計算機建模與仿真技術(shù)

前言

計算機仿真是建立在控制理論、相似理論、信息處理技術(shù)和數(shù)值計算技術(shù)等理論基礎(chǔ)之上的，以計算機和其他專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，即用系統(tǒng)模型對真實或假想的系統(tǒng)進行動態(tài)研究的一門新興的、多學(xué)科、綜合性邊緣科學(xué)技術(shù)。近年來，隨著系統(tǒng)科學(xué)研究的深入，控制理論、計算技術(shù)、信息處理技術(shù)的發(fā)展，計算機軟件、硬件技術(shù)的突破，以及各個領(lǐng)域?qū)Ψ抡婕夹g(shù)的迫切需求，使得計算機仿真技術(shù)有了許多突破性的進展，已從傳統(tǒng)的航空、航天領(lǐng)域向其他工程及非工程領(lǐng)域迅速擴展。從最初作為對實際系統(tǒng)進行試驗的輔助工具，而發(fā)展到如今在諸多領(lǐng)域進行系統(tǒng)概念研究、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計和可行性研究、系統(tǒng)測試與評估、系統(tǒng)維護等方面。在理論研究、仿真工程和工具開發(fā)環(huán)境等許多方面也取得了令人矚目的成就，形成了一門獨立發(fā)展的綜合性邊緣學(xué)科。本書從理工科各專業(yè)的實際應(yīng)用出發(fā)，從理論到實踐由淺入深地介紹了計算機建模及仿真的方法，并配有大量的實例和習(xí)題，以供讀者深入理解掌握。全書共分7章。第1章計算機建模和仿真的基本概念，概括介紹了系統(tǒng)與模型、系統(tǒng)仿真的基本概念；系統(tǒng)仿真的組成、分類、工作流程和仿真算法以及計算機仿真理論與仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢。第2章系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型與仿真技術(shù)，主要介紹了連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其相互轉(zhuǎn)換，離散時間系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其相互轉(zhuǎn)換以及各種數(shù)學(xué)模型在MATLAB中的實現(xiàn)。第3章連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真，主要介紹了系統(tǒng)仿真的各種算法，如：數(shù)值積分法、離散相似法、非線性系統(tǒng)和分布參數(shù)系統(tǒng)的仿真算法，快速數(shù)字仿真方法中的替換法、增廣矩陣法和零、極點匹配法。第4章離散事件系統(tǒng)的數(shù)字仿真，主要介紹了離散事件系統(tǒng)模型與仿真方法、典型離散系統(tǒng)的仿真和隨機數(shù)與隨機變量的生成原理、方法和實現(xiàn)。第5章MATLAB／SIMULINK建模仿真技術(shù)，考慮MATLAB／SIMULINK在科學(xué)計算、計算機仿真以及工程實際中的應(yīng)用越來越廣泛，本書專設(shè)一章介紹MATLAB／SIMULlNK的使用，以及其在建模、仿真中的應(yīng)用。并在本書每一章中聯(lián)系實際列舉了使用MATLAB／SIMULINK建模和仿真的思路和方法?？紤]各類用戶的需要，以及提高學(xué)生的程序設(shè)計能力，在這章中還特別介紹了匯編語言和C語言在數(shù)字仿真的應(yīng)用。第6章現(xiàn)代仿真技術(shù)，主要介紹了具有前沿性的面向?qū)ο蟮姆抡婕夹g(shù)、分布交互式仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和建模與仿真的VV&A技術(shù)的基本知識。第7章計算機建模與仿真實例，結(jié)合機械，電子以及信息工程等學(xué)科的實際，系統(tǒng)介紹了利用計算機建模仿真技術(shù)解決工程實際問題的實例，實例主要基于解題思路。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了計算機建模和仿真技術(shù)的基本理論、方法及應(yīng)用。介紹了連續(xù)系統(tǒng)、離散事件系統(tǒng)的數(shù)字仿真和具有前沿性的現(xiàn)代仿真技術(shù)，即面向?qū)ο蟮姆抡婕夹g(shù)、分布交互式仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和建模與仿真的VV&A技術(shù)；介紹了目前在各領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛的MATLAB和SIMULINK在計算機建模和仿真中的應(yīng)用；還特別介紹了匯編語言和c語言在計算機仿真中的應(yīng)用。每章配有應(yīng)用實例及習(xí)題。    本書以基本理論與具體工程實際相結(jié)合，由淺入深，通俗易懂，配有較多的實例和練習(xí)。書中所列舉的實例，涉及機電、車輛、信息、系統(tǒng)工程等專業(yè)。