復(fù)雜工程系統(tǒng)建模與仿真

前言

人類從“必然王國”走向“自由王國”的歷史長河中，人和自然的交互與斗爭、人類的實踐與認識及創(chuàng)新與發(fā)展等，書寫了許多不朽的篇章，創(chuàng)造了人類歷史的文明。系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展也是一個由簡單到復(fù)雜、由易到難、由淺入深的漫長發(fā)展過程。其中，“復(fù)雜系統(tǒng)理論”是人類文明史中新的篇章，復(fù)雜性科學(xué)更被譽為“21世紀的科學(xué)”。然而，如何認識“復(fù)雜系統(tǒng)”與“簡單系統(tǒng)”、“整體論”與“還原論”的關(guān)系，是一個正被熱議和值得深入研究的問題，能否在“復(fù)雜系統(tǒng)”與“復(fù)雜工程系統(tǒng)”之間建立起某種內(nèi)在的聯(lián)系？企盼“整體論”與“還原論”能在理論上互相滲透、方法上相互借鑒，以使復(fù)雜系統(tǒng)理論與方法能在復(fù)雜工程系統(tǒng)中得到應(yīng)用，我們才萌生了把自己的科研實踐和初步認識整理成這本書，供同行們參考，也為我們自己的研究“投石問路”的想法。若能為此領(lǐng)域的研究“拋磚引玉”，我們將感到十分欣慰。人類為改造自然，構(gòu)建了許多人工系統(tǒng)，如導(dǎo)彈／航天工程系統(tǒng)、生物工程系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)工程系統(tǒng)、智能機器人系統(tǒng)、軍事指揮與控制系統(tǒng)（如C4ISR系統(tǒng)）等，都具有不同程度的復(fù)雜性，本書把它們稱為復(fù)雜工程系統(tǒng)。有些工程系統(tǒng)本身也許算不上復(fù)雜系統(tǒng)，但其特殊的用途和運行環(huán)境，如導(dǎo)彈／航天、熱核反應(yīng)等的高可靠、高安全性的要求，必須通過某些特殊的設(shè)計來保證其穩(wěn)定性，從而使系統(tǒng)增加了復(fù)雜性，也變成復(fù)雜工程系統(tǒng)。

內(nèi)容概要

導(dǎo)彈武器系統(tǒng)是一個復(fù)雜工程系統(tǒng)，對導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的研究一直是仿真領(lǐng)域的研究重點之一。本書系統(tǒng)闡述了對于導(dǎo)彈武器系統(tǒng)這樣的復(fù)雜工程系統(tǒng)，如何在復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性的理論指導(dǎo)下，開展其建模與仿真研究。本書內(nèi)容包括復(fù)雜工程系統(tǒng)建模與仿真的理論和應(yīng)用問題。其中，理論方面，包括復(fù)雜系統(tǒng)的理論及其發(fā)展、基本概念、理論基礎(chǔ)以及其建模與仿真相關(guān)的問題、復(fù)雜工程系統(tǒng)及其相關(guān)理論；應(yīng)用方面，以導(dǎo)彈武器系統(tǒng)為對象，對導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的設(shè)計、性能評估等方面的問題進行了闡述，包括導(dǎo)彈運動復(fù)雜性及幾種特殊運動的建模、導(dǎo)彈六自由度一體化建模方法與理論及應(yīng)用、核武器中聚合爆轟作用的復(fù)雜性及其建模與仿真、導(dǎo)彈攻防對抗系統(tǒng)和多傳感器組合導(dǎo)航與精確制導(dǎo)復(fù)雜性分析與建模五個方面。本書內(nèi)容豐富翔實，深入淺出，具有較強的前沿性和實用性?！　”緯m合于我國航空、航天、兵器等部門從事飛行器導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制及其他復(fù)雜系統(tǒng)、復(fù)雜工程系統(tǒng)的建模與仿真的科技工作者和工程技術(shù)人員，亦可作為航空、航天等高等院校相關(guān)學(xué)科專業(yè)研究生和教師的重要參考書。

