计算机仿真技术及CAD

第1章 计算机仿真技术概述

1.1 计算机仿真的概念

1.1.1 系统、模型和仿真

1.1.2 计算机仿真的特点

1.1.3 计算机仿真的过程与步骤

1.2 计算机仿真的分类

1.3 计算机仿真涉及的主要技术

1.3.1 计算机硬件技术

1.3.2 计算机软件技术

1.3.3 仿真数据库技术

1.3.4 仿真模型库技术

1.3.5 数据预处理技术

1.3.6 可视化技术

1.4 计算机仿真的应用

1.4.1 在系统分析中的应用

1.4.2 在系统设计中的应用

1.4.3 作为系统观测器

1.4.4 作为系统预测器

1.4.5 作为系统训练器

1.5 计算机仿真技术发展趋势

1.5.1 仿真技术的新进展

1.5.2 仿真技术的发展趋势

练习题

第2章 数学建模方法

2.1 系统建模的基本要求

2.2 数学模型的分类

2.3 系统数学模型的作用

2.4 系统模型的可信性

2.5 系统建模的途径与应用

2.5.1 机理建模方法

2.5.2 经验建模方法

2.5.3 数据建模方法

2.5.4 神经网络建模

2.6 常用的数学模型

2.6.1 线性连续系统常用的数学模型

2.6.2 线性离散时间系统常用的数学模型

2.6.3 线性离散时间系统模型转换

2.7 连续系统数学模型的实例

练习题

第3章 连续系统的数值仿真算法

3.1 微分方程数值解的基本思想

3.1.1 微分方程的离散化

3.1.2 微分方程的递推化

3.2 连续系统数值积分法的基本原理

3.3 单步数值积分法

3.3.1 欧拉法

3.3.2 改进欧拉法

3.3.3 数值积分法的几个基本概念

3.3.4 龙格一库塔(RK积分)法

3.4 线性多步法

3.4.1 线性多步法公式的泰勒级数展开法导出

3.4.2 线性多步法公式的数值积分法导出

3.5 数值积分法稳定性分析

3.5.1 数值解法稳定性的含义

3.5.2 数值解法稳定性的分析

3.5.3 数值算法中的“病态问题”

