前言

计算机在科学技术各个领域的广泛应用，为人类认识世界提供了一个有力的工具。本书第一作者曾连续四届在同济大学工民建、土建专业高年级本科生中开设了“混凝土结构计算机仿真”选修课，详细介绍了混凝土结构基本构件、钢筋混凝土杆系结构动、静力试验的计算机仿真分析方法；旨在帮助同学们通过学习更好地掌握计算机这个有效的工具，为今后的科学研究、工程实践打下良好的基础。该课程受到了学生们的欢迎。为了使读者能深入了解混凝土结构的计算机仿真分析方法，作者在原讲稿的基础上结合近期的科研成果写成本书。

全书遵循由简单到复杂，由构件到结构的渐进原则。首先介绍钢筋混凝土梁、柱、板、墙和预应力混凝土梁等基本构件的计算机仿真分析方法；进而介绍钢筋混凝土杆系结构静、动力试验和钢筋混凝土框架结构倒塌反应的计算机仿真分析方法；最后介绍计算机仿真中结构破坏过程的图形处理技术，形成一套完整的系统。其中，顾祥林负责第三、第四、第五、第六和第九章的写作，孙飞飞负责第七和第十章的写作，第一和第二章由顾祥林和孙飞飞共同写作。

笔者曾分别师从同济大学张誉教授和沈祖炎教授作博士研究生，后又在沈祖炎教授的领导下参加了国家基础性研究重大项目(攀登B计划)：“重大土木与水利工程安全性与耐久性的基础研究”的子课题——反映高层建筑结构体系施工误差及损伤累积的仿真系统的研究工作。导师的悉心指导和谆谆教诲刈‘笔者的学习和工作起到了巨大的作用，使得笔者能顺利地完成本书的写作。另外，同济大学结构工程专业的多位研究生和本科生也为本书做出了卓越的贡献，他们是姚利民、王立明、李承、周湘赞、马星、黄勤、周钦海、王伟、任晓勇、孟益、宋晓滨和宣纲。在此，表示衷心的感谢!

限于笔者的理论水平，书中肯定有错误和不当之处，恳请广大读者指正!

