连续系统建模与仿真

第1章 概论

1.1 系统、模型与仿真

1.2 基于相似理论的系统仿真

1.3 系统仿真的类型

1.4 仿真科学与技术的发展沿革

1.5 仿真技术的应用

1.6 系统仿真的一般步骤

1.7 小结

第1篇 系统建模篇

第2章 集中参数系统的建模

2.1 概述

2.1.1 模型形式化

2.1.2 建模方法学

2.2 连续时间系统的建模

2.2.1 连续时间系统模型的描述

2.2.2 连续时间系统基于机理的建模

2.2.3 模型参数的可辨识性

2.2.4 外部模型到内部模型的变换

2.2.5 系统状态初始值的变换

2.2.6 面向结构图的模型变换

2.3 离散时间系统及连续离散混合系统的建模

2.3.1 离散时间系统模型的描述

2.3.2 连续离散混合系统模型描述

2.3.3 连续离散混合系统的建模

2.4 模型的可信性

2.4.1 模型的校核、验证与确认

2.4.2 系统的同态与同构

2.4.3 模型的校核与验证方法

2.5 小结

第3章 计算机辅助建模

3.1 概述

3.2 计算机辅助结构建模

3.2.1 结构模型

3.2.2 解释结构建模

3.3 电路系统的模型设计

3.3.1 电路系统模型

3.3.2 电路系统的拓扑

3.3.3 改进结点法

3.4 多体系统的计算机辅助建模

3.4.1 多体系统

3.4.2 多体系统建模的基本概念

3.4.3 多体系统的拓扑构型

3.4.4 多刚体系统的运动学建模

3.4.5 多刚体系统的动力学建模

3.5 小结

第4章 模型简化技术

4.1 概述

4.2 状态空间描述的模型简化技术

4.2.1 状态集结法

4.2.2 模态集结法

4.2.3 摄动法

4.3 传递函数描述的模型简化技术

4.3.1 Pade逼近法

4.3.2 连分式法

4.3.3 结合劳斯判据的混合方法

4.4 小结

第5章 分布参数系统的建模0

5.1 概述

5.2 建模原理

5.2.1 场变量与场参数

5.2.2 建模方法学

5.3 椭圆型偏微分方程

5.4 抛物型偏微分方程

5.5 双曲型偏微分方程

5.6 弹性力学方程1

5.6.1 双调和方程1

5.6.2 有限元法的弹性力学基本方程1

5.6.3 弹性力学基本方程的笛卡儿张量描述

5.7 小结

第2篇 系统仿真篇

第6章 数值积分法仿真

6.1 连续系统离散化原理

6.2 龙格-库塔法

6.2.1 龙格-库塔法的基本原理

6.2.2 龙格-库塔法的误差估计及步长控制

6.2.3 实时龙格-库塔法

6.3 线性多步法

6.3.1 线性多步法的基本原理

6.3.2 线性多步法的误差分析

6.3.3 关于变步长的讨论

6.4 稳定性分析

6.5 小结

第7章 离散相似法

7.1 时域离散相似法

7.1.1 基本原理

7.1.2 状态转移矩阵的计算

7.1.3 增广矩阵法

7.2 面向结构图的非线性系统仿真

7.2.1 典型线性动态环节φ(T),φm (T), φ(T)的计算

7.2.2 常用非线性环节计算子程序

7.2.3 非线性系统离散相似法仿真程序CSS02.C

7.3 频域离散相似法

7.3.1 替换法

7.3.2 根匹配法

7.3.3 可调整积分法

7.4 采样控制系统仿真

7.4.1 采样控制系统

7.4.2 采样周期与仿真步距

7.4.3 纯延迟环节的仿真模型

7.4.4 采样控制系统仿真举例

7.5 小结

第8章 病态系统仿真

8.1 病态系统的定义

8.2 线性病态系统仿真

8.3 一般连续病态系统仿真

8.3.1 吉尔（Gear）法

8.3.2 单步多值法

8.3.3 病态探测与误差估计

8.3.4 半隐式龙格－库塔法

8.3.5 多帧速算法

8.4 间断特性的仿真建模

8.4.1 条件函数零点搜索法

8.4.2 平均值法

8.4.3 间断点估计法

8.5 小结

第9章 控制系统建模与仿真举例

9.1 引言