3.6 数值积分法的选择与计算步距的确定

3.6.1 数值积分方法的选择因素

3.6.2 积分步长的确定

3.6.3 计算机仿真主流程

3.7 数值积分法的MATLAB函数

3.8 离散相似法

3.8.1 离散相似法基本原理

3.8.2 离散相似法的步骤

练习题

第4章 离散事件系统的建模与仿真

4.1 离散事件系统仿真概述

4.1.1 离散事件系统仿真的基本要素

4.1.2 离散事件系统仿真原理

4.1.3 离散事件系统仿真的一般步骤

4.2 离散事件系统的建模方法

4.2.1 实体流程法

4.2.2 Petri网法

4.3 离散事件系统的仿真方法

4.3.1 事件调度法的原理

4.3.2 事件调度法的仿真策略

4.3.3 事件例程举例

4.3.4 队列系统的仿真

4.4 随机数与随机变量

4.4.1 随机数的产生

4.4.2 随机变量的产生

4.5 输人数据分析

4.5.1 分布类型的辨识

4.5.2 分布参数估计

4.6 仿真的输出分析

4.6.1 终态仿真与稳态仿真

4.6.2 终态系统的输出分析

4.6.3 稳态仿真的输出分析

4.7 离散事件系统仿真举例

练习题

第5章 建模与仿真的VV&A

5.1 引言

5.2 建模与仿真的VV&A

5.2.1 VV&A的概念

5.2.2 VV&A的基本原则

5.2.3 VV&A的工作过程

5.2.4 模型文档

5.3 模型校核方法

5.4 仿真模型验证的主要技术方法

5.4.1 可用于模型验证的软件验证方法

5.4.2 模型验证的常用方法介绍

5.5 仿真可信度

5.5.1 仿真可信度的概念

5.5.2 模型/数据对仿真可信度的影响

5.5.3 仿真算法对仿真可信度的影响

5.5.4 仿真可信度与VV&A的关系

第6章 先进仿真技术

6.1 分布式仿真

6.1.1 分布式仿真的概念

6.1.2 分布式仿真协议

6.1.3 分布式仿真的发展及相关技术

6.2 协同仿真

6.2.1 协同思想的由来

6.2.2 协同仿真的概念

6.2.3 协同仿真的应用和开发

6.3 虚拟现实

6.3.1 虚拟现实的概念

6.3.2 虚拟现实的基本特征

6.3.3 虚拟现实系统的构成与分类

6.3.4 虚拟现实的建模技术

6.3.5 虚拟现实技术的研究基础

6.3.6 虚拟现实的发展

6.3.7 虚拟现实技术的应用

6.3.8 可视化工具VTK

6.4 半实物仿真与dSPACE实时仿真系统

6.4.1 dSPACE的开发流程

6.4.2 dSPACE系统特点

6.4.3 dSPACE软件环境介绍

6.5 MATLAB实时仿真工具

6.5.1 Real－TimeWorkshop仿真原理与功能

6.5.2 Simulink环境下的实时仿

真与实时控制

练习题

第7章 MATLAB与连续系统仿真

7.1 MATLAB语言简介

7.1.1 MEX文件

7.1.2 MA7.文件

7.1.3 编译器简介

7.2 Simulink功能介绍

7.2.1 Simulink常用模块组介绍

7.2.2 Simulink常用模块集介绍

7.3 Simulink模型的建立

7.4 Simulink中的基本操作

7.5 Simulink系统仿真环境的设置

7.6 S函数模块及其应用

7.6.1 S函数概述

7.6.2 用MATLAB语言编写S函数的方法

7.6.3 用C语言编写S函数的方法

7.6.4 S函数的有关概念

7.6.5 S函数举例

7.7 系统设计实例

7.8 VC与MATLAB混合编程

