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第1章 概述1

1.1仿真的基本概念1

仿真的定义1

物理仿真、半物理仿真和数学仿真1

数学仿真的种类4

实时仿真和非实时仿真4

实物在回路仿真和人在回路仿真4

1.2数字仿真的基本过程5

1.3仿真技术的发展与趋势8

仿真技术的发展8

国内外技术现状9

仿真技术的展望10

1.4仿真技术的应用11

系统仿真的意义11

仿真技术在各领域的应用11

习题13

第2章 数值积分法仿真连续系统14

2.1一般概念14

数字仿真的概念14

微分方程与状态方程15

面向系统结构图的仿真模型19

2.2数值积分法25

2.3龙格-库塔法26

2.4亚当姆斯法30

2.5数值积分法中的若干问题32

计算收敛性与稳定性32

计算精度34

积分方法、步长和阶数的选择34

Stiff方程38

2.6数字仿真程序41

仿真程序的基本结构41

面向结构图和传递函数的仿真程序42

习题46

第3章 连续系统的离散化仿真47

3.1替换法47

简单替换法48

双线性变换法49

3.2根匹配法53

根匹配法的步骤54

根匹配法的稳定性和精度57

3.3离散相似法59

离散相似法的含义和特点59

连续系统状态方程离散化60

典型环节的离散系数及差分方程61

典型非线性环节仿真66

纯滞后环节仿真69

3.4增广矩阵法72

增广矩阵法的基本思想72

不同输入信号下的增广状态方程72

3.5数字仿真程序设计76

线性系统的离散相似法仿真程序设计76

非线性系统离散相似法仿真程序设计78

3.6用z变换法建立系统的差分方程80

3.7离散模型的精度和稳定性87

采样周期Ts的影响87

保持器的影响89

3.8采用补偿器提高仿真模型的稳定性和精度91

习题95

第4章 采样控制系统的数字仿真与设计96

4.1采样控制系统96

采样控制系统的工作特点97

采样周期Ts与计算步长h的关系97

4.2采样控制系统数字仿真100

只要求采样时刻的输出100

采样控制系统数字仿真应用举例102

4.3数字控制器控制规律的实现106

PID控制规律107

最少拍控制109

4.4含PID控制器的实时仿真114

PID控制规律的程序实现114

Windows方式下的实时仿真程序设计115

习题120

第5章 控制系统优化技术122

5.1控制系统最优化问题概述123

参数最优化123

函数最优化123

参数最优化的解法124

5.2性能指标125

性能指标的一般概念125

性能指标的分类126

性能指标的选择原则128

5.3单参数寻优技术128

黄金分割法（又称0.618法）129

二次插值法（又称近似法）131

5.4无约束条件下多参数寻优技术136

多变量函数的极值条件和间接寻优136

最速下降法137

共轭梯度法141

单纯形加速法145

PID控制参数优化149

习题151

第6章 控制系统MATLAB仿真152

6.1先进仿真软件MATLAB152

6.2 M文件与MATLAB函数154

脚本（Script）文件155

函数（Function）文件155

MATLAB函数分类156

微分方程初值问题的数值解法157

MATALB的编程实例158

6.3控制系统MATLAB仿真159

控制系统的数学模型159

控制系统时域性能分析161

控制系统频域性能分析163

控制系统根轨迹分析164

6.4 MATLAB仿真集成环境工具SIMULINK165

SIMULINK仿真工具概述165

SIMULINK仿真的数值分析166

仿真实例167

利用SIMULINK动态结构图的时域响应仿真173

第7章 建模与仿真175

7.1航空发动机建模与仿真175

航空发动机建模175

发动机控制系统半物理仿真181

7.2无人机建模与仿真185

无人机数学建模186

无人机飞行控制系统结构和原理191

无人机半物理仿真193

附录199

附录1 四阶龙格-库塔法仿真程序一199

附录2 四阶龙格-库塔法仿真程序二200

附录3 离散相似法仿真含非线性环节的控制系统203

附录4 采样控制系统的仿真205

附录5 双速率采样控制系统的仿真206

附录6 实时PID控制209

附录7 黄金分割法212

附录8 二次插值法213

附录9 最速下降法214

附录10 共轭梯度法218

附录11 单纯形法PID参数寻优222

参考文献228