控制系统数字仿真与CAD试题Word下载.docx

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虚拟现实技术是一种综合了计算机图形技术，多媒体技术，传感器技术，显示技术以及仿真技术等多种学科而发展起来的高新技术。

　　[填空题]4如图所示某卫星姿态控制仿真实验系统，试说明：

（1）若按模型分类，该系统属于那一类仿真系统？

（2）图中“混合计算机”部分在系统中起什么作用？

（3）与数字仿真相比该系统有什么优缺点？

（1）按模型分类，该系统属于物理仿真系统。

（2）混合计算机集中了模拟仿真和数字仿真的优点，它既可以与实物连接进行实时仿真，计算一些复杂函数，又可以对控制系统进行反复迭代计算。

其数字部分用来模拟系统中的控制器，而模拟部分用于模拟控制对象。

　　（3）与数字仿真相比，物理仿真总是有实物介入，效果逼真，精度高，具有实时性与在线性的特点，但其构成复杂，造价较高，耗时过长，通用性不强。

　　[填空题]5数学模型各种形式之间为什么要互相转换？

不同的控制系统的分析和设计方法，只适用于特定的数学模型形式。

　　[填空题]6控制系统计算机仿真中的“实现问题”是什么含意？

　　“实现问题”就是根据建立的数学模型和精度，采用某种数值计算方法，将模型方程转换为适合在计算机上运行的公式和方程，通过计算来使之正确的反映系统各变量动态性能，得到可靠的仿真结果。

　　[填空题]7用欧拉法求下面系统的输出响应y（t）在0≤t≤1上，h=0.1时的数值。

　　要求保留4位小数，并将结果与真解

　　比较。

　　[填空题]8用matlab语言求下列系统的状态方程、传递函数、零极点增益、和部分分式形式的模型参数，并写出其相应的数学模型表达式：

　　[填空题]

　　9单位反馈系统的开环传递函数已知如下

　　用

　　matlab语句、函数求取系统闭环零极点，并求取系统闭环状态方程的可控标

　　准型实现。

　　[填空题]10用仿真程序求解

　　的闭环输出响应y（t）.

　　[填空题]11为使图所示系统不产生自激振荡，试分析

　　a、b取值。

　　[填空题]12系统结构图如图，写出该系统的联结矩阵W和Wo，并写出联结矩阵非零元素阵WIJ。

　　[填空题]13求下图非线性系统的输出响应y（t），并与无非线性环节情况进行比较。

　　14设控制系统的开环传递函数为系统的根轨迹。

　　试画出该

　　15已知某系统传递函数为德图。

　　试绘制其伯[填空题]16已知某单位反馈系统开环传递函数为

　　若性能指标要求如下：

试确定校正装置。

校正后闭环系统的阶跃响应如下图所示，可见系统具有较好的动态性能与稳态性能。

　　[填空题]17试采用smith预估控制方法对

　　系统进行重新设计，并用仿真的方法分析滞后参数变化对系统动态性能的影响。

　　在给定输入为阶跃输入R（t）=1时，系统的输出响应如下图所示，可见系统具有非常好的动态性能。

　　[填空题]18试分析图所示系统中死区非线性对系统动态性能的影响。

　　系统超调减少，阻尼系数变大，当c=8时系统的输出响应已经表现出过阻尼特性。

　　[填空题]19对于高阶系统的设计问题，往往要进行降阶近似处理，并要验证近似效果。

已知某高阶系统模型为

　　经简化处理后，模型等效为跃信号作用下的响应情况，并分析近似效果。

　　试比较两个模型在单位阶

　　从曲线中可以看出，降阶后系统响应无超调，调整时间缩短，系统响应变快，但是简化前后终值有差异。

　　[填空题]20要实现自由旋转摆，必须满足如下所示的轨迹图。

通过建模可以得到系统的精确数学模型，对模型的可控性进行分析，考察其可控性随运行位置的变化属性，我们可以得到系统的可控性范围，可以采用非线性控制方法（如能量控制、模糊控制等）来实现摆杆在可控性范围内的任意位置稳定。

　　再者，可以把

　　作为扰动信号来看待，仍然采用前面的设计控制器方

　　案，只不过保留较大的稳定裕度，使得加入扰动后仍然能实现上面杆的竖直稳

　　定状态。

　　21这个问题可以抽象为弹性材料的防摆问题，如图所示，要使得小车行走过程

　　中，弹性杆与竖直方向的夹角

　　同时还要实现位置x最快达到目标地

　　点，这是一个最优控制问题。

　　首先要建立系统模型：

需要参考材料力学（包含应力、扭矩、截面、材料等关系），广义力学（关于能量、广义力、广义坐标）及基本动力学知识（转动惯量、力矩、结构分解等）。

　　其次，选择合适的控制方法。

可以在工作点附近线性化系统，得到线性定常模型

　　利用最优控制方法（参考线性系统

　　理论或现代控制理论），设计控制器结构。

可以利用matlab工具箱提供的lqr（）

　　函数来方便的求取控制器参数K，即

　　来实现控制目标。

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　　[填空题]22定义一个系统时，首先要确定系统的（）；