7.8.1 MATLAB与VC混合编程的实现方法

7.8.2 振动控制工具箱函数在VC中的调用

练习题

第8章 离散系统仿真CAD及应用

8.1 离散事件系统仿真语言

8.2 GPSS及GPSS/H离散仿真工具与应用

8.2.1 GPSS仿真语言概述

8.2.2 GPSS的语言元素

8.2.3 GPSS的基本模块及其定义语句

8.2.4 GPSS/H的标准输出报告

8.2.5 GPSS/H应用示例——自选商场购物模型

8.2.6 GPSS应用示例——家电修理部模型

8.3 ProModel软件与应用

8.3.1 ProModel软件简介

8.3.2 ProModel的基本仿真元素

8.3.3 ProModel建模仿真的步骤

8.3.4 ProModd软件的安装

8.3.5 ProModel模块

8.3.6 ProModel软件的基本操作

8.3.7 ProModel基本建模元素的创建

8.4 ProModel仿真应用实例

8.4.1 ATM系统

8.4.2 理发店仿真实例

8.4.3 家具厂仿真实例

8.4.4 堵塞问题仿真

8.5 ProModel的输出模块

练习题

第9章 机械系统协同仿真CAD及应用

9.1 仿真软件环境与接口实现

9.1.1 仿真环境简介

9.1.2 接口实现

9.1.3 利用ADAMS和MATLAB进行联合仿真

9.2 天线系统的协同仿真

9.2.1 仿真要求

9.2.2 主要步骤及仿真结果

9.3 仿生腿设计中的协同仿真

9.3.1 构造ADAMS机械系统样机模型

9.3.2 控制系统建模

9.3.3 协同仿真分析

9.4 协同仿真中的注意事项

练习题

第10章 冷连轧仿真模型库系统

10.1 冷连轧系统概述

10.2 冷连轧仿真模型库需求分析

10.3 冷连轧仿真模型库系统功能设计

10.3.1 系统功能结构

10.3.2 系统数据结构

10.4 冷连轧仿真模型库系统软件体系结构设计

10.4.1 面向对象的软件层次化模块化体系结构

10.4.2 运用可重用技术的动态仿真系统

10.5 冷连轧仿真模型库系统的软件实现

10.5.1 仿真系统硬件组成

10.5.2 仿真平台

10.5.3 领域模型库的开发

10.6 冷连轧仿真模型库系统应用评价

第11章 铁水运输调度智能仿真系统

11.1 铁水运输调度系统概述

11.2 仿真需求分析

11.3 研究内容及实施方案

11.3.1 研究内容

11.3.2 实施方案

11.4 仿真系统的软件设计与实现

11.4.1 仿真系统的组成及框架结构

11.4.2 仿真系统的Petri网建模

11.4.3 仿真系统的调度机制

11.4.4 仿真系统的功能模块设计

11.4.5 仿真系统的数据结构设计

11.4.6 运行环境和开发工具

11.4.7 人工干预过程的实现

……

参考文献2100433B

《计算机仿真技术及CAD》本书为普通高等教育十一五国家级规划教材，在着重介绍计算机仿真基本理论、方法和技术的基础上，以多领域的仿真需求为牵引，深入浅出地论述了计算机仿真应用系统的开发过程，旨在培养学生运用计算机仿真技术解决实际问题的能力。主要内容包括计算机仿真技术的基本概念，计算机仿真涉及的主要技术，仿真建模方法，连续系统和离散事件系统的计算机仿真，仿真与建模的校核、验证和验收，以及先进仿真技术；同时讲述了连续系统、离散事件系统、协同仿真、模型库和运输调度仿真系统的开发工具以及应用实例。本书可作为大专院校本、专科学生的计算机仿真技术教材或学习参考书，其丰富的开发实例也可作为研究生和工程技术人员开发计算机仿真应用系统的参考资料。

