2物流-工艺-运输一体化铁水调度模型 175

10.4基于虚拟探测与竞争规则的厂区铁路列车避碰算法 176

10.5铁水运输分区分级路径动态选择算法 177

10.5.1路网拓扑模型的建立 177

10.5.2拓扑网络描述 178

10.5.3分级路网模型的建立 178

10.5.4分区分级的路径选择算法 179

10.6仿真系统总体功能逻辑结构 179

10.7仿真系统的软件结构 180

10.8仿真结果 182

10.9小结 182

思考题 182

第11章 伺服控制实时仿真系统应用 183

11.1机器人足球系统应用研究 183

11.1.1微型足球机器人系统 183

11.1.2足球机器人控制系统设计 185

11.1.3控制器的设计 185

11.1.4实时仿真系统设计 186

11.1.5控制器的优化 187

11.1.6系统性能测试 188

11.1.7系统模型辨识 189

11.2球杆系统应用研究 190

11.2.1球杆系统的建模 191

11.2.2控制器的设计 193

11.2.3实时仿真系统设计与实现 194

11.3倒立摆系统应用研究 196

11.3.1一级倒立摆的应用研究 196

11.3.2二级倒立摆的应用研究 204

11.3.32dof平面机器人系统应用 208

11.4小结 215

思考题 216

第12章 基于MATLAB／Simulink的建模与仿真 217

12.1Simulink模块库简介 218

12.1.1输入模块组 219

12.1.2输出池模块组 219

12.1.3连续系统模块组 220

12.1.4离散系统模块组 220

12.1.5非线性模块组 221

12.1.6数学函数模块组 221

12.1.7查表模块组 222

12.1.8用户自定义函数模块组 223

12.1.9信号与系统模块组 223

12.1.10信号属性模块组 224

12.1.11Simulink中其他工具箱的模块组 224

12.2Simulink模型的建立 226

12.2.1模型窗口的建立 226

12.2.2模块的连接与简单处理 226

12.2.3模块的参数修改 227

12.2.4启动系统仿真环境 227

12.3Simulink在系统仿真研究中的应用举例 228

12.4小结 231

思考题 231

参考文献 232