導彈武器系統(tǒng)是一個復雜工程系統(tǒng),對導彈武器系統(tǒng)的研究一直是仿真領域的研究重點之一!稄碗s工程系統(tǒng)建模與仿真》系統(tǒng)闡述了對于導彈武器系統(tǒng)這樣的復雜工程系統(tǒng),如何在復雜系統(tǒng)與復雜性的理論指導下,開展其建模與仿真研究!稄碗s工程系統(tǒng)建模與仿真》內(nèi)容包括復雜工程系統(tǒng)建模與仿真的理論和應用問題。其中,理論方面,包括復雜系統(tǒng)的理論及其發(fā)展、基本概念、理論基礎以及其建模與仿真相關的問題、復雜工程系統(tǒng)及其相關理論;應用方面,以導彈武器系統(tǒng)為對象,對導彈武器系統(tǒng)的設計、性能評估等方面的問題進行了闡述,包括導彈運動復雜性及幾種特殊運動的建模、導彈六自由度一體化建模方法與理論及應用、核武器中聚合爆轟作用的復雜性及其建模與仿真、導彈攻防對抗系統(tǒng)和多傳感器組合導航與精確制導復雜性分析與建模五個方面!稄碗s工程系統(tǒng)建模與仿真》內(nèi)容豐富翔實,深入淺出,具有較強的前沿性和實用性。
《復雜工程系統(tǒng)建模與仿真》適合于我國航空、航天、兵器等部門從事飛行器導航、制導與控制及其他復雜系統(tǒng)、復雜工程系統(tǒng)的建模與仿真的科技工作者和工程技術人員,亦可作為航空、航天等高等院校相關學科專業(yè)研究生和教師的重要參考書。
鄧方林,第二炮兵工程學院控制教研室教授(專業(yè)技術二級),首批二炮導彈專家,全國優(yōu)秀教師,“導航、制導與控制”國家重點學科學術帶頭人,博士生導師。兼任中國系統(tǒng)仿真學會理事。中國計算機用戶協(xié)會理事及信息防護分會顧問,陜西省系統(tǒng)仿真學會副理事長。長期從事導航、制導與控制方面的教學和科研工作。獲國家優(yōu)秀教學成果二等獎1項,軍隊優(yōu)秀教學成果一等獎1項,2003年獲全軍育才獎金獎。先后主持完成了多項國家、軍隊重大課題研究,獲國家科技進步一等獎1項,二等獎2項,軍隊科技進步一等獎2項,二等獎5項,三等獎4項,發(fā)表論文100余篇。1991年被批準為國家有突出貢獻的中青年專家。1996年被選為全軍優(yōu)秀共產(chǎn)黨員,1997年選為中共十五大代表。
廖守億,博士后,第二炮兵工程學院控制教研室講師。1993年至2005年就讀于國防科技大學航天與材料工程學院,分別獲得空氣動力學、計算空氣動力學和飛行器設計專業(yè)學士、碩士和博士學位,F(xiàn)為中國系統(tǒng)仿真學會和計算機學會會員,《計算機仿真》雜志社編委會委員。研究方向為導航、制導與控制,飛行器系統(tǒng)建模與仿真,復雜系統(tǒng)基于Agent的建模與仿真,計算機應用與系統(tǒng)集成。曾參與國家自然科學基金、863、863-2、國防預研基金、國防預研等項目的研究,發(fā)表論文40余篇,被EI檢索10余篇。
第1章 緒論
1.1 系統(tǒng)仿真
1.1.1 系統(tǒng)仿真的定義
1.1.2 系統(tǒng)的概念與分類
1.1.3 工程與復雜工程系統(tǒng)
1.2 仿真技術的發(fā)展
1.3 導彈、航天系統(tǒng)與仿真技術
第2章 復雜系統(tǒng)與復雜性
2.1 復雜系統(tǒng)與復雜性理論
2.1.1 現(xiàn)代系統(tǒng)科學
2.1.2 非線性科學
2.1.3 復條系統(tǒng)與復雜性科學
2.1.4 復雜系統(tǒng)理論的綜合分析
2.2 復雜系統(tǒng)與復雜性處理方法
2.2.1 還原論與整體論
2.2.2 復雜性科學的方法論原則
2.2.3 開放復雜巨系統(tǒng)理論與方法
2.2.4 復雜適應系統(tǒng)理論與方法
2.2.5 復雜工程系統(tǒng)理論
2.2.6 導彈武器系統(tǒng)是復雜工程系統(tǒng)的初步分析
2.2.7 復雜系統(tǒng)與復雜性研究思路
2.3 復雜系統(tǒng)建模與仿真
2.3.1 復雜系統(tǒng)建模與仿真特點
2.3.2 復雜系統(tǒng)建模與仿真難點
