《普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材·電氣工程、自動化專業(yè)規(guī)劃教材：控制系統(tǒng)計算機仿真（第2版）》包括概述、數(shù)字仿真的基本方法、參數(shù)優(yōu)化技術和仿真應用4部分內(nèi)容。第一部分介紹控制系統(tǒng)計算機仿真的基本概念、仿真研究的步驟、控制系統(tǒng)仿真的數(shù)學模型和仿真軟件；第二部分介紹連續(xù)控制系統(tǒng)和采樣控制系統(tǒng)數(shù)字仿真的一些通用基本方法；第三部分介紹控制系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化技術及其應用；第四部分介紹仿真建模和仿真工程應用實例。附錄部分給出了與本課程密切相關的6個實驗。
《普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材·電氣工程、自動化專業(yè)規(guī)劃教材：控制系統(tǒng)計算機仿真（第2版）》可作為高等院校自動化、電氣工程及其自動化、測控技術與儀表等專業(yè)本科生的教材，也可供相關領域的工程技術人員參考。
第2版前言
本書是《控制系統(tǒng)計算機仿真》（ISBN7-121-02809-3）一書的第2版。本書第1版于2006年出版，被國內(nèi)多所高校選作教材，受到廣泛好評。為了適應控制系統(tǒng)計算機仿真技術的發(fā)展及新形勢下本科教育改革的需求，我們對第1版進行了修訂。在保留第1版主要內(nèi)容的基礎上，主要進行了以下修改和補充：
（1）在常用快速數(shù)字仿真算法中增加增廣矩陣法和時域矩陣法；
（2）在采樣控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真中增加純滯后環(huán)節(jié)的仿真方法；
（3）增加實驗指導書作為附錄，以加強學生應用仿真技術分析解決實際問題能力；
（4）增加若干仿真實例，并對其余部分做了適當修改，改正了第1版中存在的疏漏。
本書的內(nèi)容是按照48學時編寫的，也可以壓縮為32學時來講授。在使用本書時，可以根據(jù)不同專業(yè)的要求和特點，對內(nèi)容進行取舍。上機實驗是本課程教學必不可少的重要環(huán)節(jié)，應結合理論教學開設上機實驗，以深化學生對理論知識和仿真方法的理解，提高其分析問題和解決問題的能力。
本書由東南大學蔣珉、柴干、河海大學王宏華和江蘇大學劉國海共同編寫。書中的第1章、第2章、第4章、附錄A和附錄B由蔣珉編寫；第3章由王宏華編寫；第5章由劉國海編寫；第6章和附錄C由柴干編寫。全書由東南大學蔣珉統(tǒng)稿。
南京大學控制與系統(tǒng)工程系焦小澄教授擔任本書第1版的主審，提出了許多寶貴的指導意見。東南大學自動化學院孟正大教授為本書的編寫提供了許多素材，并給予了積極的幫助和鼓勵。在本書編寫過程中，參考了大量的國內(nèi)外著作和文獻，在此致以由衷的謝意。東南大學自動化學院研究生李姍姍和周展為本書的圖形編輯和文字校對做了許多工作，在此表示感謝。
對于本版中存在的錯誤和不妥之處，繼續(xù)懇請廣大讀者批評指正。
編著者
2012年3月
第1章 緒論
1.1 計算機仿真的基本概念
1.1.1 系統(tǒng)
1.1.2 模型
1.1.3 仿真
1.2 計算機仿真研究的步驟
1.3 計算機仿真的特點
1.3.1 仿真的試驗性質(zhì)
1.3.2 仿真法與解析法
1.4 計算機仿真的應用和發(fā)展
1.4.1 計算機仿真應用的類型
1.4.2 計算機仿真的優(yōu)點
1.4.3 計算機仿真的發(fā)展與現(xiàn)狀
1.5 控制系統(tǒng)仿真的數(shù)學模型
1.5.1 連續(xù)時間系統(tǒng)的數(shù)學模型
1.5.2 離散時間系統(tǒng)的數(shù)學模型
1.5.3 采樣控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
1.6 數(shù)字仿真軟件簡介
1.6.1 數(shù)字仿真軟件的主要功能與基本結構
1.6.2 MATLAB/Simulink仿真環(huán)境
小結
思考題與習題
第2章 連續(xù)系統(tǒng)數(shù)字仿真的基本算法
2.1 數(shù)值積分算法
2.1.1 數(shù)值積分算法的基本原理
2.1.2 歐拉法
2.1.3 龍格-庫塔法
2.1.4 微分方程數(shù)值積分的矩陣分析
2.2 數(shù)值積分算法的基本分析
2.2.1 單步法和多步法
2.2.2 顯式算法和隱式算法
2.2.3 截斷誤差和舍入誤差
2.2.4 數(shù)值積分算法的計算穩(wěn)定性
