控制系统数字仿真模拟题

控制系统数字仿..交卷时间：2016-04-01 21:13:58一、单选题1.(2分)列出工作内存中的变量名称以及细节，只需在命令窗口输入________。

• A. what• B. who• C. echo on• D. whose得分：0知识点：控制系统数字仿真作业题答案D解析2.(2分)在Simulink中，运行系统仿真的工具栏图标为• A.• B.• C.• D.得分：0知识点：控制系统数字仿真作业题答案C解析3.(2分)设A＝[0 2 3 4;1 3 5 0]，B＝[1 0 5 3;1 5 0 5]则A>=B的结果为________。

• A.• B.• C.• D.得分：0知识点：控制系统数字仿真作业题答案B解析4.(2分)若B=[3 2 7 4 9 6 1 8 0 5]，则B([end-3:end])为________。

• A. 3 7 1• B. 3 2 7 4 9 9 4 7 2 3• C. 3 4• D. 1 8 0 5得分：0知识点：控制系统数字仿真作业题答案D解析5.(2分)执行以下指令之后E,F的值分别为________。

A=[1 2 3; 4 5 6]; B=[3 4 5; 7 8 9]; C=3; E = A+B; F = B+C• A. E=[4 5 6;7 8 9] F=[6 7 8;10 11 12]• B. E=[6 7 8;10 11 12] F=[4 5 6;7 8 9]• C. E=[4 5 6;7 8 9 F=[6 4 5;10 8 9]• D. E=[4 5 6;7 8 9] F=[3 4 8;7 8 12]得分：2知识点：控制系统数字仿真作业题答案A解析6.(2分)一个电机转速控制系统中，属于电机所具有的属性的为：________。

• A. 电机转子• B. 电机转速• C. 电网电压• D. 电机定子得分：2知识点：控制系统数字仿真作业题答案B解析7.(2分)若A =-4 -1 2-3 0 3-2 1 4则C=(A>0)&(A<3)的结果为：________。

控制系统数字仿真题库一、填空题1. 定义一个系统时，首先要确定系统的边界；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输入，系统对边界以为环境的作用称为系统的输出。

2．系统的三大要素为：实体、属性和活动。

3．人们描述系统的常见术语为：实体、属性、事件和活动。

4．人们经常把系统分成四类，它们分别为：连续系统、离散系统、采样数据系统和离散-连续系统。

5、根据系统的属性可以将系统分成两大类：工程系统和非工程系统。

6．根据描述方法不同，离散系统可以分为：离散时间系统和离散事件系统。

7. 系统是指相互联系又相互作用的实体的有机组合。

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，其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、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。

10．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。

11．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。

12 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。

13．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。

14．计算机仿真的三个要素为：系统、模型与计算机。

15．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。

16．系统仿真根据模型种类的不同可分为：物理仿真、数学仿真和数学-物理混合仿真。

17．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。

18．计算机仿真是指将模型在计算机上进行实验的过程。

19. 仿真依据的基本原则是:相似原理。

20. 连续系统仿真中常见的一对矛盾为计算速度和计算精度。

21．保持器是一种将离散时间信号恢复成连续信号的装置。

22．零阶保持器能较好地再现阶跃信号。

H《控制系统数字仿真》复习题一、选择1．将多项式展开的命令中正确的是 D 。

（A）conv([1,2,2],conv([4,1],[1,1])) （B）conv([2,2,1],conv([4,1],[1,1]))（C）conv([2,2,1],conv([1,4],[1,1])) （D）conv([1,2,2],conv([1,4],[1,1]))2．下列命令中可以创建起始值为0，增量值为0.5，终止值为10的等差数列的是A 。

（A）a＝0:0.5:10 （B）a＝linspace(0,10,0.5) （C）linspace(0,10,10)（D）logspace(0,1,11) 3．MATLAB系统中要清除工作区（Workspace）中的内容，只需在命令窗口输入 C 。

