控制系统考试资料Word文件下载.doc

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8．根据模型的表达形式，模型可以分为和数学模型二大类，期中数学模型根据数学表达形式的不同可分为二种，分别为：

和。

8．根据模型的表达形式，模型可以分为物理模型和数学模型二大类，期中数学模型根据数学表达形式的不同可分为二种，分别为：

静态模型和动态模型。

9．连续时间集中参数模型的常见形式为有三种，分别为：

、和。

微分方程、状态方程和传递函数。

10、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。

10、采用一定比例按照真实系统的样子制作的模型称为物理模型，用数学表达式来描述系统内在规律的模型称为数学模型。

11．静态模型的数学表达形式一般是方程和逻辑关系表达式等，而动态模型的数学表达形式一般是方程和方程。

11．静态模型的数学表达形式一般是代数方程和逻辑关系表达式等，而动态模型的数学表达形式一般是微分方程和差分方程。

12．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。

12．系统模型根据描述变量的函数关系可以分类为线性模型和非线性模型。

13．仿真模型的校核是指检验模型和模型是否一致。

13仿真模型的校核是指检验数字仿真模型和数学模型是否一致。

14．仿真模型的验证是指检验模型和系统是否一致。

14．仿真模型的验证是指检验数字仿真模型和实际系统是否一致。

15．计算机仿真的三个要素为：

、与。

系统、模型与计算机。

16．系统仿真的三个基本活动是、和。

16．系统仿真的三个基本活动是系统建模、仿真建模和仿真试验。

17．系统仿真根据模型种类的不同可分为三种：

、和。

物理仿真、数学仿真和数学-物理混合仿真。

18．根据仿真应用目的的不同，计算机仿真应用分为四类，分别为：

、、和

18．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、理论验证和人员训练。

19．计算机仿真是指将在计算机上进行实验的过程。

19．计算机仿真是指将模型在计算机上进行实验的过程。

20.仿真依据的基本原则是:

。

相似原理。

21.连续系统仿真中常见的一对矛盾为计算和计算。

21.连续系统仿真中常见的一对矛盾为计算速度和计算精度。

22．保持器是一种将离散时间信号恢复成的装置。

22．保持器是一种将离散时间信号恢复成连续信号的装置。

23．零阶保持器能较好地再现信号。

23．零阶保持器能较好地再现阶跃信号。

24.一阶保持器能较好地再现信号。

24.一阶保持器能较好地再现斜坡信号。

25.二阶龙格-库塔法的局部截断误差为。

25.二阶龙格-库塔法的局部截断误差为O（）。

26．三阶隐式阿达姆斯算法的截断误差为:

