系統(tǒng)仿真導論

前言

本教材系由全國高等學校自動控制專業(yè)教學指導委員會評審，原電子工業(yè)部教材辦公室批準的“九五”規(guī)劃教材。該教材由清華大學自動化系肖田元擔任主編，張燕云、陳加棟參加編寫，熊光楞擔任主審。本書的參考教學學時為48~~60學時。學習本課程之前，學生必須已修過“自動控制原理”、“概率論與數(shù)理統(tǒng)計”、“計算機程序設計語言”等課程。系統(tǒng)仿真是研究、設計、分析各種復雜系統(tǒng)的重要工具。本書可供自動控制理論與應用、機械工程、經(jīng)濟管理、系統(tǒng)工程等專業(yè)的仿真課程作為教材使用。使用對象主要是大學高年級學生，其中帶“*”的章節(jié)是選修內(nèi)容；也可作為研究生參考教材。本書的目的是力圖向讀者比較全面地、系統(tǒng)地介紹系統(tǒng)仿真學科。全書分為三篇，即連續(xù)系統(tǒng)仿真篇、離散事件系統(tǒng)仿真篇和現(xiàn)代仿真技術(shù)篇。此外，書中開始安排了概論，使初次接觸仿真的讀者對系統(tǒng)仿真有一個概念性了解。連續(xù)系統(tǒng)仿真篇分為9章。首先對連續(xù)系統(tǒng)的模型形式化描述進行討論（第1章）；接著介紹經(jīng)典的連續(xù)系統(tǒng)建模方法學，主要討論龍格－庫塔法和線性多步法（第2章）；然后分別按時域和頻域討論連續(xù)系統(tǒng)仿真建模技術(shù)（第3，4章）。第5章對采樣控制系統(tǒng)的仿真進行專門介紹。第6章及第7章對兩類特殊問題－－病態(tài)系統(tǒng)及含有間斷特性的系統(tǒng)仿真技術(shù)進行了討論。到此，對有關(guān)集中參數(shù)的連續(xù)系統(tǒng)仿真技術(shù)作了比較全面的介紹。第8章提供有關(guān)分布參數(shù)系統(tǒng)的仿真建模技術(shù)。近些年來，并行處理技術(shù)得到長足的發(fā)展，因此，在第9章，介紹了連續(xù)系統(tǒng)并行仿真的基本原理和技術(shù)。離散事件系統(tǒng)仿真篇分為5章。首先介紹離散事件系統(tǒng)仿真的基本概念，通過兩類常見的離散事件系統(tǒng)——排隊系統(tǒng)和庫存系統(tǒng)的仿真使讀者對該類仿真有一個總體認識（第10章）。第11章討論離散事件系統(tǒng)仿真建模方法學。隨機性是這類系統(tǒng)的重要特征。然后用兩章的篇幅，討論如何從觀測數(shù)據(jù)確定隨機變量模型以及隨機變量的產(chǎn)生等（第12，13章）。最后，在第14章，對離散事件系統(tǒng)仿真結(jié)果分析進行了比較詳細的討論，這是因為，該問題以往未能引起人們的足夠重視，而且至今仍未得到徹底解決。本書的第3篇介紹現(xiàn)代仿真技術(shù)。如前所述，仿真技術(shù)發(fā)展如此迅速，以至于來不及在教科書中加以介紹。在眾多的現(xiàn)代仿真技術(shù)中，本書選擇了 “虛擬現(xiàn)實技術(shù)”（第15章）加以介紹。作者認為，這方面技術(shù)的發(fā)展，在很大程度上代表了現(xiàn)代仿真技術(shù)的最新技術(shù)成果。本書作為理工類高等學校學生仿真課程的教材，幾乎每章后面均附有習題。考慮到系統(tǒng)仿真是一門實驗性很強的學科，書的最后附有實驗指示書及相應的實驗程序。程序是用C語言編寫的。本書的概論和第6，7，8，9章以及第15章由肖田元編寫，第1，2，3，4，5章由張燕云、肖田元共同編寫，離散事件系統(tǒng)仿真篇即第10-14章由陳加棟編寫。全書由肖田元審閱，熊光楞審定。由于作者的水平有限，懇請讀者對書中的缺點和錯誤給予批評指正。

