计算机仿真技术试题.docx
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计算机仿真技术
[填空题]1什么是仿真？
它所遵循的基本原则是什么？
参考答案：
仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算机技术等理论基础之上的，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助专家经验知识、统计数据和信息资料对试验结果进行分析和研究，进而做出决策的一门综合性的试验性科学。
它所遵循的基本原则是相似原理。
[填空题]2仿真的分类有几种？
为什么？
参考答案：
依据相似原理来分：
物理仿真、数学仿真和混合仿真。
物理仿真：
就是应用几何相似原理，制作一个与实际系统相似但几何尺寸较小或较大的物理模型（例如飞机模型放在气流场相似的风洞中）进行实验研究。
数学仿真：
就是应用数学相似原理，构成数学模型在计算机上进行研究。
它由软硬件仿真环境、动画、图形显示、输出打印设备等组成。
混合仿真又称数学物理仿真，它是为了提高仿真的可信度或者针对一些难以建模的实体，在系统研究中往往把数学仿真、物理仿真和实体结合起来组成一个复杂的仿真系统，这种在仿真环节中有部分实物介入的混合仿真也称为半实物仿真或者半物理仿真。
[填空题]3比较物理仿真和数学仿真的优缺点。
参考答案：
在仿真研究中，数学仿真只要有一台数学仿真设备（如计算机等），就可以对不同的控制系统进行仿真实验和研究，而且，进行一次仿真实验研究的准备工作也比较简单，主要是受控系统的建模、控制方式的确立和计算机编程。
数学仿真实验所需的时间比物理仿真大大缩短，实验数据的处理也比物理仿真简单的多。
与数学仿真相比，物理仿真总是有实物介入，效果直观逼真，精度高，可信度高，具有实时性与在线性的特点；但其需要进行大量的设备制造、安装、接线及调试工作，结构复杂，造价较高，耗时过长，灵活性差，改变参数困难，模型难以重用，通用性不强。
[填空题]4简述计算机仿真的过程。
参考答案：
第一步：
根据仿真目的确定仿真方案根据仿真目的确定相应的仿真结构和方法，规定仿真的边界条件与约束条件。
第二步：
建立系统的数学模型对于简单的系统，可以通过某些基本定律来建立数学模型。
而对于复杂的系统，则必须利用实验方法通过系统辩识技术来建立数学模型。
数学模型是系统仿真的依据，所以，数学模型的准确性是十分重要。
第三步：
建立仿真模型即通过一定算法对原系统的数学模型进行离散化处理，就连续系统言，就是建立相应的差分方程。
第四步：
编制仿真程序对于非实时仿真，可用一般高级语言或仿真语言。
对于快速的实时仿真，往往需要用汇编语言。
第五步：
进行仿真实验并输出仿真结果通过实验对仿真系统模型及程序进行校验和修改，然后按系统仿真的要求输出仿真结果。
[填空题]5对于矩阵A=[12；34]，MATLAB以下四条命令：
A.^（0.5）；A^（0.5）；
sqrt（A）；sqrtm（A）所得结果相同吗？
它们中哪个结果是复数矩阵，为什么？
参考答案：
A.^（0.5）=[1.00001.4142；1.73212.0000]；
A^（0.5）=[0.5537+0.4644i0.8070-0.2124i；1.2104-0.3186i1.7641+0.1458i]；
sqrt（A）=[1.00001.4142；1.73212.0000]；
sqrtm（A）=[0.5537+0.4644i0.8070-0.2124i；1.2104-0.3186i1.7641+0.1458i]；其中，“A.^（0.5）表示向量的乘方，”
“A^（0.5）表示矩阵的乘方，”
“sqrt（A）”只定义在矩阵的单个元素上，即分别对矩阵的每个元素进行运算，“sqrtm（A）表示对矩阵（方阵）的超越函数进行运算。
[填空题]6计算机仿真的三个基本活动是（）、（）、（）。
参考答案：
系统建模；仿真建模；仿真实验
[填空题]7根据模型不同可以把控制系统仿真分为（）、（）、（）。
参考答案：
物理仿真；数字仿真；半实物仿真
[填空题]8离散相似法采样周期的选择应该满足（）。
参考答案：
香农定理（采用定理）
[填空题]9仿真误差主要包括（）、（）。
参考答案：
截断误差；舍入误差[填空题]10串联校正主要包括（）、（）、（）。
参考答案：
串联超前校正；串联滞后校正；串联超前－滞后校正
[填空题]
11已知某采样控制系统的脉冲传递函数为，则系统