2.3.3 復雜系統(tǒng)分布仿真
2.4 復雜系統(tǒng)建模與仿真的應用領域
2.4.1 經(jīng)濟領域
2.4.2 社會領域
2.4.3 軍事領域
2.4.4 其他領域
第3章 戰(zhàn)略導彈運動復雜性及幾種特殊運動建模
3.1 彈體橫向彎曲振動方程的建立
3.1.1 彈體橫向自由振動方程及其運動特性
3.1.2 彈體橫向強迫振動方程及其耦合作用
3.2 彎曲振動條件下作用在彈體上的廣義力和廣義力矩
3.2.1 考慮彈性振動的推力
3.2.2 搖擺發(fā)動機產(chǎn)生的慣性力對應的廣義力
3.2.3 空氣動力對應的廣義力
3.2.4 用廣義質(zhì)量和廣義力表示的彈性彈體運動方程
3.3 彈性彈體結(jié)構(gòu)離散化方法——傳遞矩陣法
3.3.1 彈性元件(無質(zhì)量、無慣性)的傳遞矩陣
3.3.2 典型節(jié)點的傳遞矩陣
3.3.3 梁的總傳遞矩陣
3.3.4 單分枝梁的傳遞矩陣
3.3.5 多分枝結(jié)構(gòu)傳遞矩陣
3.3.6 用傳遞矩陣計算導彈橫向振動特性
3.4 液體推進劑晃動分析及其建模
3.4.1 液體自由晃動的基本方程
3.4.2 推進劑強迫晃動的數(shù)學建模
3.5 對晃動頻率的控制措施及晃動質(zhì)量計算
3.5.1 晃動頻率控制
3.5.2 晃動質(zhì)量及其位置
3.5.3 晃動等效力學模型——工程二次簡化
3.5.4 彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的等效運動方程
第4章 彈道導彈六自由度一體化建模方法與理論
4.1 攝動制導理論的貢獻及其局限性
4.1.1 “攝動理論”與“攝動制導
4.1.2 導彈非線性系統(tǒng)的攝動方程
4.1.3 攝動制導的關機控制泛函
4.1.4 攝動理論對宇航事業(yè)發(fā)展的貢獻及其局限性
4.2 基于整體論的彈道導彈一體化建模理論與方法
4.2.1 問題的提出
4.2.2 彈道導彈六自由度一體化建模的原則和特點
4.2.3 系統(tǒng)整體建模與分系統(tǒng)模型的關系
4.2.4 基于整體論的導彈一體化建模方法
4.3 基于牛頓力學定律的導彈六自由度一體化建模舉例
4.3.1 六自由度建模中的坐標轉(zhuǎn)換關系
4.3.2 導彈質(zhì)心運動方程
4.3.3 繞質(zhì)心運動方程:
4.3.4 關機方程和導引方程
4.3.5 控制系統(tǒng)模型
4.3.6 導彈復合運動狀態(tài)中彈體的一體化模型
4.4 基于能量守恒原理的彈道導彈一體化建模
第5章 彈道導彈六自由度仿真與應用
5.1 六自由度仿真模型的驗證與確認
5.1.1 理論仿真驗模
5.1.2 六自由度仿真模型基于半實物仿真的驗模
5.1.3 六自由度仿真模型基于飛行試驗的驗模
5.2 六自由度仿真的實現(xiàn)_
5.2.1 用YH-F2仿真計算機實現(xiàn)六自由度仿真
5.2.2 基于小型通用并行仿真計算機的六自由度仿真研究
5.3 六自由度仿真應用研究
5.3.1 彈道導彈全壽命六自由度仿真決策系統(tǒng)
5.3.2 在控制系統(tǒng)評審與定型中的應用研究
5.3.3 在導彈質(zhì)量評估與發(fā)射決策中的應用研究
5.3.4 在導彈故障分析和輔助定位中的應用研究
5.3.5 六自由度仿真在閉環(huán)動態(tài)測試中的應用
第6章 核武器中聚合爆轟作用的復雜性與建模仿真
6.1 爆炸作用的復雜性與計算機仿真
6.1.1 核爆炸物理過程的復雜性
6.1.2 多維非線性造成的計算復雜性
6.1.3 仿真技術在核武器發(fā)展中的重要作用
6.2 高壓環(huán)境下的固體物態(tài)方程
6.2.1 非含能固體物態(tài)方程
6.2.2 凝聚態(tài)炸藥及其爆轟產(chǎn)物物態(tài)方程
6.2.3 仿真計算中的物態(tài)方程式
6.3 大變形非線性仿真數(shù)學模型
6.3.1 ALE描述法
6.3.2 拉格朗日描述法
6.4 物理模型及其離散化
6.4.1 基本結(jié)構(gòu)