內(nèi)容概要

　　系統(tǒng)仿真技術(shù)是研究、設計、分析各種復雜系統(tǒng)的重要工具。全書除概論外，共分為三篇，即連續(xù)系統(tǒng)仿真篇（第1～9章）、離散事件系統(tǒng)仿真篇（第10～14章）和現(xiàn)代仿真技術(shù)篇（第15章）。幾乎每章后面均附有習題，書后還附有實驗大綱及相應的仿真源程序清單?！　　断到y(tǒng)仿真導論》可作為自動控制理論與應用、機械工程、經(jīng)濟管理、系統(tǒng)工程等專業(yè)仿真課程的教材，使用對象是大學高年級學生。其中帶“*”的章節(jié)是選修內(nèi)容，也可作為研究生參考教材。對于工程技術(shù)人員，《系統(tǒng)仿真導論》可作為應用仿真技術(shù)的參考書。

書籍目錄

概述 10.1 系統(tǒng)、模型與仿真10.1.1系統(tǒng)10.1.2 模型10.1.3 仿真30.2 系統(tǒng)仿真的類型40.3 系統(tǒng)仿真的一般步驟60.4 仿真技術(shù)的應用70.4.1 仿真技術(shù)在系統(tǒng)設計中的應用70.4.2 仿真技術(shù)在系統(tǒng)分析中的應用80.4.3 仿真在教育與訓練中的應用80.4.4 仿真在產(chǎn)品開發(fā)及制造過程中的應用90.4.5 仿真技術(shù)在CIMS中的應用11第一篇 連續(xù)系統(tǒng)仿真篇第1章 連續(xù)系統(tǒng)仿真概論151.1 連續(xù)系統(tǒng)模型描述151.1.1 連續(xù)時間模型151.1.2 離散時間模型161.1.3 連續(xù)－離散混合模型181.2 模型結(jié)構(gòu)變換201.2.1 外部模型到內(nèi)部模型的變換201.2.2 面向結(jié)構(gòu)圖的模型變換231.2.3 系統(tǒng)狀態(tài)初始值變換28習題30參考文獻31第2章 經(jīng)典的連續(xù)系統(tǒng)仿真建模方法學322.1 離散化原理及要求322.2 龍格－庫塔法342.2.1 龍格－庫塔法基本原理342.2.2 龍格－庫塔法的誤差估計及步長控制382.2.3 實時龍格－庫塔法412.2.4 面向方程的龍格－庫塔法仿真舉例432.3 線性多步法472.3.1 線性多步法基本原理472.3.2 線性多步法誤差分析512.4 穩(wěn)定性分析53習題55參考文獻55第3章 時域離散相似法563.1 時域離散相似法基本原理563.1.1 基本方法563.1.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的計算593.2 增廣矩陣法633.3 面向結(jié)構(gòu)圖的非線性系統(tǒng)仿真65習題71參考文獻72第4章 頻域仿真建模方法學734.1 替換法734.2 根匹配法784.3 頻域離散相似法804.3.1 頻域離散相似法基本原理804.3.2 信號重構(gòu)器的頻譜特性分析814.3.3 可調(diào)整積分法85習題87參考文獻88第5章 采樣控制系統(tǒng)仿真895.1 采樣控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)895.2 采樣周期與仿真步距905.3 不同采樣周期差分模型的轉(zhuǎn)換935.4 純延遲環(huán)節(jié)的仿真模型945.5 采樣控制系統(tǒng)仿真舉例95習題97參考文獻98*第6章 病態(tài)系統(tǒng)仿真996.1 病態(tài)系統(tǒng)的定義996.2 線性病態(tài)系統(tǒng)仿真1006.3 非線性病態(tài)系統(tǒng)仿真1026.3.1 吉爾法1026.3.2 半隱式龍格\|庫塔法1146.3.3 多幀速算法115習題118參考文獻118[KH*2D］*第7章 間斷特性的仿真建模1197.1 間斷特性仿真的特點1197.2 條件函數(shù)零點搜索法1207.3 平均值法1227.4 間斷點估計法125習題127參考文獻127*第8章 偏微分方程仿真建模方法學1288.1 概述1288.2 差分法原理1298.3 差分格式的相容性、穩(wěn)定性及收斂性1318.4 擴散方程的菱形法及跳點法1358.5 對流方程的耗散中心差公式1378.6 橢圓方程的差分法1388.7 線上求解法140習題142參考文獻143第9章 并行仿真技術(shù)1449.1 概述1449.2 并行處理原理及并行仿真算法1479.3 面向微分方程的并行仿真1509.4 分布交互式仿真154習題158參考文獻158第二篇 離散事件系統(tǒng)仿真篇第10章 離散實踐系統(tǒng)仿真基礎16110.1 基本概念16110.2 仿真鐘的推進16310.3 單服務臺排隊系統(tǒng)仿真16510.3.1 排隊系統(tǒng)的基本概念16510.3.2 