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  • C＃程序设计——理实一体化教学课程

    作者：唐权, 梁琰

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  • 计算机文化基础

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图书分类

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学术专著
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  9. 自然科学
  10. 交通运输
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  12. 土木建筑工程
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国家规划教材
  1. "十一五"规划
  2. "十二五"规划
  3. "十三五"规划
  4. "十四五"规划
  1. 本书分为三大部分：第一、二、四、五章介绍了控制系统的基础知识及仿真技术；第三、六章介绍了MATLAB、Simulink及SimPowerSystems的基本使用方法；第七、八、九、十章分别从AC-DC、DC-AC、DC-DC、AC-AC四个方面介绍了相关的基础理论及仿真方法。本书力求浅显易懂，通过实例介绍仿真软件的使用方法，引导读者灵活应用书中所学知识，从而进一步实现自己的应用目标。
  2. 前  言
    随着我国高等教育事业的发展，目前已由原来的多个本科专业合并而成自动化、电气工程及其自动化、机械设计制造及其自动化等本科专业。同时，由于高等院校本科生的培养目标已向着厚基础、宽口径、重能力方向发展，仿真技术类课程的内容也逐步从原理、软件学习拓展到工程案例教学方向上来。因此作为涉及自动控制原理、数值分析、控制系统设计等内容的计算机仿真技术及应用课程，也需要与时俱进。
    计算机仿真技术在近50年的发展历史中，推动了几乎所有设计领域的革命，被誉为20世纪下半叶十大工程技术成就之一。如今，计算机仿真技术已成为现代各行业工程师应该掌握的基本技能之一。
    作为联系自动控制系统设计、电气工程系统设计、课程设计和毕业设计等教学环节的计算机仿真技术及应用课程，不仅可以使学生加强对所学课程的学习效果，而且还可以为学生在毕业设计中提供一个强有力的工具，有效地加强教学中的实践教学环节，提高学生的独立工作能力和创造性思维能力。
    作为建立在若干先修课程之上的应用型专业课，计算机仿真技术及应用课程应该传授给学生些什么？笔者认为：把仿真技术这一“利器”传授给学生，使学生掌握其中的基本概念、基本原理和基本方法是本门课程最低要求。如何充分利用仿真工具，使学生加深理解所学的课程与知识内容，培养学生独立分析问题与解决问题的能力，激发学生的创造意识，训练学生的思维方法，这才是计算机仿真技术及应用课程教学所面临的深层次问题。
    作为一门时代特色鲜明，培养学生综合运用所学知识、勤于思考、勇于探索的课程，笔者认为：能力比知识更重要，新技术的不断涌现会使得知识变得陈旧，而能力是永恒的；过程比结果更重要随着问题与条件的改变，结果将会不同，而通过提出问题、分析问题、解决问题和归纳总结这样一个过程的训练，将会有效地塑造学生们科学的思维方式与工作习惯，而这将会使他们终身受益。因此，本书的主要目的在于：
    （1）随着新技术的不断发展，将会不断地产生更有效、更实用的“仿真工具”，通过传授仿真技术，使读者不断学习，与时俱进。
    （2）为读者讲明“计算机仿真技术”中所涉及的基本原理、基本概念与基本方法，以便更有效地运用仿真工具。
    （3）给读者提出一些生动有趣、启迪思想的工程问题，创造一个自由畅想、激发创造空间，使读者从中体会到“仿真技术”是我们学习和科研中不可缺少的工具。
    本书分为三大部分：第一、二、四、五章介绍了控制系统的基础知识及仿真技术；第三、六章介绍了MATLAB、Simulink及SimPowerSystems的基本使用方法；第七、八、九、十章分别从AC-DC、DC-AC、DC-DC、AC-AC四个方面介绍了相关的基础理论及仿真方法。本书力求浅显易懂，通过实例介绍仿真软件的使用方法，引导读者灵活应用书中所学知识，从而进一步实现自己的应用目标。
    本书体现了如下特点：
    （1）内容新颖。结合目前新版的MATLAB进行介绍。
    （2）编排合理。简单介绍了控制系统及电力电子应用技术的基础理论，并在此基础上详细描述了仿真模型的建立、设置、运行及分析过程。
    （3）通过大量实例，读者易于掌握仿真软件的使用方法。
    本书可作为普通高等学校和成人高等学校电气工程及其自动化、自动化等强电类专业“计算机仿真技术及应用”等课程的教材或参考书，也可供有关工程技术人员参考。
    编写分工：本书由叶满园、陈乐、吴韩、章俊飞编写第1章～第4章，李宋、康力璇、聂宇编写第5章和第6章，江西中医药大学附属医院信息科姜浩、潘涛、肖云煌、邹文骏、何煜祺编写第7章和第8章，徐征、崔浩杰、韩祥鹏编写第9章和第10章。本书在编写过程中得到了许多老师的大力支持和帮助，在此一并表示诚挚感谢！
    在编写过程中，本书参阅了许多国内外论文、论著，主要的都已列举于参考文献部分，在此向所有作者表示深深的谢意！
    由于本书涉及范围广，作者学识有限，加之时间仓促，难免会有疏漏或不当之处，恳请读者批评指正。