9.2 机械谐振分析

9.3 系统建模

9.3.1 单电机驱动的雷达伺服系统

9.3.2 双电机驱动的雷达伺服系统

9.3.3 随动系统的结构

9.4 仿真设计

9.4.1 线性系统的仿真设计

9.4.2 考虑非线性及小时间常数的仿真设计

9.4.3 非线性系统的仿真实验设计

9.5 仿真结果分析

9.6 小结

第10章 连续系统仿真语言

10.1 发展沿革

10.2 MATLAB简介

10.2.1 MATLAB的发展历程

10.2.2 MATLAB的系统构成

10.2.3 MATLAB 工具箱

10.2.4 MATLAB 7.0Simulink 6.0的特点

10.3 MATLAB的系统建模

10.3.1 线性连续系统Simulink的描述

10.3.2 线性离散时间系统Simulink的描述

10.3.3 连续－离散时间混合系统Simulink的描述

10.4 MATLAB仿真建模技术

10.4.1 连续系统的仿真建模

10.4.2 离散时间系统与连续-离散时间混合系统的仿真建模

10.4.3 间断点及代数环的仿真建模

10.5 MATLAB模块化集成技术

10.5.1 数据驱动模型

10.5.2 子系统集成

10.5.3 MATLAB的典型子系统

10.6 小结

第11章 分布参数系统仿真

11.1 概述

11.2 差分法原理

11.2.1 对流方程差分法

11.2.2 差分格式的相容性、收敛性及稳定性

11.3 典型分布参数系统的差分法

11.3.1 扩散方程的菱形法及跳点法

11.3.2 对流方程的耗散中心差公式

11.3.3 椭圆方程的差分法

11.4 线上求解法

11.5 有限元方法原理

11.5.1 微分方程的等效积分形式与加权余量法

11.5.2 三角形单元的有限元格式

11.5.3 基于最小位能原理的有限元方程

11.5.4 广义坐标有限元法的一般格式

11.6 小结

第12章 并行与分布仿真

12.1 概述

12.2 并行仿真

12.2.1 并行仿真的基本概念

12.2.2 并行处理原理及并行仿真算法

12.2.3 面向微分方程的并行仿真

12.2.4 并行仿真任务的划分

12.2.5 并行仿真的实现

12.3 分布交互式仿真

12.3.1 分布交互式仿真的发展

12.3.2 分布交互式仿真的基本原理

12.4 基于高层体系结构的仿真

12.4.1 HLA体系结构

12.4.2 HLA标准

12.4.3 HLA运行支撑环境RTI

12.5 并行与分布仿真的进展

12.5.1 可扩展建模与仿真框架（XMSF）

12.5.2 面向服务框架

12.5.3 仿真网格

12.6 小结

附录A 实验内容及其源程序

附录B 缩写词

参考文献

本书力图全面、系统地向读者介绍连续系统建模与仿真的知识。全书共12章，第1章是概论，介绍建模与仿真的基本概念；其余部分分成两篇，第2～5章是系统建模篇，讨论连续系统建模的基本理论和模型处理方法；第6～12章是系统仿真篇，讨论连续系统仿真的基本理论与方法。书后附有实验大纲及相应的仿真源程序清单。 建模与仿真是研究、设计、分析各种复杂系统的重要工具，已经成为与理论研究、实验研究并行的人类认识和改造世界的重要方法。 本书专门介绍连续系统建模与仿真的理论、技术与方法。连续系统是指系统的状态变量随时间和（或）空间变量连续变化，而时间变量可以是连续的或（与）离散的系统。连续系统一般可分为集中参数系统和分布参数系统。 全书共12章，第1章是概论，介绍仿真的基本概念。接着是系统建模篇，包括第2～5章，讨论连续系统建模的基本理论和模型处理方法。然后是系统仿真篇，其中第6～11章讨论连续系统仿真的基本理论与方法，第12章介绍并行与分布仿真技术。书后还附有实验大纲及相应的仿真源程序清单。 本书的目的是全面、系统地为相关专业的科学研究人员、工程技术人员开展仿真研究或利用仿真技术开展其他领域的研究提供参考，也可以作为相关专业的本科高年级学生的有关连续系统建模与仿真的教材。