6.4.2 算法及其選擇
6.4.3 模型離散化
6.4.4 材料模型
6.5 數(shù)值仿真結(jié)果與分析
6.5.1 金屬殼層單元物理參量的變化圖
6.5.2 金屬球體情況
6.6 球形爆轟驅(qū)動計算模型的間接考核
6.6.1 間接考核試驗模型
6.6.2 間接考核試驗模型試驗與數(shù)值仿真結(jié)果對比
第7章 多傳感器組合導航與精確制導復雜性分析與建模
7.1 多傳感器組合導航復雜性分析與建模
7.1.1 多傳感器信息融合系統(tǒng)分析
7.1.2 基于卡爾曼濾波技術的組合導航系統(tǒng)建模
7.1.3 基于智能化信息融合技術的組合導航系統(tǒng)建模
7.2 精確制導武器系統(tǒng)復雜性分析
7.2.1 制導方式的多樣性
7.2.2 作戰(zhàn)過程的復雜性
7.2.3 工作環(huán)境的復雜性
7.3 一類典型的精確制導武器仿真建模
7.3.1 激光制導炸彈仿真建模
7.3.2 激光制導炸彈仿真研究
第8章 導彈攻防對抗系統(tǒng)建模
8.1 導彈攻防對抗概述
8.2 導彈攻防對抗仿真的發(fā)展及應用
8.2.1 作戰(zhàn)模擬的發(fā)展與應用
8.2.2 攻防對抗仿真的發(fā)展與應用
8.3 常規(guī)導彈作戰(zhàn)對抗體系分析
8.3.1 常規(guī)導彈作戰(zhàn)體系基本構(gòu)成
8.3.2 對抗方作戰(zhàn)體系分析
8.3.3 聯(lián)合作戰(zhàn)下常規(guī)導彈作戰(zhàn)對抗體系結(jié)構(gòu)分析
8.4 常規(guī)導彈對抗仿真模型
8.4.1 常規(guī)導彈對抗過程分析
8.4.2 仿真系統(tǒng)模型
8.4.3 作戰(zhàn)行動模型
8.4.4 綜合自然環(huán)境建模
8.4.5 作戰(zhàn)決策模型
8.4.6 網(wǎng)絡管理控制模型
8.4.7 綜合評估模型
參考文獻
在系統(tǒng)科學中,對復雜系統(tǒng)并沒有明確的提法,復雜系統(tǒng)被籠統(tǒng)地定義為與牛頓力學和熱力學中的簡單系統(tǒng)相對的開放系統(tǒng),即復雜系統(tǒng)被理解為開放系統(tǒng)。在非線性科學中,復雜系統(tǒng)被認為是一種由于非線性作用而導致的具有不確定性行為的系統(tǒng),即復雜系統(tǒng)是由大量單元或子系統(tǒng)非線性地耦合在一起的空間組織或時空過程。
1.什么是復雜系統(tǒng)
什么是復雜系統(tǒng)?從直觀意義上講,具有復雜性的系統(tǒng),就是復雜系統(tǒng);復雜系統(tǒng)不是簡單系統(tǒng)。然而,問題遠未得到回答,讓我們試著回答一下如下問題。
人類是如何組織產(chǎn)生人類社會的?飛鳥是如何聚集成群的?螞蟻是如何形成王國的?為什么股票市場會在1987年10月的一個星期一這一天狂跌500多點?為什么在1998年爆發(fā)了亞洲經(jīng)濟風暴,進而導致全球經(jīng)濟波動?
大腦是什么?感情、思想、目的和意識這樣不可言喻的特征是如何產(chǎn)生的?眼睛這樣復雜精妙的結(jié)構(gòu)是單純的隨機進化和自然選擇的結(jié)果嗎?
這些問題只有唯一一個共同點,那就是,它們都屬于復雜系統(tǒng)。
復雜系統(tǒng)是相對牛頓時代以來構(gòu)成科學事業(yè)焦點的簡單系統(tǒng)相比而言的。簡單系統(tǒng)通;蛘呤巧倭康膫體對象,它們之間的相互作用比較弱;或者是封閉的氣體或遙遠的星系,其中包含的對象數(shù)目是如此之大,以至于可以采用,似乎也只能采用統(tǒng)計平均方法來研究它們的行為。正如后面討論復雜性問題時提到的那樣,復雜并不一定與系統(tǒng)的規(guī)模成正比,復雜系統(tǒng)要有一定規(guī)模,但也不是越大越復雜。也就是說,我們所研究的復雜系統(tǒng)往往具有中等數(shù)目的元素(或叫主體):組織中的細胞、股市中的股民、城市交通系統(tǒng)中的司機、生態(tài)系統(tǒng)中的動植物等。