2.2.5 數(shù)值積分算法的計算精度、速度、穩(wěn)定性與步長的關系
2.2.6 數(shù)值積分算法的選擇原則
2.2.7 誤差估計與步長控制
2.2.8 數(shù)值積分算法仿真實例
2.3 連續(xù)系統(tǒng)仿真的離散相似算法
2.3.1 時域離散相似算法的基本概念
2.3.2 時域離散化模型的推導
2.3.3 時域離散化模型的特性分析
2.3.4 時域離散算法仿真實例
2.4 常用快速數(shù)字仿真算法
2.4.1 仿真中對快速性的需求
2.4.2 替換法
2.4.3 根匹配法
2.4.4 增廣矩陣法
2.4.5 時域矩陣法
2.5 實時數(shù)字仿真算法
2.5.1 實時數(shù)字仿真的概念
2.5.2 實時數(shù)字仿真算法的特性
2.5.3 常用的實時數(shù)字仿真算法
小結
思考題與習題
第3章 采樣控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真
3.1 采樣控制系統(tǒng)數(shù)字仿真概述
3.1.1 采樣控制系統(tǒng)及其特點
3.1.2 采樣控制系統(tǒng)仿真的特殊問題
3.2 采樣控制系統(tǒng)數(shù)字仿真的一般方法
3.2.1 差分方程遞推求解法
3.2.2 采用雙重循環(huán)方法對離散部分和連續(xù)部分分別計算
3.2.3 純滯后環(huán)節(jié)的仿真方法
3.3 MATLAB在采樣控制系統(tǒng)數(shù)字仿真中的應用
3.3.1 應用MATLAB函數(shù)求采樣系統(tǒng)的時域響應
3.3.2 基于Simulink的采樣控制系統(tǒng)仿真
小結
思考題與習題
第4章 控制系統(tǒng)優(yōu)化設計與仿真
4.1 控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化的基本概念
4.1.1 兩類優(yōu)化問題
4.1.2 問題的提法及專用名詞
4.1.3 尋優(yōu)途徑及優(yōu)化方法的評價
4.1.4 控制系統(tǒng)優(yōu)化設計中目標函數(shù)的構成
4.1.5 數(shù)字仿真在優(yōu)化設計中的作用
4.2 單純形法
4.2.1 單純形法原理
4.2.2 單純形的構成
4.2.3 改進單純形法
4.3 控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設計的實例
4.3.1 電機電壓控制系統(tǒng)的數(shù)學模型
4.3.2 兩種尋優(yōu)參照對象
4.3.3 尋優(yōu)程序與Simulink模型之間的信息傳遞
4.3.4 仿真運行與結果分析
小結
思考題與習題
第5章 控制系統(tǒng)的仿真建模
5.1 問題的描述與模型的定義
5.2 控制系統(tǒng)模型的建立
5.2.1 建模要求和原則
5.2.2 建模過程的信息源
5.2.3 建模方法
5.2.4 最小二乘參數(shù)估計
5.2.5 模型的階次辨識
5.2.6 控制系統(tǒng)仿真建模的步驟
5.3 控制系統(tǒng)模型的確認和修改
5.4 控制系統(tǒng)仿真建模的實例
5.4.1 機理建模法
5.4.2 試驗方法
5.4.3 基于MATLAB的系統(tǒng)模型估計
小結
思考題與習題
第6章 仿真的工程應用實例
6.1 旋轉(zhuǎn)式倒立擺系統(tǒng)的建模與仿真
6.1.1 旋轉(zhuǎn)式倒立擺系統(tǒng)簡介
6.1.2 倒立擺的建模與線性化
6.1.3 仿真運行與結果分析
6.2 直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的參數(shù)仿真優(yōu)化
6.2.1 系統(tǒng)模型
6.2.2 仿真運行
6.2.3 結果分析
6.3 苯乙烯本體聚合的動力學仿真
6.3.1 系統(tǒng)建模
6.3.2 仿真運行
6.3.3 結果分析
小結
思考題與習題
附錄A 實驗指導書
實驗1 面向一階微分方程組的連續(xù)系統(tǒng)數(shù)字仿真實驗
實驗2 面向系統(tǒng)結構圖的連續(xù)系統(tǒng)數(shù)字仿真實驗
實驗3 連續(xù)系統(tǒng)離散相似法的數(shù)字仿真實驗
實驗4 連續(xù)系統(tǒng)的快速數(shù)字仿真實驗
實驗5 采樣控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真實驗
實驗6 數(shù)字PID調(diào)節(jié)器最優(yōu)參數(shù)的選擇實驗
附錄B 改進單純形法的MATLAB程序
附錄C 苯乙烯本體聚合動力學仿真的MATLAB程序
參考文獻
新書資訊