    编  者
                                            2017年11月于华东交通大学    ...查看更多
  1. 1.1.3  仿真实验法
    仿真实验法就是在物理或数学模型上进行的系统性能分析与研究的实验方法，它所遵循的基本原则是相似原理。
    系统模型可分为两类：一类是物理模型，另一类是数学模型。例如，在飞行器的研制中，将其放置在“风洞”之中进行实验研究，就是模拟空中情况的物理模型的仿真实验研究，其满足“环境相似”的基本原则。又如，在船舶设计制造中，常常按一定的比例尺缩小建造一个船舶模型，然后将其放置在水池中进行各种动态性能的实验研究，其满足“几何相似”的基本原则，是模拟水中情况的物理模型的仿真实验研究。
    在物理模型上所做的仿真实验研究具有效果逼真、精度高等优点，但是，其造价高昂或耗时过长，不宜为广大的研究人员所接受，大多是在一些特殊场合下（如导弹或卫星一类飞行器的动态仿真，发电站综合调度仿真与培训系统等）采用。
    随着计算机与微电子技术的飞速发展，人们越来越多地采用数学模型在数字或模拟计算机上进行仿真实验研究。在数学模型上进行的仿真实验是建立在“性能相似”的基本原则之上的。因此，通过适当的手段与方法建立高精度的数学模型是其前提条件。
    1.2  仿真实验的分类与性能比较
    由于仿真实验是利用物理或数学模型来进行系统动态性能研究的实验，其中绝大多数都要应用模拟或数学计算机，因此其分类方式以及相应的名称均有所不同。下面仅就常用的几种情况进行说明。
    1.2.1  按模型分类
    当仿真实验所采用的模型是物理模型时，称之为物理仿真；是数学模型时，称之为数学仿真。
    事实上，人们经常根据仿真实验中有无实物介入以及与时间的对应关系将模型分类进一步细化，归纳为如图1.4所示的情况。由图可见，物理仿真总是有实物介入的，具有实时性和在线的特点。因此，仿真系统具有构成复杂、造价较高等特点。    ...查看更多
  2. 本书可作为普通高等学校和成人高等学校电气工程及其自动化、自动化等强电类专业“计算机仿真技术及应用”等课程的教材或参考书，也可供有关工程技术人员参考。
  1. 目  录
    第1章  绪  论 1
    1.1  控制系统的实验方法 1
    1.2  仿真实验的分类与性能比较 3
    1.3  系统、模型与数字仿真 7
    1.4  控制系统CAD与数字仿真软件 10
    1.5  仿真技术的应用与发展 17
    第2章  控制系统的数学描述 21
    2.1  控制系统的数学模型 21
    2.2  实现问题 31
    2.3  常微分方程数值解法 34
    2.4  数值算法中的“病态”问题 44
    2.5  数字仿真中的“代数环”问题 48
    第3章  MATLAB基础 56
    3.1  MATLAB简介 56
    3.2  MATLAB环境 57
    3.3  MATLAB基本应用 65
    第4章  控制系统数字仿真的实现 84
    4.1  控制系统的结构及其拓扑描述 84
    4.2  面向系统结构图的数字仿真 88
    4.3  环节的离散化与非线性系统的数字仿真 101
    4.4  问题与探究——一类非线性控制系统数字仿真的效率问题 120
    第5章  控制系统CAD 131
    5.1  概  述 131
    5.2  经典控制理论?CAD 132
    第6章  Simulink基础 150
    6.1  系统仿真（Simulink）环境 150
    6.2  认识Simulink的重要模块库 169
    6.3  S-函数的设计方法 176
    6.4  SimPowerSystems模型库 183
    第7章  AC-DC电路的建模与仿真 207
    7.1  桥式相控整流电路的仿真 207
    7.2  电容滤波的不可控整流电路的仿真 223
    第8章  DC-AC电路的建模与仿真 237
    8.1  方波逆变电路的仿真 237
    8.2  单相PWM逆变电路的仿真 242
    8.3  三相SPWM逆变电路的仿真 254
    8.4  多电平逆变电路的仿真 267
    第9章  DC-DC电路的建模与仿真 278
    9.1  降压（Buck）变换器的仿真 278
    9.2  升压（Boost）变换器的仿真 286
    9.3  升降压（Buck-Boost）变换器的仿真 293
    第10章  AC-AC电路的建模与仿真 298
    10.1  整半周控制方式 298
    10.2  角控制方式 302
    参考文献 308    ...查看更多

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