本書可作為機電類、機械類、車輛、冶金、控制工程、系統(tǒng)工程等專業(yè)研究生、高年級本科生的教材或參考書，亦可供相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 計算機建模和仿真的基本概念  1.1 系統(tǒng)與模型的概念  1.2 計算機仿真的概念  1.3 計算機仿真的組成和分類  1.4 計算機仿真的工作流程和仿真算法  1.5 計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用與仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢  習(xí)題第2章 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型與仿真技術(shù)  2.1 系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型  2.2 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及其相互轉(zhuǎn)換  2.3 離散時間系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型  2.4 數(shù)學(xué)模型在MATLAB中的實現(xiàn)  習(xí)題第3章 連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)字仿真  3.1 數(shù)值積分法  3.2 離散相似法  3.3 非線性系統(tǒng)的仿真算法  3.4 分布參數(shù)系統(tǒng)的仿真算法  3.5 快速數(shù)字仿真方法  3.6 仿真程序設(shè)計方法  3.7 仿真算法的MATLAB實現(xiàn)  習(xí)題第4章 離散事件系統(tǒng)的數(shù)字仿真  4.1 離散事件系統(tǒng)的基本要素和特點  4.2 離散事件系統(tǒng)的模型與仿真方法  4.3 典型離散事件系統(tǒng)的仿真  4.4 隨機數(shù)與隨機變量的生成  習(xí)題第5章 MATLAB，sIMITT.INK建模仿真技術(shù)  5.1 MATLAB／sIMuLINK概述及基本操作  5.2 匯編語言在數(shù)字仿真的應(yīng)用  5.3 C語言在數(shù)字仿真的應(yīng)用  習(xí)題第6章 現(xiàn)代仿真技術(shù)  6.1 面向?qū)ο蟮姆抡婕夹g(shù)  6.2 分布交互式仿真技術(shù)  6.3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)  6.4 建模與仿真的VV&A技術(shù)  習(xí)題第7章 計算機建模仿真實例  7.1 車輛動力學(xué)模型的數(shù)字仿真  7.2 機械電子系統(tǒng)的數(shù)字仿真  7.3 在其他領(lǐng)域中的數(shù)字仿真應(yīng)用  習(xí)題附錄1 Fourier變換附錄2 Laplace變換附錄3 Z變換附錄4 MATLAB常用函數(shù)參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：①改善標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)也就是方法接口（包括名字、參數(shù)表等）的標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化程度直接影響類庫的可重用性。②方法要盡可能放在類庫的高層次中，這樣，能夠共享這些方法的子類就越多，重用也就能得到更好的支持。應(yīng)用時，在類庫中選擇所需要的類，實例化以后得到對象。⑨識別和培育構(gòu)架。構(gòu)架比類庫有更高一級的程序抽象，以構(gòu)體（類庫中的類）之間有密切的聯(lián)系為特性。對特定的應(yīng)用范疇，是以整個構(gòu)架而不是其中的單個構(gòu)體來體現(xiàn)它的能量。如針對某種應(yīng)用，把若干個對象或類及其關(guān)系組成一個子類庫，形成一個構(gòu)架，這是重用的實際基礎(chǔ)。在特定的范圍內(nèi)，當(dāng)應(yīng)用和某一構(gòu)架的特征相匹配時，是整個構(gòu)架而不是其中的個別或部分內(nèi)容被重用，所以構(gòu)架是面向?qū)ο笤O(shè)計最理想的設(shè)計目標(biāo)。在類庫中，類是以繼承關(guān)系聯(lián)系起來的，但構(gòu)架中的類除了繼承關(guān)系外，還有其他關(guān)系，這些關(guān)系和應(yīng)用密切相關(guān)，這是類庫和構(gòu)架的區(qū)別。因此，在面向?qū)ο笤O(shè)計中，既要設(shè)計類庫，還要設(shè)計構(gòu)架，而不是從類庫中簡單地劃分出來一部分就可以作為構(gòu)架。2.詳細設(shè)計詳細設(shè)計是緊接著概要設(shè)計進行的，其目的是為實現(xiàn)做好準(zhǔn)備。在這一階段需要確定硬件及軟件的開發(fā)環(huán)境，細化概要設(shè)計階段所給出的對象描述。例如，一個對象中的方法，哪些是公用的，哪些是私有的，內(nèi)部的處理如何進行，需要哪些系統(tǒng)調(diào)用，選擇算法和最優(yōu)的模型結(jié)構(gòu)等，都要詳細進行確定。在互相通信的對象中，對象屬性的類型要取得一致。由于對象的細化和某些變動，相應(yīng)地將會引起類的某些變動。

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