的差分方程为（）
参考答案：
y（k）=3y（k-2）-6y（k-3）+4u（k-2）+2u（k-3）。
[填空题]
12已知系统的状态方程为或否），其特征值为，则该系统是否稳定（）
（填是
参考答案：
是；
[填空题]13简述龙格－库塔法的基本思想。
参考答案：
龙格－库塔法基本思想：
用几个点上的函数值的线性组合来代替泰勒展开式中各阶导数，然后按泰勒级数展开确定其中的系数，这样既可以避免计算高阶导数，又能提高积分的精度及截断误差阶数。
[填空题]14简述串联超前校正的基本步骤。
参考答案：
（1）根据性能指标确定系统开环增益k；
（2）根据系统开环增益k，画出未校正系统的bode图，并求出其相位裕量r0和幅值裕量kg；
[填空题]
15已知系统传递函数方法求解系统差分方程，采样周期T=0.1
参考答案：
[填空题]16试证明双线性变换离散法不改变系统稳定性。
参考答案：
[填空题]17已知系统结构图如下，试采用四阶龙格－库塔法求系统输出响应。
参考答案：
程序清单如下：
r=2；
[numo，deno]=series（[1，1]，[1，4]，4，[1，3，2]）；
[numc，denc]=cloop（numo，deno）；
[A，B，C，D]=tf2ss（numc，denc）；
Tf=input（‘仿真时间Tf=’）；
h=input（‘计算步长h=’）；
X=zeros（size（A，1），1）；
y=0；t=0；
fori=1：
Tf/hK1=A*X+B*r；
K2=A*（X+h*K1/2）+B*r；
K3=A*（X+h*K2/2）+B*r；
K4=A*（X+h*K3）+B*r；
X=X+h*（K1+2*K2+2*K3+K4）/6；y=[y，C*X]；t=[t，t（i）+h]；
endplot（t，y）；
[填空题]18已知采样系统的结构图如下：
试利用采样控制系统的数字仿真方法，求当采样周期T=0.1s，且初始状态为零时，离散系统的单位阶跃响应。
参考答案：
程序清单如下：
clearts=0.1；
[num，den]=c2dm（1，[1，3，2]，ts，’zoh’）；
u_1=0；u_2=0；y_1=0；y_2=0；
e_1=0；e_2=0；r=1；
kp=input（‘kp=’）；
ki=input（‘ki=’）；
kd=input（‘kd=’）；
E=input（‘E=’）；
fork=1：
200t（k）=k*ts；
e（k）=r-y_1；
u（k）=u_1+kp*（e（k）-e_1）+ki*e（k）+kd*（e（k）-2*e_1+e_2）；
y（k）=-den
（2）*y_1-den
（3）*y_2+num
（1）*u（k）+num
（2）*u_1+num
（3）*u_2；
u_2=u_1；u_1=u（k）；
e_2=e_1；e_1=e（k）；
y_2=y_1；y_1=y（k）；
endplot（t，y）
[填空题]19简述计算机仿真的基本步骤。
参考答案：
（1）根据仿真目的确定仿真方案；
（2）建立系统的数学模型；
（3）选择合适仿真方法，建立仿真模型；
（4）编写仿真程序并进行程序调试；
（5）进行仿真实验；
（6）仿真结果分析。
[填空题]20试比较数值积分法与离散相似法的区别。
参考答案：
数值积分法：
比较成熟，精度较高，计算公式复杂，计算量大，适合离线仿真；离散相似法：
计算公式简单，计算量小，速度快，精度较数值积分法低，适合在线仿真。
[填空题]21已知系统结构图如下图所示，1、2、3、4、5为典型环节，a为常数，试写出其连接矩阵
W、W0、Wc
参考答案：
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22已知系统状态空间表达式为，计
算步长h=0.1，输入信号u=1（t0）试采用欧拉法，四阶龙格－库塔法计算th
时对应的y值。
参考答案：
[填空题]
23已知系统传递函数差分方程，计算步长h＝0.1s
参考答案：
，试采用双线性变换法求解系统[填空题]
24已知系统传递函数为型，对角型动态方程。
，试求可控标准型，可观测标准
参考答案：
[填空题]
25已知系统传递函数态变量图。
参考答案：
，试求约当型动态方程，并画出状[填空题]
26已知系统矩阵
参考答案：
，至少用两种方法求状态转移矩阵。
[填空题]27已知连续系统的动态方程为周期T=1s，试求离散化动态方程。
参考答案：
设采样
[填空题]
28设系统状态方程为b。
参考答案：
