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第1章 系统仿真技术概述 1

1.1 系统、模型与仿真 1

1.1.1 系统 1

1.1.2 系统模型 1

1.1.3 系统仿真及其分类 3

1.1.4 系统仿真工具 4

1.2 计算机仿真的概念及其过程 4

1.2.1 计算机仿真的概念 4

1.2.2 计算机仿真的一般过程 5

1.2.3 计算机仿真的作用 7

1.3 系统仿真技术的研究内容 7

1.3.1 仿真计算机 7

1.3.2 建模方法学 8

1.3.3 仿真算法 8

1.3.4 仿真软件 9

1.4 系统仿真技术的应用与发展趋势 9

第2章 连续系统的建模与仿真基础 12

2.1 数学建模与仿真算法 12

2.1.1 数学模型的作用 12

2.1.2 数学建模的原则 13

2.1.3 数学建模的途径 13

2.1.4 连续系统的数学模型 14

2.1.5 仿真算法 16

2.2 连续系统仿真的数值积分法 17

2.2.1 基本的数值积分公式 18

2.2.2 误差分析、稳定性分析与步长控制 24

2.2.3 积分方法的选择 27

2.2.4 刚性系统的仿真算法 28

2.2.5 实时系统的仿真算法 31

2.3 连续系统仿真的离散相似法 32

2.3.1 离散相似法的基本思想 32

2.3.2 面向微分方程的离散相似法 33

2.3.3 面向传递函数的离散相似法 39

2.3.4 离散相似模型的精度分析与补偿 47

第3章 仿真软件与机电液系统仿真基础 53

3.1 MATLAB/Simulink仿真软件基础 53

3.1.1 MATLAB简介 53

3.1.2 Simulink的特点与模块库 54

3.1.3 MATLAB在仿真中的应用 60

3.2 通用物理系统建模方法 69

3.2.1 确定系统基本物理变量 70

3.2.2 选择独立的特征变量 70

3.2.3 推导数学模型 70

3.2.4 物理系统的数学模型通式 71

3.3 机械系统的仿真 72

3.3.1 机械系统的建模 72

3.3.2 机械系统仿真实例 75

3.4 电路系统的仿真 81

3.4.1 电路系统的建模 81

3.4.2 电路系统仿真实例 84

3.5 液压系统的仿真 87

3.5.1 液压系统的建模 87

3.5.2 液压系统仿真实例 89

第4章 机电液一体化系统的数字仿真技术 93

4.1 机电液一体化系统的联合仿真 93

4.1.1 多领域系统联合仿真技术 93

4.1.2 多领域系统建模与仿真方法 94

4.1.3 多领域系统联合仿真特点 96

4.2 基于ADAMS的机械系统动力学仿真 97

4.2.1 ADAMS软件概述 97

4.2.2 机械系统动力学建模分析理论与ADAMS软件 98

4.2.3 基于ADAMS机械系统动力学仿真分析方法 105

4.3 基于AMESim的液压系统仿真 110

4.3.1 AMESim软件概述 110

4.3.2 AMESim的液压仿真基础 111

4.3.3 AMESim软件的使用方法 119

4.3.4 基于AMESim液压位置控制系统仿真 121

4.3.5 基于AMESim的典型机液耦合系统仿真 124

4.4 基于Simulink的机电液一体化系统集成化仿真平台 129

4.4.1 机电液一体化系统中的参数关联分析 129

4.4.2 基于Simulink的集成化仿真平台框架 131

4.4.3 软件间的组织协同仿真方法 132

4.5 关于联合仿真的几个问题 136

4.5.1 积分步长不协调的问题 136

4.5.2 代数环问题 136

4.5.3 提高机液耦合系统联合仿真速度的途径 138

第5章 机电液一体化系统的视景仿真技术 143

5.1 视景仿真技术 143

5.1.1 视景仿真的定义 143

5.1.2 仿真动画、视景仿真与虚拟现实技术的关系 144

5.2 机电液一体化系统与视景仿真 147