绪论

0.1 仿真技术简介

0.2 计算机仿真技术的发展概况

0.3 计算机仿真技术的应用

0.4 控制系统计算机辅助设计的主要内容及其应用

0.5 基于MATLAB的控制系统仿真的现状

习题

第1章 仿真软件——MATLAB

1.1 MATLAB的功能特点

1.2 MATLAB的基本操作

1.3 MATLAB的控制语句

1.3.1 循环语句

1.3.2 程序流控制语句

1.3.3 条件转移语句

1.4 MATLAB的绘图功能

1.4.1 二维图形

1.4.2 三维图形

1.5 MATLAB的数值运算

1.5.1 矩阵运算

1.5.2 向量运算

1.5.3 关系和逻辑运算

1.5.4 多项式运算

1.5.5 数据分析

1.5.6 函数极值

1.5.7 代数方程求解

1.5.8 微分方程求解

1.5.9 函数积分

1.5.1 0函数绘图

1.6 MATIAB的符号运算

1.6.1 符号表达式的生成

1.6.2 符号表达式的基本运算

1.6.3 符号表达式的微积分

1.6.4 符号表达式的变换

1.6.5 符号表达式的求解

1.7 MATLAB的图形界面

1.8 MATLAB编译器

1.8.1 创建MEX文件

1.8.2 创建EXE文件

本章小结

习题

第2章 控制系统的数学模型及其转换

2.1 线性系统数学模型的基本描述方法

2.2 系统数学模型问的相互转换

2.3 系统模型的连接

2.4 典型系统的生成

2.5 系统的离散化和连续化

2.6 系统的特性值

本章小结

习题

第3章 连续系统的数字仿真

3.1 数值积分法

3.1.1 欧拉法

3.1.2 梯形法

3.1.3 预估-校正法

3.1.4 龙格-库塔法

3.1.5 关于仿真数值积分法的几点讨论

3.2 连续系统的数字仿真程序

3.3 面向系统结构图的仿真

3.3.1 典型环节的确定

3.3.2 连接矩阵

3.3.3 确定系统的状态方程

3.3.4 面向结构图的数字仿真程序

3.4 连续系统的快速仿真

3.4.1 增广矩阵法的基本原理

3.4.2 典型输入函数的增广矩阵

本章小结

习题

第4章 连续系统按环节离散化的数字仿真

4.1 连续系统的离散化

4.2 典型环节的离散系数及其差分方程

4.3 非线性系统的数字仿真方法

4.4 连续系统按环节离散化的数字仿真程序

本章小结

习题

第5章 采样控制系统的数字仿真

5.1 采样控制系统..；

5.2 模拟调节器的数字化仿真方法

5.3 采样控制系统的数字仿真程序

5.3.1 数字控制器的程序实现

5.3.2 连续部分的程序实现

5.3.3 程序框图及仿真程序

5.4 关于纯滞后环节的数字仿真

本章小结

习题

第6章 动态仿真集成环境——Simulink

6.1 simulink简介

6.1.1 Simulink的启动

6.1.2 Simulink库浏览窗口的功能菜单

6.1.3 仿真模块集

6.2 模型的构造

6.2.1 模型编辑窗口

6.2.2 对象的选定

6.2.3 模块的操作

6.2.4 模块间的连线

6.2.5 模型的保存

6.2.6 模块名字的处理

6.2.7 模块内部参数的修改

6.2.8 模块的标量扩展

6.3 连续系统的数字仿真

6.3.1 利用Simulink菜单命令进行仿真

6.3.2 仿真结果分析

6.3.3 利用MAn.AB的指令操作方式进行仿真

6.3.4 模块参数的动态交换

6.3.5 Simulink调试器

6.4 离散系统的数字仿真.；

6.5 仿真系统的线性化模型

6.6 创建子系统

6.7 封装编辑器

6.7.1 参数（Parameters）页面

6.7.2 图标（Icon）页面

6.7.3 初始化（Initialization）页面

6.7.4 描述（Docurnentation）页面

6.7.5 功能按钮

6.8 条件子系统

本章小结

习题

第7章 控制系统的计算机辅助分析

7.1 控制系统的稳定性分析

7.2 控制系统的时域分析

7.3 根轨迹法

7.4 控制系统的频域分析

7.5 系统的能控性和能观测性分析

7.5.1 系统的能控性和能观测性

7.5.2 将系统按能控和不能控进行分解

7.5.3 将系统按能观测性和不能观测性进行分解

7.6 系统模型的降阶

7.6.1 平衡实现

7.6.2 模型降阶

本章小结

习题

第8章 控制系统的计算机辅助设计

8.1 频率法的串联校正

8.1.1 基于频率响应法的串联超前校正

8.1.2 基于频率响应法的串联滞后校正

8.1.3 基于频率响应法的串联滞后一超前校正

8.2 状态反馈和状态观测器的设计

8.2.1 状态反馈

8.2.2 状态观测器

8.2.3 带状态观测器的状态反馈系统

8.2.4 离散系统的极点配置和状态观测器

8.2.5 系统解耦