。

O（）。

27．四阶龙格-库塔法的局部截断误差为。

27．四阶龙格-库塔法的局部截断误差为O（）。

28．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：

和。

条件稳定算法和绝对稳定算法。

29.根据数值积分算法本次计算只用到前一次的计算结果，还是需要更前面的多次结果，数值积分算法可以分为二类，分别是：

29.根据数值积分算法本次计算只用到前一次的计算结果，还是需要更前面的多次结果，数值积分算法可以分为二类，分别单步法和多步法。

30.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。

单步法和多步法。

31．龙格-库塔法的基本思想是用几个点上函数值的来避免计算函数的高阶导数、提高数值计算的精度。

31．龙格-库塔法的基本思想是用几个点上函数值的线性组合来避免计算函数的高阶导数、提高数值计算的精度。

32.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：

和。

显式算法和隐式算法。

33.数值积分法步长的选择应遵循的原则为计算及计算。

33.数值积分法步长的选择应遵循的原则为计算稳定性及计算精度。

34.采用数值积分方法时有两种计算误差，分别为和。

34.采用数值积分方法时有两种计算误差，分别为截断误差和舍入误差。

35.离散相似法在采样周期上应该满足定理。

35.离散相似法在采样周期上应该满足采样（香农）定理。

36.常用快速数字仿真算法有增广矩阵法、时域矩阵法、和。

36.常用快速数字仿真算法有增广矩阵法、时域矩阵法、替换法和根匹配法。

37.一般对快速数字仿真算法有二点基本要求，分别为：

和。

每步计算量小和良好的计算稳定性。

38.MATLAB中，最常用的将连续系统转换成离散系统的函数为。

38.MATLAB中，最常用的将连续系统转换成离散系统的函数为c2d函数。

39.双线性替换法的基本公式为。

39.双线性替换法的基本公式为：

。

40.采样控制系统的数字仿真的一般方法为：

和。

差分方程递推求解法和双重循环方法。

41.采样控制系统是既有信号又有信号的混合系统。

41.采样控制系统是既有连续信号又有离散信号的混合系统。

42.采样系统按重复工作。

42.采样系统按采样周期T重复工作。

43.已知某采样控制系统的数字校正环节为，采样周期为T=0.02秒，试写出该校正环节的数字仿真模型。

43.已知某采样控制系统的数字校正环节为，采。

样周期为T=0.02秒，试写出该校正环节的数字仿真模型。

44.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：

和。

函数优化问题和参数优化问题。

45.控制系统参数优化设计中目标函数一般可以分为二类：

和误差积分型目标函数，其中后者常用的目标函数有：

、、

、、和时间平方乘以误差平方的积分（ITSE）。

加权性能指标型目标函数和误差积分型目标函数，其中后者常用的目标函数有：

误差绝对值的积分（IAE）、误差平方的积分（ISE）、时间乘以误差绝对值的积分（ITAE）、时间乘以误差平方的积分（ITSE）、时间平方乘以误差绝对值的积分（ISTAE）和时间平方乘以误差平方的积分（ITSE）。

46.参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：

和。

间接寻优法和直接寻优法。

47.目标函数，在初值点处的梯度方向为。

47.目标函数，在初值点处的梯度方向为:

。

48.在二维情况，正规单纯形是一个。

48.在二维情况，正规单纯形是一个等边三角形。

49.在三维情况，正规单纯形是一个。

49.在三维情况，正规单纯形是一个正四面体。

50.单纯形是一种寻优方法。

50.单纯形是一种直接寻优方法。

51.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。

51.从计算稳定性角度分析，常见的数值积分法是条件稳定的算法，双线性替换法是

绝对稳定的算法，根匹配法是绝对稳定的算法。

52.Simulink是MATLAB下的数字仿真工具，其文件类型为，它提供了用“画出”系统框图的方式进行建模，主要用于系统的建模。

52.Simulink是MATLAB下的数字仿真工具，其文件类型为.mdl，它提供了用鼠标“画出”系统框图的方式进行建模，主要用于动态系统的建模。

53.控制系统仿真过程中，实现步长自动控制的前提是。

53.控制系统仿真过程中，实现步长自动控制的前提是误差估计。

54.c2d函数的调用格式为c2d（sys,T,＇method＇）,当method为tustin时，离散化的方法为，当method为matched时，离散化的方法为。

54.c2d函数的调用格式为c2d（sys,T,＇method＇）,当method为tustin时，离散化的方法为双线性变换法，当method为matched时，离散化的方法为零极点根匹配法。