5.2.1 一体化装备技术进步与仿真需求 147

5.2.2 视景仿真在一体化装备中的应用 148

5.2.3 视景仿真应用于装备仿真研究的意义 149

5.2.4 一体化装备视景仿真的发展方向——分布式虚拟现实 149

5.3 三维模型建模技术 150

5.3.1 三维视觉建模 150

5.3.2 典型视觉建模方法 153

5.3.3 视景建模的关键技术 154

5.3.4 专用几何建模工具 163

5.3.5 MultiGen Creator建模的特点 169

5.3.6 Creator基本建模模块的功能 170

5.3.7 模型定义与模型数据库 171

5.3.8 建模的具体实现 172

5.3.9 FLT格式及其应用程序接口（API） 173

5.3.10 各种格式到FLT格式的归一化 174

5.3.11 几何建模的基本流程 177

5.4 三维模型驱动技术 178

5.4.1 OpenGL 178

5.4.2 OpenGVS 180

5.4.3 OpenGL Performer 180

5.4.4 VTree 181

5.4.5 Vega/Vega Prime 181

5.5 基于Vega Prime的模型驱动技术 182

5.5.1 Vega的主要特点 182

5.5.2 Vega Prime的主要特点 182

5.5.3 Vega Prime的基本模块 183

5.5.4 Vega Prime仿真的基本流程 187

第6章 机电液一体化系统的分布式仿真技术 189

6.1 分布式仿真技术 189

6.1.1 分布式仿真的产生 190

6.1.2 分布式仿真的发展历程 190

6.1.3 DIS、HLA和TENA的比较 194

6.2 机电液一体化系统与分布式仿真 197

6.2.1 一体化装备分布式仿真的难点 197

6.2.2 一体化装备分布式仿真的一般特点和基本要求 198

6.2.3 一体化装备的分布式仿真研究领域 199

6.3 几种类型的一体化装备分布式仿真体系结构 199

6.3.1 基于串行通信协议的分布式仿真体系结构 200

6.3.2 基于网络协议的分布式仿真体系结构 202

6.3.3 基于DIS的分布式仿真体系结构 207

6.3.4 基于HLA的分布式仿真体系结构 209

6.3.5 基于TENA的分布式仿真体系结构 214

第7章 机电液一体化系统建模与仿真实例 219

7.1 概述 219

7.1.1 仿真对象分析 219

7.1.2 仿真的设计思路——一体化仿真 221

7.1.3 仿真的研究方法——多领域协同仿真 221

7.1.4 仿真的运行环境——一体化仿真引擎 222

7.2 基于HLA的一体化仿真引擎 224

7.2.1 引擎的设计目标 224

7.2.2 基于MDA的仿真引擎开发 225

7.2.3 引擎的HLA OMT开发过程 228

7.2.4 引擎的对象模型设计与FOM/SOM 230

7.2.5 引擎的联邦成员设计 233

7.2.6 引擎的类Web服务设计 237

7.2.7 仿真引擎的开发流程 240

7.2.8 仿真引擎的主要服务 241

7.2.9 仿真引擎的RTI接口设计 244

7.3 调平系统建模与仿真 249

7.3.1 调平系统分析 249

7.3.2 调平控制策略的仿真分析 250

7.3.3 调平系统的一体化仿真设计 254

7.4 举升系统建模与仿真 256

7.4.1 举升系统分析 256

7.4.2 举升系统的协同仿真 256

7.4.3 基于Simulink的多级液压缸建模 257

7.4.4 基于AMESim的举升液压系统仿真模型 261

7.4.5 基于角度反馈的举升过程仿真实现 262

7.5 机动设备的视景建模与驱动 264

7.5.1 视景仿真的基本流程 264

7.5.2 视景仿真的工具选择 265

7.5.3 基于Creator的车辆三维建模 266

7.5.4 基于MFC框架的VP视景仿真驱动 277

参考文献 289