計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)

前言

本書第一版于2005年8月由化學(xué)工業(yè)出版社出版，使用至今，受到讀者歡迎，也被國(guó)內(nèi)許多高校作為計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)課程的教材。第二版是根據(jù)目前計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的最新發(fā)展，以及許多讀者的反饋意見而重新編寫的，并被教育部立項(xiàng)為“普通高等教育‘十一五’國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材”。第二版力求體現(xiàn)面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容與課程體系改革的要求，反映現(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展的先進(jìn)水平和最新研究成果；力求做到突出重點(diǎn)、聯(lián)系工程實(shí)際、深入淺出，注重計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的概念和原理的講解，更加注重計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的實(shí)際工程應(yīng)用的培養(yǎng)，避免冗長(zhǎng)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，以利于讀者全面掌握計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的基本理論和技術(shù)，快速地應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)到實(shí)際的工程項(xiàng)目中。第二版與第一版的最大改動(dòng)之處是第9章，將原書9.1節(jié)、9.2節(jié)和9.3節(jié)精簡(jiǎn)為1節(jié)，在本章中新增了9.2節(jié)“快速控制原型”和9.3節(jié)“MATALB/RTW實(shí)時(shí)仿真工具箱”。這是因?yàn)槟壳扒度胧较到y(tǒng)正在成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)主要領(lǐng)域，其技術(shù)也得到快速的發(fā)展，并已經(jīng)在各個(gè)工程領(lǐng)域中得到非常成功的應(yīng)用。社會(huì)對(duì)從事嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的人員需求量也正在增大。為此編者在這兩小節(jié)給讀者介紹這兩方面的內(nèi)容，不僅可以使得讀者更加深刻理解計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展方向和應(yīng)用領(lǐng)域，而且對(duì)于從事嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)人員也具有較大的參考價(jià)值。本次修訂工作由吳旭光教授完成。本書配有電子教案、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)程序等，使用本書作為教材的教師可以通過電子郵件txh@cip.com.cn索取。本版內(nèi)容雖有所改進(jìn)，但由于編者水平有限，書中錯(cuò)誤和不妥之處在所難免，殷切希望使用本書的師生和其他讀者，給予批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書對(duì)系統(tǒng)仿真理論、技術(shù)以及仿真方法學(xué)、仿真軟件和應(yīng)用作了詳細(xì)的講述。主要內(nèi)容有：系統(tǒng)仿真的基本概念、系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及其相互轉(zhuǎn)換、數(shù)值積分法在系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用、面向微分方程的仿真程序設(shè)計(jì)、面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)字仿真法、快速數(shù)字仿真法、控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化及仿真、SimuLink建模和仿真、現(xiàn)代仿真技術(shù)、快速控制原型、硬件在回路仿真和仿真應(yīng)用技術(shù)等。 　　本書可以作為高等院校自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、電子信息工程、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化及相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生的教材，也可供從事系統(tǒng)控制、系統(tǒng)仿真的科研人員和工程師參考。

