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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

4.8.2GPSS96

4.8.3SIMAN98

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