边界确定了系统的范围，边界以外对系统的作用称为系统的（），系统对边界以为环境的作用称为系统的（）。

　　边界；

输入；

输出

　　[填空题]23人们描述系统的常见术语为：

　　（）、（）、（）和（）。

　　实体；

属性；

事件；

活动

　　[填空题]24根据系统的属性可以将系统分成两大类：

　　（）和（）。

　　工程系统；

非工程系统

　　[填空题]25系统是指相互联系又相互作用的（）的有机组合。

　　实体

　　[填空题]26采用一定比例按照真实系统的样子制作的模型称为（），用数学表达式来描述系统内在规律的模型称为（）。

　　物理模型；

数学模型

　　[填空题]27系统模型根据描述变量的函数关系可以分类为（）模型和（）模型。

　　线性；

非线性

　　[填空题]28仿真模型的验证是指检验（）模型和（）系统是否一致。

　　数字仿真；

实际[填空题]29系统仿真的三个基本活动是（）、（）和（）。

　　系统建模；

仿真建模；

仿真试验

　　[填空题]30根据仿真应用目的的不同，人们经常把计算机仿真应用分为四类，分别为：

　　系统分析；

系统设计；

理论验证；

人员训练

　　[填空题]31仿真依据的基本原则是：

　　（）。

　　相似原理

　　[填空题]32保持器是一种将离散时间信号恢复成（）的装置。

　　连续信号

　　[填空题]33一阶保持器能较好地再现（）信号。

　　斜坡

　　[填空题]34三阶隐式阿达姆斯算法的截断误差为：

　　0（h4）

　　[填空题]35根据计算稳定性对步长h是否有限制，数值积分算法可以分为二类，分别是：

　　条件稳定算法；

绝对稳定算法

　　[填空题]36根据数值积分算法本次计算是否是需要前面的多次结果，常见的RK法和Adams法分别是：

　　（）法和（）法。

　　单步；

多步[填空题]37根据本次计算时用到的数据是否全部已知，数值积分算法可以分成二类：

　　显式算法；

隐式算法

　　[填空题]38离散相似法在采样周期上应该满足（）定理。

　　采样（香农）

　　[填空题]39一般对快速数字仿真算法有二点基本要求，分别为：

　　每步计算量小；

良好的计算稳定性

　　[填空题]40采样控制系统的数字仿真的一般方法为：

　　差分方程递推求解法；

双重循环方法

　　[填空题]41采样系统按（）重复工作。

　　采样周期T

　　[填空题]42为了确定控制器的结构及其参数，人们往往会提出二类优化问题，分别为：

　　函数优化问题；

参数优化问题

　　[填空题]43参数优化问题也称为静态优化问题，解决参数优化问题的寻优途径一般有二种：

　　间接寻优法；

直接寻优法

　　[填空题]44从计算稳定性角度分析，常见的数值积分法是（）的算法，双线性替换法是（）的算法，根匹配法是（）的算法。

　　条件稳定；

绝对稳定；

绝对稳定[填空题]45根匹配法依据的映射关系为（）若G（s）的分母阶次n高于其分子阶次m，则在G（z）的分子上还需要配上（）个附加零点。

　　z=eTs；

n-m

　　[填空题]46试述系统仿真的一般步骤。

　　问题的描述、建立系统的数学模型、数学模型转换成仿真模型、编程和调试、仿真模型的校核和验证、在计算机上进行仿真试验，并对仿真结果进行分析。

　　[填空题]47简述系统、模型及仿真三者之间的关系。

　　系统是被研究的对象，模型是对系统的描述，仿真是通过模型研究系统的一种工具或手段。

　　[填空题]48简述多步法数值积分算法的优缺点。

　　多步法的优点：

欲达到相同的精度，计算工作量要小得多。

　　多步法的缺点：

不能自启动。

　　[填空题]49简述实际应用的哪些场合需要采用快速数字仿真算法？

①利用仿真技术进行控制系统的参数优化设计时；

②在数学-物理混合仿真中，并且系统比较复杂或者方程个数很多；

③在复杂系统的控制中，需要在线用仿真方法对被控系统的状态进行预测，以确定系统的控制策略时。

　　[填空题]50简述离散相似算法的原理。

　　离散相似算法借助于离散系统的理论和方法，将连续系统作虚拟的离散化处理，从而建立与原连续系统模型等价（相似）的离散化模型来进行数字仿真。

　　[填空题]51简述相匹配原理。

　　相匹配的含义是，如果被仿真系统的数学模型是稳定的，则其仿真模型也应该是稳定的，并且二者的瞬态、稳态特性一致。

如果对于同一输入信号，二者的输出具有相一致的时域特性，或者二者具有相一致的频率特性，则称仿真模型与原系统模型相匹配。

　　[填空题]52采样控制系统仿真有何特点？

采样控制系统实际存在的采样开关的采样周期，这有异于连续系统离散化时人为引入虚拟的采样开关和保持器，使得计算步长必须与采样周期相匹配。

　　[填空题]53简述采样控制系统数字仿真有哪几种方法？

采样控制系统仿真通常有差分方程递推求解法、双重循环方法、应用MATLAB控制工具箱时域响应分析函数法和Simulink仿真法。

　　[填空题]54已知y=y+t，y

　　（0）=1，取计算步距h=0.1，试分别用欧拉法、四阶龙格—库塔法求t=h时的y值，并将求得的y值与精确解y（t）=2et-1-t比较，并说明造成差异的原因。

　　[填空题]55已知y=-y2=t，y

　　（0）=1，取计算步距h=0.1，试分别用欧拉法、四阶龙格—库塔法求t=h时的y值，并说明造成差异的原因。

　　[填空题]56已知微分方程及其初值：

　　取计算步距h=0.1，试用四阶龙格—

　　库塔法计算y（0.1）的近似值，至少保留四位小数。

　　57试分析采用双线性变换域？

　　将z平面的单位圆映射到s平面的什么区

　　58某纯延迟环节的输入为u，输出为y，传递函数为仿真步长T=0.2，求这个环节的离散化仿真模型。

　　，取[填空题]59设某连续系统的微分方程为T1y（t）+y（t）=r（t）试用根匹配法确定其离散化模型，并求出对应的差分方程，计算步长取T。

　　60已知连续系统的传递函数为：

　　试采用双线性变换法求出

　　对应的脉冲传递函数和差分方程，计算步长取T，并对所得结果进行分析。