55.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。

55.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n-m个附加零点。

56.将实际系统抽象为数学模型，称之为,将数学模型转化为可在计算机上运行的仿真模型，称之为。

56.将实际系统抽象为数学模型，称之为一次模型化,将数学模型转化为可在计算机上运行的仿真模型，称之为二次模型化。

简答题：

1、（本题5分）简述利用模型对系统进行仿真试验的原因。

•系统尚未建立。

•在实际系统上做试验会破坏系统的运行。

•当人是系统的一部分时，心理作用会影响试验的效果。

•在实际系统上做多次试验时，很难保证每次的操作条件都相同，因而无法对试验结果的优劣作出正确的判断。

•试验时间太长或太短或试验费用太大或试验有危险。

•无法复原。

2、（本题5分）简述系统仿真的一般步骤。

ⅰ问题的描述

ⅱ建立系统的数学模型

ⅲ数学模型转换成仿真模型

ⅳ编程和调试

ⅴ仿真模型的校核和验证

ⅵ在计算机上进行仿真试验，并对仿真结果进行分析

3、（本题5分）简述计算机仿真的优点。

（1）对尚处于论证或设计阶段的系统进行研究，唯一的方法就是仿真。

（2）经济、安全、效率高。

（3）研究系统非常方便灵活。

4、（本题5分）在应用仿真技术研究系统时，为什么要进行实验设计？

因为仿真是在模型上做试验，是一种广义的试验。

因此，仿真基本上是一种通过试验来研究系统的综合试验技术，具有一般试验的性质，而进行试验研究通常是需要进行试验设计。

5、（本题5分）解析法与仿真法有何不同？

解析法又称为分析法，它是应用数学推导、演绎去求解数学模型的方法。

仿真法是通过在模型上进行一系列试验来研究问题的方法。

利用解析法求解模型可以得出对问题的一般性答案，而仿真法的每一次运行则只能给出在特定条件下的数值解。

解析法常常是围绕着使问题易于求解，而不是使研究方法更适合于问题，常常因为存在诸多困难而不能适用。

从原则上讲，仿真法对系统数学模型的形式及复杂程度没有限制，是广泛适用的，但当模型的复杂程度增大时，试验次数就会迅速增加，从而影响使用效率。

6、（本题5分）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。

7、（本题5分）试画出仿真软件基本结构图并简述其基本功能。

•主控模块：

进行仿真逻辑控制，调用、安排下面各功能模块工作，完成对仿真过程的控制。

•输入模块：

负责输入系统的数学模型，设置及修改仿真用参数。

•运行模块：

负责仿真运算，是整个仿真软件的核心。

•输出模块：

负责输出仿真结果。

8、（本题5分）简述单步法数值积分算法的优点。

需要存储的数据量少，占用的存储空间少；

只需要知道初值，就可以启动递推公式进行运算，即可以自启动；

容易实现变步长运算。

9、（本题5分）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。

10、（本题5分）简述数值积分算法的选择原则。

选择时应考虑的原则：

（1）精度要求；

（2）计算速度；

（3）计算稳定性；

（4）自启动能力；

（5）步长变化能力。

11、（本题5分）简述离散相似算法的优缺点。

与数值积分算法相比，离散相似算法的每步计算量要小得多，稳定性也要好得多，因而允许采用较大的计算步长。

然而，它通常只适合线性定常系统的仿真，具有一定的局限性。

12、（本题5分）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。

13、（本题5分）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。

14、（本题5分）简述根匹配法的原理。

根匹配法的基本思想是要使离散化模型的瞬态特性和稳态特性与原连续系统保持一致。

更明确地说，就是要使离散化后所得脉冲传递函数的零点和极点与原连续系统传递函数的零点和极点相匹配。

15、（本题5分）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。

16、（本题5分）简述采样控制系统数字仿真中连续部分离散化时的步长h如何选取?

①若仿真的任务仅要求计算系统输出y（t）而不要求计算系统内部状态变量，且连续部分的整体脉冲传递函数G（z）=Z[Gh（s）G0（s）]较易求出时，可选h=T

②若连续部分整体脉冲传递函数G（z）=Z[Gh（s）G0（s）]不易求出；

或仿真的任务要求计算系统输出y（t）和内部状态变量；

或被控对象含有非线性环节时，可选h=T/N（N为正整数）。

17、（本题5分）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。

18、（本题5分）简述连续时间系统、离散时间系统和采样控制系统的概念。

系统的状态是随时间连续变化的，这类系统称为连续时间系统；

可以用差分方程或离散状态方程来描述的系统称为离散时间系统；

采样系统是既有连续信号又有离散信号的混合系统。

19、（本题5分）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。

20、（本题5分）简述间接寻优法和直接寻优法的概念。

间接寻优法是按照普通极值存在的充分必要条件来进行寻优的方法；

直接寻优法是按照一定的寻优规律改变寻优参数，并且直接计算目标函数值的方法。

21、（本题5分）简述间接寻优法的优缺点。

间接寻优法是一种解析方法，能根据充分必要条件确定寻优参数的准确极值，需要能将目标函数写成解析形式，但是目标函数Q（α）一般很难写成解析形式，并且Q（α）的求导也不容易实现。

22、（本题5分）简述直接寻优法的优缺点。

直接寻优法不需要将目标函数写成解析形式，但寻优过程是一系列试探步骤，不能保证能求出寻优参数的准确极值。

23、（本题5分）简述控制系统参数优化设计中，为何通常采用直接寻优法？

由于在控制系统的参数优化问题中，目标函数一般很难写成解析形式，而只能在对系统进行仿真的过程中将其计算出来，并且目标函数的求导也不易实现，所以一般采用直接寻优法。

24、（本题5分）何为静态优化问题？

静态优化问题也称为参数优化问题。

在这类问题中，控