8.2.6 系统估计器

8.2.7 系统控制器

8.3 最优控制系统设计

8.3.1 状态反馈的线性二次型最优控制

8.3.2 输出反馈的线性二次型最优控制

本章小结

习题

第9章 基于MATLAB工具箱的控制系统分析与设计

9.1 控制系统工具箱简介

9.2 线性时不变系统的对象模型

9.2.1 LTI对象

9.2.2 模型建立及模型转换函数

9.2.3 LTI对象属性的存取和设置

9.3 线性时不变系统浏览器——LTIViewer

9.4 单输入单输出系统设计工具——SISODesignTool

9.4.1 MNTLAB7.5的SISODesignTool

9.4.2 MATLAB6.5的SISODesignTool

9.5 非线性控制系统设计

9.5.1 SignalConstraint模块及其应用

9.5.2 NCDBlockset模块及其应用

9.5.3 求解其他非线性控制系统的设计问题

本章小结

习题

第10章 Simulink的扩展工具——S－函数

10.1 S－函数简介

10.2 S－函数的建立

10.2.1 用M文件创建S－函数

10.2.2 用C语言创建S－函数

10.3 S－函数编译器

10.4 S－函数包装程序

本章小结

习题

附录AMATLAB函数一览表

附录BMATLAB函数分类索引

参考文献2100433B

《计算机仿真技术与CAD:基于MATLAB的控制系统（第2版）》为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。全书全面论述控制系统计算机仿真的基本概念和原理，系统介绍了当前国际控制界最为流行的面向工程与科学计算的高级语言MATLAB及其动态仿真集成环境Sirraalink，并以最新版MATLAB为平台，详细阐述控制系统的数学模型及其转换、连续系统和离散系统的仿真方法、控制系统的计算机辅助分析与设计；最后特别介绍基于图形界面的MA"n．,AB工具箱的线性和非线性控制系统设计方法。《计算机仿真技术与CAD:基于MATLAB的控制系统（第2版）》取材先进实用，讲解深入浅出，各章均有大量的例题，并提供了相应的仿真程序，便于读者掌握和巩固所学知识。

绪论

0.1仿真技术简介

0.2计算机仿真技术的发展概况

0.3计算机仿真技术的应用

0.4控制系统计算机辅助设计的主要内容及其应用

0.5基于MATLAB的控制系统仿真的现状

习题

第1章仿真软件——MATLAB

1.1MATLAB的功能特点

1.2MATLAB的基本操作

1.3MATLAB的控制语句

1.3.1循环语句

1.3.2程序流控制语句

1.3.3条件转移语句

1.4MATLAB的绘图功能

1.4.1二维图形

1.4.2三维图形

1.5MATLAB的数值运算

1.5.1矩阵运算

1.5.2向量运算

1.5.3关系和逻辑运算

1.5.4多项式运算

1.5.5数据分析

1.5.6函数极值

1.5.7代数方程求解

1.5.8微分方程求解

1.5.9函数积分

1.5.10函数绘图

1.6MATIAB的符号运算

1.6.1符号表达式的生成

1.6.2符号表达式的基本运算

1.6.3符号表达式的微积分

1.6.4符号表达式的变换

1.6.5符号表达式的求解

1.7MATLAB的图形界面

1.8MATLAB编译器

1.8.1创建MEX文件

1.8.2创建EXE文件

本章小结

习题

第2章控制系统的数学模型及其转换

2.1线性系统数学模型的基本描述方法

2.2系统数学模型问的相互转换

2.3系统模型的连接

2.4典型系统的生成

2.5系统的离散化和连续化

2.6系统的特性值

本章小结

习题

第3章连续系统的数字仿真

3.1数值积分法

3.1.1欧拉法

3.1.2梯形法

3.1.3预估-校正法

3.1.4龙格-库塔法

3.1.5关于仿真数值积分法的几点讨论

3.2连续系统的数字仿真程序

3.3面向系统结构图的仿真

3.3.1典型环节的确定

3.3.2连接矩阵

3.3.3确定系统的状态方程

3.3.4面向结构图的数字仿真程序

3.4连续系统的快速仿真

3.4.1增广矩阵法的基本原理

3.4.2典型输入函数的增广矩阵

本章小结

习题

第4章连续系统按环节离散化的数字仿真

4.1连续系统的离散化

4.2典型环节的离散系数及其差分方程

4.3非线性系统的数字仿真方法

4.4连续系统按环节离散化的数字仿真程序

本章小结

习题

第5章采样控制系统的数字仿真

第6章动态仿真集成环境——Simulink

第7章控制系统的计算机辅助分析

第8章控制系统的计算机辅助设计

第9章基于MATLAB工具箱的控制系统分析与设计

第10章Simulink的扩展工具——S-函数

附录AMATLAB函数一览表

附录BMATLAB函数分类索引

参考文献2100433B