，并设系统状态可控，试求a，[判断题]
29、计算机仿真的三要素为系统、模型和计算机。
参考答案：
对
[判断题]
30、在MATLAB中，变量名区分字母的大小写，但是MATLAB提供的标准函数名以及命令名必须用小写字母。
参考答案：
错
[判断题]
31、MATLAB中运算符号前带有小点表示执行元素对元素的运算。
参考答案：
对
[判断题]
32、在MATLAB中，2ⅹ2的矩阵A=[12，34]是一种正确的输入方式。
参考答案：
错
[判断题]
33、MATLAB提供了3种逻辑操作符，其中~表示非。
参考答案：
对
[判断题]
34、subplot
（211）把屏幕分成两个部分，并把曲线放在左半部分。
参考答案：
错
[判断题]
35、数值积分法中，计算步长越小，总误差越小。
参考答案：
错
[判断题]
36、tf2ss函数只能将传递函数模型转换成为可控标准型状态方程。
参考答案：
对
[判断题]
37、函数文件中函数名称和文件名可以不同。
参考答案：
错
[填空题]
38用请两种方法将传递函数态空间模型；
表示的系统转换为状
参考答案：
[填空题]39编写函数文件
myfunction.m，求任意矩阵的均方根值，且当矩阵aa=[1，2，3；3，4，5]时，完成在MATLABCOMMAND窗口下的调用。
参考答案：
functionrs=myfunction（a）[m,n]=size（a）sum=0fori=1:
mforj=1:
nsum=sum+a（i,j）endendrs=sqrt（sum/m/n）在命令窗中输入aa=[1,2,3;
3,4,5]，然后执行rs=myfunction（aa）即可。
[填空题]40编程实现用Euler法求初值问题的数值解，设方程如下：
du/dt=√u+5u，且u
（0）=1，t=[0，10]，并取步长h=0.1。
参考答案：
t=0:
0.1:
10;
n=length（t）;
h=0.1;
u
（1）=1;
uu=1;
fori=2:
ndu=（sqrt（uu）+5*uu）*h;
uu=uu+du;
u（i）=uu;
end
[填空题]41若G（s）=2/｛（s+3）
（s+4）｝采用零阶保持器将G（s）转换为G（z），采样周期T＝0.1s，编程得出G（s）与G（z）的阶跃响应图。
参考答案：
sysc=tf（2,conv（[13],[14]））;
sysd=c2d（sysc,0.1,'zoh'）;
[num,den]=tfdata（sysd,'v'）;
[yc,tc]=step（sysc,[0:
0.2:
30]）;dstep（num,den,30）;
holdonplot（tc,yc）holdoff
[填空题]42简述who指令和whos指令的区别。
参考答案：
W.ho命令用于查询变量名；
W.hos命令可以查看所有变量的大小。
[填空题]43简述控制系统设计时四种常用的校正方法。
参考答案：
超前校正、滞后校正、滞后-超前校正和反馈校正。
[填空题]44在SIMULINK中，简述建立子系统的方法。
参考答案：
方法1：
使用subsystem块，然后添加所需要的模块，增加输入输出端口即可；方法2：
在模块窗口菜单选项中选择[Edit>>CreatSubsystem]用一个子系统模块代替选中的模块组。
[填空题]45系统的结构如下图所示：
写出求解闭环系统传递函数的程序
参考答案：
g1=tf（1，[11]）；
g2=tf（[10]，[102]）；
g3=tf（1，[100]）；
g4=50；
g5=tf（[102]，[10014]）；
g1temp=series（g1，g2）；
g2temp=feedback（g3，g4）；
g3temp=series（g1temp，g2temp）；
gs=feedback（g3temp，g5，-1）；
[填空题]46系统的结构如下图所示：
写出判断闭环系统稳定性的程序
参考答案：
[num，den]=tfdata（gs，’v’）；
temp=roots（den）；
temp1=find（real（temp）>=0）；
n=length（temp）；
ifn~=0disp（’unstable’）elsedisp（’stable’）end
[填空题]47系统性能好坏的评价指标有哪些？
参考答案：
系统的好坏可以由以下四点观察：
目标明确：
每个系统（部件）均为一个目标而运动。
系统的好坏要看它运行后对目标的贡献。
因而目标明确是评价系统的第一指标。
结构合理：
子系统的联接方式组成系统的结构。