（A）clf （B）clc （C）Clear （D）clg4．列出工作内存中的变量名称以及细节，只需在命令窗口输入 A 。

（A）what （B）who （C）echo on （D）whos5．若B=[3 2 7 4 9 6 1 8 0 5]，则B([end-3:end])为 C 。

（A）3 7 1（B）3 2 7 4 9 9 4 7 2 3（C）3 4（D）1 8 0 56．下列符号中可以引导注释行的是 D 。

（A）& （B）@ （C）$ （D）%7．MATLAB系统中合法的变量为 C 。

（A）25aa （B）f.3 （C）ha_23 （D）s\258．设A＝[0 2 3 4;1 3 5 0]，B＝[1 0 5 3;1 5 0 5]则A>=B的结果为 B 。

（A）0 0 0 0 （B）0 1 0 1 （C）1 1 0 1 （D）1 1 0 01 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 09．用Matlab系统中的Format long命令设置显示格式后，430/12的显示结果为B 。

（A）35.833 3 （B）35.833 333 333 333 34（C）35.8 3e+01 （D）3.583 333 333 333 334e+0110．设a＝1-5*i，则real（a）结果为 C 。

控制系统数字仿真模拟题一、填空题1、数值积分法中，计算精度p=2的是 梯形法2、 混合法 是机理模型法和统计模型法的结合3、柔性制造系统属于 离散事件 系统.4、零极点增益形式可用于分析系统的 稳定性 和 快速性5、 现实性 、 简洁性 、 适应性 是建立系统模型应该依照的原则.6、系统的三大要素为： 实体 、 属性 和活动。