顾祥林孙飞飞

2000年12月于同济大学

1 绪论

1．1 结构仿真的应用与意义

1．2 结构仿真技术的发展概况

1．3 结构仿真的基本任务

1．4 实现仿真的基本方法

1．5 本书的主要内容2100433B

绪论

0.1 仿真技术简介

0.2 计算机仿真技术的发展概况

0.3 计算机仿真技术的应用

0.4 控制系统计算机辅助设计的主要内容及其应用

0.5 基于MATLAB的控制系统仿真的现状

习题

第1章 仿真软件——MATLAB

1.1 MATLAB的功能特点

1.2 MATLAB的基本操作

1.3 MATLAB的控制语句

1.3.1 循环语句

1.3.2 程序流控制语句

1.3.3 条件转移语句

1.4 MATLAB的绘图功能

1.4.1 二维图形

1.4.2 三维图形

1.5 MATLAB的数值运算

1.5.1 矩阵运算

1.5.2 向量运算

1.5.3 关系和逻辑运算

1.5.4 多项式运算

1.5.5 数据分析

1.5.6 函数极值

1.5.7 代数方程求解

1.5.8 微分方程求解

1.5.9 函数积分

1.5.1 0函数绘图

1.6 MATIAB的符号运算

1.6.1 符号表达式的生成

1.6.2 符号表达式的基本运算

1.6.3 符号表达式的微积分

1.6.4 符号表达式的变换

1.6.5 符号表达式的求解

1.7 MATLAB的图形界面

1.8 MATLAB编译器

1.8.1 创建MEX文件

1.8.2 创建EXE文件

本章小结

习题

第2章 控制系统的数学模型及其转换

2.1 线性系统数学模型的基本描述方法

2.2 系统数学模型问的相互转换

2.3 系统模型的连接

2.4 典型系统的生成

2.5 系统的离散化和连续化

2.6 系统的特性值

本章小结

习题

第3章 连续系统的数字仿真

3.1 数值积分法

3.1.1 欧拉法

3.1.2 梯形法

3.1.3 预估-校正法

3.1.4 龙格-库塔法

3.1.5 关于仿真数值积分法的几点讨论

3.2 连续系统的数字仿真程序

3.3 面向系统结构图的仿真

3.3.1 典型环节的确定

3.3.2 连接矩阵

3.3.3 确定系统的状态方程

3.3.4 面向结构图的数字仿真程序

3.4 连续系统的快速仿真

3.4.1 增广矩阵法的基本原理

3.4.2 典型输入函数的增广矩阵

本章小结

习题

第4章 连续系统按环节离散化的数字仿真

4.1 连续系统的离散化

4.2 典型环节的离散系数及其差分方程

4.3 非线性系统的数字仿真方法

4.4 连续系统按环节离散化的数字仿真程序

本章小结

习题

第5章 采样控制系统的数字仿真

5.1 采样控制系统..；

5.2 模拟调节器的数字化仿真方法

5.3 采样控制系统的数字仿真程序

5.3.1 数字控制器的程序实现

5.3.2 连续部分的程序实现

5.3.3 程序框图及仿真程序

5.4 关于纯滞后环节的数字仿真

本章小结

习题

第6章 动态仿真集成环境——Simulink

6.1 simulink简介

6.1.1 Simulink的启动

6.1.2 Simulink库浏览窗口的功能菜单

6.1.3 仿真模块集

6.2 模型的构造

6.2.1 模型编辑窗口

6.2.2 对象的选定

6.2.3 模块的操作

6.2.4 模块间的连线

6.2.5 模型的保存

6.2.6 模块名字的处理

6.2.7 模块内部参数的修改

6.2.8 模块的标量扩展

6.3 连续系统的数字仿真

6.3.1 利用Simulink菜单命令进行仿真

6.3.2 仿真结果分析

6.3.3 利用MAn.AB的指令操作方式进行仿真

6.3.4 模块参数的动态交换

6.3.5 Simulink调试器

6.4 离散系统的数字仿真.；

6.5 仿真系统的线性化模型

6.6 创建子系统

6.7 封装编辑器

6.7.1 参数（Parameters）页面

6.7.2 图标（Icon）页面

6.7.3 初始化（Initialization）页面

6.7.4 描述（Docurnentation）页面

6.7.5 功能按钮

6.8 条件子系统

本章小结

习题

第7章 控制系统的计算机辅助分析

7.1 控制系统的稳定性分析

7.2 控制系统的时域分析

7.3 根轨迹法

7.4 控制系统的频域分析

7.5 系统的能控性和能观测性分析

7.5.1 系统的能控性和能观测性

7.5.2 将系统按能控和不能控进行分解

7.5.3 将系统按能观测性和不能观测性进行分解

7.6 系统模型的降阶

7.6.1 平衡实现

7.6.2 模型降阶

本章小结

习题

第8章 控制系统的计算机辅助设计

8.1 频率法的串联校正

8.1.1 基于频率响应法的串联超前校正

8.1.2 基于频率响应法的串联滞后校正

8.1.3 基于频率响应法的串联滞后一超前校正

8.2 状态反馈和状态观测器的设计

8.2.1 状态反馈

8.2.2 状态观测器

8.2.3 带状态观测器的状态反馈系统

8.2.4 离散系统的极点配置和状态观测器

8.2.5 系统解耦

8.2.6 系统估计器

8.2.7 系统控制器

8.3 最优控制系统设计

8.3.1 状态反馈的线性二次型最优控制

8.3.2 输出反馈的线性二次型最优控制

本章小结

习题

第9章 基于MATLAB工具箱的控制系统分析与设计

9.1 控制系统工具箱简介

9.2 线性时不变系统的对象模型

9.2.1 LTI对象

9.2.2 模型建立及模型转换函数

9.2.3 LTI对象属性的存取和设置

9.3 线性时不变系统浏览器——LTIViewer

9.4 单输入单输出系统设计工具——SISODesignTool

9.4.1 MNTLAB7.5的SISODesignTool

9.4.2 MATLAB6.5的SISODesignTool

9.5 非线性控制系统设计

9.5.1 SignalConstraint模块及其应用

9.5.2 NCDBlockset模块及其应用

9.5.3 求解其他非线性控制系统的设计问题

本章小结

习题

第10章 Simulink的扩展工具——S－函数

10.1 S－函数简介

10.2 S－函数的建立

10.2.1 用M文件创建S－函数

10.2.2 用C语言创建S－函数

10.3 S－函数编译器

10.4 S－函数包装程序

本章小结

习题

附录AMATLAB函数一览表

附录BMATLAB函数分类索引

参考文献2100433B