作者簡介

鄧方林，第二炮兵工程學(xué)院控制教研室教授（專業(yè)技術(shù)二級），首批二炮導(dǎo)彈專家，全國優(yōu)秀教師，“導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制”國家重點學(xué)科學(xué)術(shù)帶頭人，博士生導(dǎo)師。兼任中國系統(tǒng)仿真學(xué)會理事。中國計算機用戶協(xié)會理事及信息防護分會顧問，陜西省系統(tǒng)仿真學(xué)會副理事長。長期從事導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制方面的教學(xué)和科研工作。獲國家優(yōu)秀教學(xué)成果二等獎1項，軍隊優(yōu)秀教學(xué)成果一等獎1項，2003年獲全軍育才獎金獎。先后主持完成了多項國家、軍隊重大課題研究，獲國家科技進步一等獎1項，二等獎2項，軍隊科技進步一等獎2項，二等獎5項，三等獎4項，發(fā)表論文100余篇。1991年被批準為國家有突出貢獻的中青年專家。1996年被選為全軍優(yōu)秀共產(chǎn)黨員，1997年選為中共十五大代表。

書籍目錄

第1章 緒論　1.1 系統(tǒng)仿真　　1.1.1 系統(tǒng)仿真的定義　　1.1.2 系統(tǒng)的概念與分類　　1.1.3 工程與復(fù)雜工程系統(tǒng)　1.2 仿真技術(shù)的發(fā)展　1.3 導(dǎo)彈、航天系統(tǒng)與仿真技術(shù)第2章 復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性　2.1 復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性理論　　2.1.1 現(xiàn)代系統(tǒng)科學(xué)　　2.1.2 非線性科學(xué)　　2.1.3 復(fù)條系統(tǒng)與復(fù)雜性科學(xué)　　2.1.4 復(fù)雜系統(tǒng)理論的綜合分析　2.2 復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性處理方法　　2.2.1 還原論與整體論　　2.2.2 復(fù)雜性科學(xué)的方法論原則　　2.2.3 開放復(fù)雜巨系統(tǒng)理論與方法　　2.2.4 復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論與方法　　2.2.5 復(fù)雜工程系統(tǒng)理論　　2.2.6 導(dǎo)彈武器系統(tǒng)是復(fù)雜工程系統(tǒng)的初步分析　　2.2.7 復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性研究思路　2.3 復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真　　2.3.1 復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真特點　　2.3.2 復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真難點　　2.3.3 復(fù)雜系統(tǒng)分布仿真　2.4 復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真的應(yīng)用領(lǐng)域　　2.4.1 經(jīng)濟領(lǐng)域　　2.4.2 社會領(lǐng)域　　2.4.3 軍事領(lǐng)域　　2.4.4 其他領(lǐng)域第3章 戰(zhàn)略導(dǎo)彈運動復(fù)雜性及幾種特殊運動建?！?.1 彈體橫向彎曲振動方程的建立　　3.1.1 彈體橫向自由振動方程及其運動特性　　3.1.2 彈體橫向強迫振動方程及其耦合作用　3.2 彎曲振動條件下作用在彈體上的廣義力和廣義力矩　　3.2.1 考慮彈性振動的推力　　