了解什么时候进行仿真测试及需要测试多少次
　　将工程方法应用于仿真设计和开发
　　运用最好和最有效的工具开发仿真程序
　　确认仿真是否精确地描述了系统
　　分析仿真结果并与管理层沟通
　　利用仿真减少昂贵的实际系统测试费用
　　管理仿真开发和测试的费用
　　本书就整个仿真技术的各阶段工作和相关的管理问题给出了分步指导．从仿真的基础——数学建模入手，通过细致的介绍和实例应用使读者掌握仿真的全过程，大量实例加强了读者利用仿真技术解决各种实际问题的能力。　　。
　　本书讲述了仿真技术的基础、分类和应用，涉及到动态系统建模、实时仿真与非实时仿真、半实物仿真、分布式仿真、验证、确认和鉴定等诸多方面，是一本较全面地介绍仿真技术的书籍。另外，本书还配有大量的工程实例和练习。附带光盘包含本书实例的源代码，方便读者使用。
　　本书覆盖面广，介绍深入浅出，主要适合工程师、管理人员以及其他与嵌入式系统开发和测试相关的工程设计人员使用，同时也可作为仿真系统的教科书和参考书。

Jim Ledin是从事仿真咨询服务的电子工程师。多年以来，他在美国加州Point Mugu的海军航空战术中心(NAWC)从事空空导弹和地空导弹非实时系统仿真和HIL仿真的测试和评估，同时他还是NAWC三个HIL仿真实验室的主要仿真开发者。他出席过国际ADI用户协会的嵌入式系统会议，还为Embedded Systems Programming杂志和Dr．Dobb's Journal期刊撰写有关文章。可以通过jim@ledin．com或http：／／www．ledin．com与作者联系。

仿真工程包含两层含义，一层含义是应用工程原理和技术开发有效和实用的仿真系统，该系统能够对在真实环境中运行的复杂动态系统进行仿真，换句话说，仿真工程的定义就是应用工程方法开发优质的仿真系统。另一层含义就是通过工程方法所开发的仿真系统作为产品开发与测试过程的一部分。即，当仿真作为工程过程的一部分并且成为开发更好产品的高效工具时，就形成了仿真工程。
　　本书的目的有两个，首先，提供动态仿真系统的入门与背景知识；其次就是包含一些多年以来从大量成功的复杂嵌入式系统开发和测试中总结出来的技巧和方法。本书主要适合工程师、管理人员及其他与嵌入式系统开发和测试相关的工程设计人员使用，同时也可作为学生以及其他对动态系统仿真感兴趣的人的参考书。
　　非常感谢Jack Crenshaw 博士，他对本书进行了深入的技术审阅，另外也非常感谢CMP Books 的工作人员的大力支持，最后我要感谢我的爱妻Lynda，感谢她在本书写作过程中对我的耐心、鼓励和帮助。

