系统仿真导论

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世界的重要方法。作为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，根据8年来的教学实践和仿真技术近年来的发展，在第一版（2000年）基础上进行了修订与扩展，其目的是为相关专业的本科高年级学生提供有关仿真学科与技术更全面、更系统、更新颖的教材。
全书共12章，第1章是概论，其余11章分为三篇，即连续系统仿真篇5章（第2～第6章）、离散事件系统仿真篇4章（第7～第10章）、现代仿真技术篇2章（第11、第12章）。几乎每章后面均附有习题，书后还附有实验指示书，包括进行仿真实验的源程序。

范文慧，1966年11月生，博士，清华大学自动化系副教授，中国系统仿真学会常务理事，中国自动化学会系统仿真应用专业委员会副秘书长。主要从事复杂产品协同设计、协同仿真和协同优化等方面的研究，完成国家863／CIMS项目3项、自然科学基金项目2项，发表论文50多篇，获北京市科学技术进步二等奖1项。
肖田元，1947年生，清华大学教授，博士生导师，获国务院颁发的政府特殊津贴。现任清华大学自动化系学术委员会主任，国家CIMS工程技术研究中心常务副主任，中国系统仿真学会副理事长，中国自动化学会系统仿真专业委员会主任委员，《系统仿真学报》编委会常务副主任。

第1章概论
1.1系统、模型与仿真
1.1.1系统
1.1.2模型
1.1.3仿真
1.1.4仿真科学与技术的发展沿革
1.2系统仿真的一般知识
1.2.1相似理论
1.2.2基于相似理论的系统仿真
1.2.3系统仿真的类型
1.2.4系统仿真的一般步骤
1.3仿真科学与技术的应用
1.3.1仿真在系统设计中的应用
1.3.2仿真在系统分析中的应用
1.3.3仿真在教育与训练中的应用
1.3.4仿真在产品开发及制造过程中的应用
1.4当前仿真科学与技术研究的热点
1.4.1网络化仿真技术
1.4.2复杂系统／开放复杂巨系统的建模与仿真
1.4.3综合自然环境的建模与仿真
1.4.4基于普适计算技术的普适仿真技术
1.4.5基于高性能计算机的仿真
1.5小结
习题
参考文献
第一篇连续系统仿真篇
第2章连续系统模型
2.1连续系统模型描述
2.1.1连续时间模型
2.1.2离散时间模型
2.1.3连续离散混合模型
2.2连续系统模型设计
2.2.1外部模型到内部模型的变换
2.2.2系统状态初始值变换
2.2.3面向结构图的模型变换
2.3计算机辅助模型设计
2.3.1基于计算机的建模
2.3.2解释结构建
2.4电路系统模型设计
2.4.1电路系统模型
2.4.2电路系统的拓扑
2.4.3改进节点法
2.4.4小结
2.5多体系统模型设计
2.5.1多体系统建模基本概念
2.5.2多体系统拓扑构型
2.5.3基于拉格朗日坐标的多刚体系统运动学模型描述
2.5.4基于Haug笛卡尔方法的多刚体系统运动学模型描述
2.5.5多刚体系统动力学模型描述
2.5.6小结
习题
参考文献
第3章经典的连续系统仿真建模方法学
3.1连续系统离散化原理
3.2龙格-库塔法
3.2.1龙格-库塔法基本原理
3.2.2龙格-库塔法的误差估计及步长控制
3.2.3实时龙格-库塔法
3.3线性多步法
3.3.1线性多步法基本原理
3.3.2线性多步法误差分析
3.3.3关于变步长的讨论
3.4稳定性分析
3.5病态系统仿真
3.5.1病态系统的定义
3.5.2线性病态系统仿真
3.5.3吉尔（Gear）法
3.5.4单步多值法
3.5.5病态探测与误差估计
3.5.6半隐式龙格-库塔法
3.5.7多帧速算法
3.6间断特性的仿真建模
3.6.1条件函数零点搜索法
3.6.2平均值法
3.6.3间断点估计法
3.7小结
习题
参考文献
第4章离散相似法
4.1时域离散相似法
4.1.1基本原理
4.1.2状态转移矩阵的计算
4.1.3增广矩阵法
4.2面向结构图的非线性系统仿真
4.3频域离散相似法
4.3.1替换法
4.3.2根匹配法
4.3.3可调整积分法
4.4离散相似法应用举例
4.4.1机械谐振分析
4.4.2模型设计
4.4.3仿真设计
4.4.4仿真结果分析
4.4.5小结
4.5采样控制系统仿真
4.5.1采样控制系统
4.5.2采样周期与仿真步距
4.5.3纯延迟环节的仿真模型
4.5.4采样控制系统仿真举例
4.6小结
习题
参考文献
第5章集中参数连续系统仿真语言
5.1发展沿革
5.2MATLAB简介
5.2.1MATLAB发展历程
5.2.2MATLAB系统构成
5.2.3MATLAB工具箱
5.2.4MATLAB7.0／Simulink6.0特点
5.3MATLAB的模型设计
5.3.1线性连续系统Simulink描述
5.3.2线性离散时间系统Simulink描述
5.3.3连续—离散时间混合系统Simulink描述
5.4MATLAB仿真建模技术
5.4.1连续系统仿真建模
5.4.2离散时间系统与连续—离散时间混合系统仿真建模
5.4.3间断点及代数环仿真建模
5.5MATLAB模块化集成技术
5.5.1数据驱动模型
5.5.2子系统集成
5.5.3MATLAB典型子系统
5.6小结
习题
参考文献
第6章分布参数系统仿真建模
6.1概述
6.2差分法原理
6.2.1对流方程差分法
6.2.2差分格式的相容性、收敛性及稳定性
6.3典型分布参数系统的差分法
6.3.1扩散方程的菱形法及跳点法
6.3.2对流方程的耗散中心差公式
6.3.3椭圆方程的差分法
6.4线上求解法
6.5有限元方法预备知识
6.5.1微分方程的等效积分形式与加权余量法
6.5.2弹性力学的基本方程
6.6有限元方法原理
6.6.1三角形单元的有限元格式
6.6.2基于最小位能原理的有限元方程
6.6.3广义坐标有限元法的一般格式
6.7小结
习题
参考文献
……
第二篇离散事件系统仿真篇
第三篇现代仿真篇
附录1实验指示书及仿真源程序
附录2英文缩写词索引