联接清晰，路径通畅，冗余少等，以达到合理实现系统目标的目的。
接口清楚：
子系统之间有接口，系统和外部的联接也有接口，好的接口其定义应十分清楚。
能观能控：
通过接口，外界可以输入信息，控制系统的行为，可以通过输出观测系统的行为。
只有系统能观能控，系统才会有用，才会对目标作出贡献。
[填空题]48系统模型的定义、类型及特征？
参考答案：
系统模型的定义：
是指以某种确定的形式（如文字、符号、图表、实物、数学公式等），对系统某一方面本质属性的描述。
系统模型的分类：
物理模型、数学模型系统模型的特征：
（1）它是现实系统的抽象或模仿；
（2）它是由反映系统本质或特征的主要因素构成的；
（3）它集中体现了这些主要因素之间的关系。
[填空题]49计算机仿真的定义、类型、作用？
参考答案：
计算机仿真（ComputerSimulation）定义：
借助高速、大存储量数字计算机及相关技术，对复杂真实系统的运行过程或状态进行数字化模拟的技术。
计算机仿真的分类：
①根据计算机分类：
模拟计算机仿真、数字计算机仿真、模拟数字混合计算机仿真②根据仿真时钟与实际时钟的比例关系实时仿真、欠实时仿真、超实时仿真③根据系统模型的特性连续系统仿真、离散事件系统仿真[填空题]50简述计算机仿真的总体流程图？
参考答案：
[填空题]51系统仿真的定义？
参考答案：
系统仿真（SystemSimulation）定义：
是以相似原理、系统技术、信息技术及其应用领域有关专业技术为基础，以计算机、仿真软件、仿真器和各种专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实的或设想的系统进行动态研究的一门多学科的综合性技术。
[填空题]52计算机仿真技术与传统的CAD/CAE/CAM技术的最大差别在什么地方？
参考答案：
虚拟样机技术与传统的CAD／CAE／CAM技术最大的差别在于：
前者是面向系统的设计／分析／制造、以提高产品整体质量和性能并降低开发与制造成本为目的；而后者是面向产品零部件的设计／分析／制造、以提高零、部件的质量和性能为目的。
[填空题]53数学模型的定义是什么？
参考答案：
数学模型：
是利用数学语言（符号、式子与图象）模拟现实的模型。
[填空题]54什么叫数学建模？
参考答案：
数学建模：
把现实世界中的实际问题加以提炼，抽象为数学模型，求出模型的解，验证模型的合理性，并用该数学模型所提供的解答来解释现实问题，我们把数学知识的这一应用过程称为数学建模。
[填空题]55建立系统模型的依据有哪些？
参考答案：
建模的目的：
建立系统模型的目的是建模过程的主要信息来源之一；建模的依据：
（1）先验知识；
（2）实验数据。
[填空题]56系统建模的途径有哪几种？
参考答案：
演绎法：
对于白盒系统，利用一些已知的基本定理，经过分析和演绎导出系统模型（也叫理论建模）；归纳法：
黑盒或灰盒系统，如果允许直接进行实验性观测，可假设模型并通过实验对假设的模型加以验证和修正；如果是黑盒系统且又不允许直接实验观测的系统，可采用数据收集和统计归纳的方法来假设模型（也叫系统辨识建模）。
混合法：
实际上采用单一的途径建模很难获得有效的结果，通常是采用混合的途径。
[填空题]57数值积分方法有哪些？
参考答案：
欧拉法、梯度法、龙格一库塔法、阿达姆斯法和吉尔法
[填空题]58单步法与多步法、显式法与隐式法、定步长与变步长的定义？
参考答案：
单步法是指计算某时刻数值yk+1，只需前一时刻tk有关信息，它是一种能自启动的算法。
多步法是指计算某时刻数值yk+1需要tk，tk-1时刻有关信息，它是一种不能自启动的算法。
显式是指计算yk+1时所需数据均已算出。
隐式是指计算yk+1的算式中含有tk+1时刻的数据。
因此在使用隐式公式中，需要用另一公式估计这里未知数据，然后用隐式公式进行迭代，这叫预估－校正法。
显然这种方法不能自启动。
定步长为积分步长h在仿真运行过程中始终不变。
而积分步长在仿真运行过程中自动修正改变为变步长。
[填空题]59欧拉法的递推公式、特点及数值求解应用？
参考答案：
特点：
算法简单，计算工作量小，且为单步显式法，可自启动，但精度较低。
Ym+1=ym+f（tm，ym）h
[填空题]60二阶龙格库塔法的递推公式、特点及数值求解应用？
参考答案：
特点：
与欧拉法比较，算法较复杂，计算工作量较大，但精度较低。
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