書籍目錄

第1章 緒論 　1.1 系統(tǒng)仿真的基本概念 　1.2 連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù) 　1.3 離散事件系統(tǒng)仿真技術(shù) 　　1.3.1 離散事件系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 　　1.3.2 離散事件系統(tǒng)的仿真方法 　　1.3.3 離散事件系統(tǒng)仿真語言 　1.4 仿真技術(shù)的應(yīng)用 　　1.4.1 系統(tǒng)仿真技術(shù)在系統(tǒng)分析、綜合方面的應(yīng)用 　　1.4.2 系統(tǒng)仿真技術(shù)在仿真器方面的應(yīng)用 　　1.4.3 系統(tǒng)仿真技術(shù)在技術(shù)咨詢和預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用 　1.5 仿真技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 　　1.5.1 仿真計(jì)算機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展 　　1.5.2 計(jì)算機(jī)軟件的現(xiàn)狀及發(fā)展 　　1.5.3 仿真器的現(xiàn)狀與開發(fā) 　本章小結(jié) 　習(xí)題 第2章 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型及其相互轉(zhuǎn)換 　2.1 系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 　　2.1.1 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 　　2.1.2 離散時(shí)間模型 　　2.1.3 Matlab語言中的模型表示 　　2.1.4 不確定模型 　2.2 實(shí)現(xiàn)問題 　2.3 從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖向狀態(tài)方程的轉(zhuǎn)換 　　2.3.1 系統(tǒng)模擬結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)換為狀態(tài)方程 　　2.3.2 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖轉(zhuǎn)換為狀態(tài)方程 　　2.3.3 利用Matlab語言對(duì)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行描述和轉(zhuǎn)換 　2.4 連續(xù)系統(tǒng)的離散化方程 　　2.4.1 狀態(tài)方程的離散化 　　2.4.2 傳遞函數(shù)的離散化 　　2.4.3 利用Matlab語言進(jìn)行離散化處理 　本章小結(jié) 　習(xí)題 第3章 數(shù)值積分法在系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用 　3.1 在系統(tǒng)仿真中常用的數(shù)值積分法 　　3.1.1 歐拉法和改進(jìn)的歐拉法 　　3.1.2 龍格-庫(kù)塔法 　　3.1.3 線性多步法 　　3.1.4 Matlab語言中的常微分方程求解指令和使用方法 　3.2 剛性系統(tǒng)的特點(diǎn)及算法 　3.3 實(shí)時(shí)仿真算法 　3.4 分布參數(shù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真 　　3.4.1 模型形式和性質(zhì) 　　3.4.2 差分解法 　　3.4.3 線上求解法 　　3.4.4 Matlab語言在偏微分方程解法中的應(yīng)用 　3.5 面向微分方程的仿真程序設(shè)計(jì) 　本章小結(jié) 　習(xí)題 第4章 面向結(jié)構(gòu)圖的數(shù)字仿真法 　4.1 典型環(huán)節(jié)仿真模型的確定 　4.2 結(jié)構(gòu)圖離散相似法仿真 　4.3 非線性系統(tǒng)的數(shù)字仿真 　4.4 連續(xù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖仿真及程序 　　4.4.1 CSSF程序包簡(jiǎn)單介紹 　　4.4.2 Micro-CSS仿真程序 　　4.4.3 MCSS仿真程序的使用方法 　　4.4.4 MCSS仿真程序分析 　　4.4.5 代數(shù)環(huán)問題 　本章小結(jié) 　習(xí)題 第5章 快速數(shù)字仿真法 　5.1 增廣矩陣法 　5.2 替換法 　　5.2.1 簡(jiǎn)單替換法 　　5.2.2 雙線性變換 　　5.2.3 狀態(tài)方程的雙線性變換 　5.3 零極點(diǎn)匹配法 　5.4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)仿真 　本章小結(jié) 　習(xí)題 第6章 控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化及仿真第7章 Simulink建模和仿真第8章 現(xiàn)代仿真技術(shù)第9章 仿真應(yīng)用技術(shù) 附錄 實(shí)驗(yàn)一 面向微分方程的數(shù)字仿真 實(shí)驗(yàn)二 連續(xù)系統(tǒng)的離散化仿真 實(shí)驗(yàn)三 面向結(jié)構(gòu)圖仿真 實(shí)驗(yàn)四 單純型法參數(shù)尋優(yōu) 實(shí)驗(yàn)五 PID調(diào)節(jié)器參數(shù)最優(yōu)化仿真 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第1章　緒論本章將介紹系統(tǒng)仿真的基本概念。它將從橫向和縱向來闡述系統(tǒng)仿真的內(nèi)涵，所有內(nèi)賓將為學(xué)習(xí)和以后更進(jìn)一步地研究計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)建立一個(gè)基礎(chǔ)。（1）系統(tǒng)與模型系統(tǒng)就是一些具有特定功能的、相互間以一定規(guī)律聯(lián)系著的物體所組成的一個(gè)總體。顯然，系統(tǒng)是一個(gè)廣泛的概念，毫無疑問它在現(xiàn)代科學(xué)研究和工程實(shí)踐中扮演著重要的角色。不同領(lǐng)域的問題均可以用系統(tǒng)的框架來解決。但究竟一個(gè)系統(tǒng)是由什么構(gòu)成的，這取決于觀測(cè)者的觀點(diǎn)。例如，這個(gè)系統(tǒng)可以是一個(gè)由一些電子部件組成的放大器；或者是一個(gè)可能包括該放大器在內(nèi)的控制回路；或者是一個(gè)有許多這樣回路的化學(xué)處理裝置；或者是一些裝置組成的一個(gè)工廠：或者是一些工廠的聯(lián)合作業(yè)形成的系統(tǒng)，而世界經(jīng)濟(jì)就是這個(gè)系統(tǒng)的環(huán)境。一個(gè)系統(tǒng)可能非常復(fù)雜，也可能很簡(jiǎn)單，因此很難給“系統(tǒng)”下一個(gè)確切的定義。因?yàn)檫@個(gè)定義不但能夠足以概括系統(tǒng)的各種應(yīng)用，而且又能夠簡(jiǎn)明地把這個(gè)定義應(yīng)用于實(shí)際。但無論什么系統(tǒng)一般均具有4個(gè)重要的性質(zhì)，即整體性、相關(guān)性、有序性和動(dòng)態(tài)性。首先，必須明確系統(tǒng)的整體性。也就是說，它作為一個(gè)整體，各部分是不可分割的。就好像人體，它由頭、身軀、四肢等多個(gè)部分組成，如果把這些部分拆開，就不能構(gòu)成完整的人體。至于人們熟悉的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其基本組成部分（控制對(duì)象、測(cè)量元件、控制器等）同樣缺一不可。整體性是系統(tǒng)的第一特性。其次，要明確系統(tǒng)的相關(guān)性。相關(guān)性是指系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間相互以一定的規(guī)律聯(lián)系著，它們之問的特定關(guān)系形成了具有特定性能的系統(tǒng)。有時(shí)系統(tǒng)各要素之間的關(guān)系并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是呈現(xiàn)出復(fù)雜的非線性關(guān)系。也正是由于這種非線性，才構(gòu)成了這個(gè)多彩的世界。對(duì)于復(fù)雜的非線性關(guān)系，必須研究其復(fù)雜性與整體性。再以人體為例，人的雙眼視敏度是單眼視敏度的6～10倍。此外，雙眼有立體感，而單眼卻無此特點(diǎn)。這就是一種典型的非線性特征，因此相關(guān)性是系統(tǒng)的第二特性，也是目前系統(tǒng)研究的主要問題。

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