译者序
前言
第1章　 仿真工程 1
1.1　 概述 1
1.2　 嵌入式系统 2
1.3　 仿真 3
1.4　 复杂产品 4
1.5　 缩短开发周期 5
1.6　 改进质量 6
1.7　 更低的总费用 7
1.8　 仿真面临的阻力 8
1.9　 仿真规划 9
1.9.1　 瀑布开发模型 10
1.9.2　 迭代开发模型 11
1.10　 源代码及实例 12
1.10.1　 动态系统仿真库 12
1.10.2　 Simulink 实例 15
1.11　 各章概要 15
第2章　 动态系统建模 17
2.1　 概述 17
2.2　 动态系统 17
2.2.1　 连续时间系统 17
2.2.2　 离散时间系统 21
2.3　 数学模型 22
2.4　建模方法 24
2.4.1　 物理建模: 单摆实例 24
2.4.2　 非线性模型的线性化 28
2.4.3　 经验建模 29
2.5　 三维空间的刚体运动 41
2.5.1　 二维运动 42
2.5.2　 三维运动 43
2.6　 随机系统 50
练习题 54
第3章　 非实时仿真 57
3.1　 概述 57
3.2　 用户界面 57
3.3　 建模因素 58
3.4　 配置管理 58
3.5　 积分算法 59
3.5.1　 欧拉积分算法 60
3.5.2　 高阶隐式积分算法 61
3.5.3　 亚当姆斯积分算法 62
3.5.4　 龙格-库塔积分算法 64
3.5.5　 变步长积分算法 65
3.5.6　 积分误差 65
3.5.7　 积分算法的稳定性 70
3.5.8　 刚性系统 71
3.5.9　 离散-连续混合系统 72
3.6　 初始条件、驱动信号及终止条件 73
3.7　 数据采集和存储 74
练习题 75
第4章　 HIL仿真 79
4.1　 概述 79
4.2　 HIL 仿真设计 80
4.3　 实时仿真 81
4.4　 HIL 仿真的实现 82
4.4.1　 非实时操作 83
4.4.2　 短积分步长 84
4.4.3　 慢模型算法 85
4.4.4　 较慢的仿真处理器 85
4.5　 模拟 I/O 错误源 86
4.5.1　 混叠 86
4.5.2　 DAC 零阶保持 89
4.6　 硬件和I/O设备 90
4.7　 HIL 仿真软件结构 91
4.8　 多帧技术 93
4.8.1　 无快帧I/O的单任务多帧技术 93
4.8.2　 具有快帧I/O的单任务多帧技术 95
4.8.3　 使用多任务的多帧技术 96
4.9　 HIL仿真系统的集成与调试 97
4.10　 何时使用HIL仿真 99
练习题 100
第5章　 分布式仿真 103
5.1　 概述 103
5.2　 TCP/IP 104
5.3　 分布式仿真协议 107
5.4　 通信延迟和抖动 109
5.5　 HLA 标准 111
5.6　 互联网游戏协议 113
5.7　 实时仿真协议 114
练习题 132
第6章　 数据可视化及分析 135
6.1　 概述 135
6.2　 即时显示 136
6.3　 绘图工具 138
6.4　 动画显示 139
6.5　 自动分析与报告 139
6.6　 数据分析技术 141
6.6.1　 仿真实例 141
6.6.2　 图形技术 143
6.6.3　 Theil 不等式系数 148
6.6.4　 Theil不等式系数的应用实例 149
练习题 155
第7章　 验证、确认和鉴定 157
7.1　 概述 157
7.2　 验证和确认 158
7.2.1　 非正式验证技术 159
7.2.2　 静态验证技术 161
7.2.3　 动态验证和确认技术 162
7.3　 鉴定 167
7.4　 VV&A 计划和报告 168
练习题 170
第8章　 全过程仿真 173
8.1　 概述 173
8.2　 需求定义 173
8.3　 概要设计 175
8.4　 详细设计 175
8.5　 原型开发与测试 177
8.6　 产品升级 180
8.7　 现场应用系统问题分析 182
练习题 183
第9章　 仿真工具 185
9.1　 期望的仿真工具特性 185
9.2　 动态系统仿真产品 186
9.2.1　 C++/DSSL 186
9.2.2　 MATLAB/Simulink 192
9.2.3　 VisSim 199
9.2.4　 MATRIXX SystemBuild 204
9.2.5　 20-sim 210
9.3　 其他软件工具 217
9.3.1　 DESIRE 217
9.3.2　 Dymola 218
9.3.3　 EASY5 218
9.3.4　 SD/FAST 218
9.3.5　 EngineSim 219
9.4　 实时仿真计算系统 219
9.4.1　 ADI Simsystem 219
9.4.2　 dSpace 219
练习题 220
附录　 部分练习题答案 221
术语表 223

随着计算机技术的不断发展，仿真技术越来越渗透到国民经济很多技术领域，如航空、航天、车辆、机械、电子、交通、建筑、生物、化工、水利、经济、军事等。它以显著地提高产品质量和可靠性、缩短研制周期、降低成本以及可以提前预测结果而著称。它不但涉及领域广，而且涵盖工程过程的每个环节，在产品的全生命周期的各个环节中发挥着重要的作用。
　　系统仿真技术是以相似原理、控制理论、计算机技术、信息技术及其应用领域的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际系统进行动态试验研究的一门综合性技术。仿真技术涉及到控制理论建模、计算机软件、数值方法、嵌入式系统、网络、工程设计和有关专业领域知识等方面的基础，是学科交叉发展的结果。
　　本书作者是资深的仿真技术专家，具有多年从事仿真技术的工程经验。本书较全面地概述了仿真技术的基础、分类和应用，讲述了动态系统建模和方法、仿真软件、实时仿真与非实时仿真、半实物仿真、分布式仿真、仿真与产品设计过程的关系、验证、确认和鉴定等诸多方面。本书既注重理论又结合工程实现，并配有大量的工程实例和练习，是一本较全面地介绍仿真技术的书籍，可以作为本科生与研究生的教科书，也可作为工程技术人员的参考书。
　　本书译者水平有限，难免有错误或疏漏，恳请广大读者批评指正。
　　译者E-mail地址为：
　　焦宗夏：zxjiao@buaa.edu.cn
　　王少萍：shpwang@dept3.buaa.edu.cn

2003年6月
　　于北京航天航空大学

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