單服務臺排隊系統(tǒng)仿真舉例16710.4 庫存系統(tǒng)的仿真17010.4.1 庫存系統(tǒng)的基本概念17110.4.2 確定性庫存系統(tǒng)17110.4.3 隨機庫存系統(tǒng)17310.4.4 隨機庫存系統(tǒng)仿真舉例17410.5 離散事件系統(tǒng)仿真研究的一般步驟177習題178參考文獻178第11章 隨機變量模型的確定17911.1 引言17911.2 隨機變量模型的確定17911.2.1 分布參數(shù)的確定17911.2.2 分布類型的假設18311.2.3 實驗分布19011.3 擬合優(yōu)良度檢驗19111.3.1 χ2檢驗19111.3.2 柯爾莫哥洛夫－斯米爾洛夫檢驗(K－S檢驗)193習題195參考文獻195第12章 隨機變量的產(chǎn)生19612.1 概述19612.2 隨機數(shù)發(fā)生器19612.3 隨機數(shù)發(fā)生器的測試19912.4 隨機變量產(chǎn)生的原理20212.4.1 反變換法20212.4.2 組合法20412.4.3 卷積法20512.4.4 舍選法20612.5 典型隨機變量的產(chǎn)生20812.5.1 連續(xù)隨機變量的產(chǎn)生20812.5.2 離散隨機變量的產(chǎn)生212習題215參考文獻215第13章 離散事件系統(tǒng)仿真建模方法及仿真策略21613.1 概述21613.2 Petri網(wǎng)建模方法21613.3 離散事件系統(tǒng)的仿真策略21913.3.1 事件調(diào)度法22013.3.2 活動掃描法22113.3.3 進程交互法22313.3.4 三階段法22413.3.5 四種仿真策略的比較22713.4 離散事件系統(tǒng)仿真語言22913.4.1 概述22913.4.2 GPSS22913.4.3 SLAM/SIMAN仿真語言23113.4.4 SIMSCRIPT II.5232習題232參考文獻233第14章 離散事件系統(tǒng)仿真輸出數(shù)據(jù)分析23414.1 概述23414.2 終止型仿真及穩(wěn)態(tài)型仿真23414.3 終止型仿真輸出數(shù)據(jù)的分析23514.3.1 固定樣本長度法23514.3.2 序貫程序法23714.4 穩(wěn)態(tài)型仿真輸出數(shù)據(jù)的分析23814.4.1 批均值法23814.4.2 穩(wěn)態(tài)型序貫法23914.4.3 重新產(chǎn)生法24214.4.4 重復刪除法24414.5 系統(tǒng)性能比較24814.5.1 兩系統(tǒng)性能比較24814.5.2 多系統(tǒng)性能比較24914.6 仿真結(jié)果分析應用舉例251習題254參考文獻255第三篇 現(xiàn)代仿真技術(shù)篇第15章 虛擬現(xiàn)實技術(shù)25915.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特征及系統(tǒng)的基本構(gòu)成25915.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展概況26215.3 位置跟蹤通道26415.4 視覺通道26715.5 聽覺通道27115.6 觸覺/力反饋27415.6.1 人體觸覺系統(tǒng)27415.6.2 觸覺/力反饋技術(shù)27615.7 虛擬場景的生成27915.7.1 虛擬場景靜態(tài)模型的建立27915.7.2 虛擬場景動態(tài)模型的建立28115.8 本章小結(jié)282參考文獻 283附錄1 實驗指示書285實驗1 面向方程的數(shù)值積分法仿真285實驗2 面向結(jié)構(gòu)圖的離散相似法仿真287實驗3 隨機數(shù)產(chǎn)生及均勻性與獨立性測試288實驗4 仿真輸出數(shù)據(jù)分析289附錄2 仿真實驗源程序290程序1 面向方程的數(shù)值積分法仿真程序(CSS01.C)290程序2 面向結(jié)構(gòu)圖的離散相似法仿真程序(CSS02.C)296程序3 偽隨機發(fā)生器測試程序(DEDS01.C)305程序4 批均值法仿真程序(DEDS02.C)308

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《系統(tǒng)仿真導論》可作為自動控制理論與應用、機械工程、經(jīng)濟管理、系統(tǒng)工程等專業(yè)仿真課程的教材，使用對象是大學高年級學生。其中帶“*”的章節(jié)是選修內(nèi)容，也可作為研究生參考教材。對于工程技術(shù)人員，《系統(tǒng)仿真導論》可作為應用仿真技術(shù)的參考書。

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