3.2.2 搖擺發(fā)動機產(chǎn)生的慣性力對應(yīng)的廣義力　　3.2.3 空氣動力對應(yīng)的廣義力　　3.2.4 用廣義質(zhì)量和廣義力表示的彈性彈體運動方程　3.3 彈性彈體結(jié)構(gòu)離散化方法——傳遞矩陣法　　3.3.1 彈性元件(無質(zhì)量、無慣性)的傳遞矩陣　　3.3.2 典型節(jié)點的傳遞矩陣　　3.3.3 梁的總傳遞矩陣　　3.3.4 單分枝梁的傳遞矩陣　　3.3.5 多分枝結(jié)構(gòu)傳遞矩陣　　3.3.6 用傳遞矩陣計算導(dǎo)彈橫向振動特性　3.4 液體推進劑晃動分析及其建?！　?.4.1 液體自由晃動的基本方程　　3.4.2 推進劑強迫晃動的數(shù)學(xué)建模　3.5 對晃動頻率的控制措施及晃動質(zhì)量計算　　3.5.1 晃動頻率控制　　3.5.2 晃動質(zhì)量及其位置　　3.5.3 晃動等效力學(xué)模型——工程二次簡化　　3.5.4 彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的等效運動方程第4章 彈道導(dǎo)彈六自由度一體化建模方法與理論第5章 彈道導(dǎo)彈六自由度仿真與應(yīng)用第6章 核武器中聚合爆轟作用的復(fù)雜性與建模仿真第7章 多傳感器組合導(dǎo)航與精確制導(dǎo)復(fù)雜性分析與建模第8章 導(dǎo)彈攻防對抗系統(tǒng)建模參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：在系統(tǒng)科學(xué)中，對復(fù)雜系統(tǒng)并沒有明確的提法，復(fù)雜系統(tǒng)被籠統(tǒng)地定義為與牛頓力學(xué)和熱力學(xué)中的簡單系統(tǒng)相對的開放系統(tǒng)，即復(fù)雜系統(tǒng)被理解為開放系統(tǒng)。在非線性科學(xué)中，復(fù)雜系統(tǒng)被認為是一種由于非線性作用而導(dǎo)致的具有不確定性行為的系統(tǒng)，即復(fù)雜系統(tǒng)是由大量單元或子系統(tǒng)非線性地耦合在一起的空間組織或時空過程。1.什么是復(fù)雜系統(tǒng)什么是復(fù)雜系統(tǒng)？從直觀意義上講，具有復(fù)雜性的系統(tǒng)，就是復(fù)雜系統(tǒng)；復(fù)雜系統(tǒng)不是簡單系統(tǒng)。然而，問題遠未得到回答，讓我們試著回答一下如下問題。人類是如何組織產(chǎn)生人類社會的？飛鳥是如何聚集成群的？螞蟻是如何形成王國的？為什么股票市場會在1987年10月的一個星期一這一天狂跌500多點？為什么在1998年爆發(fā)了亞洲經(jīng)濟風(fēng)暴，進而導(dǎo)致全球經(jīng)濟波動？大腦是什么？感情、思想、目的和意識這樣不可言喻的特征是如何產(chǎn)生的？眼睛這樣復(fù)雜精妙的結(jié)構(gòu)是單純的隨機進化和自然選擇的結(jié)果嗎？這些問題只有唯一一個共同點，那就是，它們都屬于復(fù)雜系統(tǒng)。復(fù)雜系統(tǒng)是相對牛頓時代以來構(gòu)成科學(xué)事業(yè)焦點的簡單系統(tǒng)相比而言的。簡單系統(tǒng)通常或者是少量的個體對象，它們之間的相互作用比較弱；或者是封閉的氣體或遙遠的星系，其中包含的對象數(shù)目是如此之大，以至于可以采用，似乎也只能采用統(tǒng)計平均方法來研究它們的行為。正如后面討論復(fù)雜性問題時提到的那樣，復(fù)雜并不一定與系統(tǒng)的規(guī)模成正比，復(fù)雜系統(tǒng)要有一定規(guī)模，但也不是越大越復(fù)雜。也就是說，我們所研究的復(fù)雜系統(tǒng)往往具有中等數(shù)目的元素（或叫主體）：組織中的細胞、股市中的股民、城市交通系統(tǒng)中的司機、生態(tài)系統(tǒng)中的動植物等。

編輯推薦

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