7、通常仿真时多采用四阶龙格 库塔法 、其原因就是这种计算公式的截断误差较小.8、 相似论 是系统仿真的主要依据.9、一个电机转速控制系统中，属于电机所具有的属性的为: 电机转速10、我们在选择数值算法的时候要 考虑精度 、 计算速度 以及稳定性等原则进行.二、单选题1.运行下列命令后A1=[1，2，3；4，5，6；7，8，9]；A2=A1；A3=cat(1，A1，A2)，系统输出结果为( B )A.123147456258789369B.123456789147258369C.123456789D.147258369 2.设某一系统的状态方程矩阵为a=[-3，1；1，-3]；b=[1，1；1，1]；c=[1，1；1，-1]；d=[0]并且执行后得可控性矩阵和可观性矩阵的秩分别为cam=ctrb(a ，b)＝1，rcam=rank(cam)＝2，因此这一系统为( D )A.不可控且不可观的系统B.可控且可观的系统C.可控但不可观的系统D.不可控但可观的系统3.可以将模块按照顺时针进行旋转的快捷键为( A )A.ctrl+rB.ctrl+yC.alt+rD.alt+y4.在Matlab 系统中,调用Simulink环境的工具栏图标为( A )A. B. C.5.下列符号中可以引导注释行的是( D )A.&B.@C.$D.%6.若A=412303214--⎡⎤⎢⎥-⎢⎥⎢⎥-⎣⎦，则C=(A>0)&(A<3)的结果为( B )A.001001011B.001000010C.111110110D.0011100107.MATLAB系统中若要使系统选择short和shortE中最好的表示，则采用命令( C )A.shortB.shortEC.shortGD.longE8.列出工作内存中的变量名称以及细节，只需在命令窗口输入( A )A.whatB.whoC.echoonD.whose9.设一个五阶魔方阵B=magic(5)，提取B阵的第1行，第2行的第1，3，5个元素的命令为( B )A.B(1，2:[1，3，5])B.B([1:2]，[1，3，5])C.B([1:2]，1:3:5))D.B(1:2；[1，3，5])10.下列命令中可以创建起始值为0，增量值为0.5，终止值为10的等差数列的是( A )A.a＝0:0.5:10B.a＝linspace(0，10，0.5)C.linspace(0，10，10)D.logspace(0，1，11)11.若a=[102；300；130；111]，则any(a)=( C )A.011B.110C.111D.10012.设s＝‘haha’，可以看到字符s的ascii码值的命令为( C )A.size(s）B.isstr(s）C.abs(s）D.eval(s）13.PSPICE是( B )软件.A.模型及混合信号仿真软件B.模拟电路仿真软件C.机械系统动力学自动分析软件D.大型通用有限元分析软件14.将多项式2(22)(4)(1)s s s s++++展开的命令中正确的是( D )A.conv([1，2，2]，conv([4，1]，[1，1]))B.conv([2，2，1]，conv([4，1]，[1，1]))C.conv([2，2，1]，conv([1，4]，[1，1]))D.conv([1，2，2]，conv([1，4]，[1，1]))15.w=conv([1，2，3]，conv([1，2]，[1，1]))的值为( C )A.3111372B.2713113C.1511136D.151422219三、判断题1．影响系统而又不受系统直接控制的全部外界因素的集合叫外部活动.( 错）2．系统仿真就是建立系统的动态模型并在模型上进行实验(或试验).（对）3．状态方程是直接描述系统输入和输出量之间的制约关系，是连续控制系统其他数学模型表达式的基础.( 错）4．global可以定义全局变量，全局变量的作用域是该MATLAB函数的整个工作区，其他的函数不能对它们进行存取和修改( 错）5．MATLAB中clf用于清除图形窗口上的旧图形（对）6.控制系统的数学模型有状态空间表达式，微分方程和积分方程( 错）7.仿真就是利用模型(物理模型或数学模型）代替实际系统进行实验和研究（对）8.离散相似法采样周期的选择应该满足香农定理(采用定理）（对）9.通常情况下，模拟仿真较数字仿真精度高( 错）10.机理模型法需要对系统的内部结构和特性完全的了解，但其精度较低( 错）11.绘制系统根轨迹的命令式是rlocus（对）12.仿真所遵循的基本原理是相似原理，即几何相似和数学相似（对）13.在MATLAB中，plot命令用于绘制三维图形( 错）14.绘制系统单位阶跃响应曲线的命令是step（对）15.系统仿真有三个基本的活动是模型建立，模型变换和模拟实验( 错）16.机理模型法就是对已知结构，参数的物理系统运用相应的物理定律或定理，经过合理的分析简化建立起来的各物理量间的关系（对）17.欧拉法的计算精度p=3( 错）18.绘制系统单位脉冲响应曲线的命令是implus（对）19.MATLAB的含义为矩阵实验室（对）20.margin(G)的含义是计算系统的相角裕度和幅值裕度（对）四、问答题:1.什么是仿真?它的主要优点是什么?它所遵循的基本原则是什么?[答案]:系统仿真是以相似原理，系统技术，信息技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机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.它是非常重要的设计自动控制系统或者评价系统性能和功能的一种技术手段.仿真的主要优点是:方便快捷，成本低廉，工作效率和计算精度都很高.它所遵循的基本原则是相似性原理.2.控制系统CAD可解决那些问题?[答案]:控制系统CAD可以解决以频域法为主要内容的经典控制理论和以时域法为主要内容的现代控制理论.此外，自适应控制，自校正控制以及最优控制等现代控制测略都可利用CAD 技术实现有效的分析与设计.3.控制系统建模的基本方法有哪些?他们的区别和特点是什么?[答案]:控制系统的建模方法大体有三种:机理模型法，统计模型法和混合模型法.机理模型法就是对已知结构，参数的物理系统运用相应的物理定律或定理，经过合理的分析简化建立起来的各物理量间的关系.该方法需要对系统的内部结构和特性完全的了解，精度高.统计模型法是采用归纳的方法，根据系统实测的数据，运用统计规律和系统辨识等理论建立的系统模型.该方法建立的数学模型受数据量不充分，数据精度不一致，数据处理方法的不完善，很难在精度上达到更高的要求.混合法是上述两种方法的结合.4.什么是离散系统?什么是离散事件系统?如何用数学的方法描述它们?[答案]:本课程所讲的”离散系统”指的是离散时间系统，即系统中状态变量的变化仅发生在一组离散时刻上的系统.它一般采用差分方程，离散状态方程和脉冲传递函数来描述.离散事件系统是系统中状态变量的改变是由离散时刻上所发生的事件所驱动的系统.这种系统的输入输出是随机发生的，一般采用概率模型来描述.5.动态系统仿真中常用的数值算法有哪几类，分别是什么?[答案]:主要有求解线性和非线性微分方程的数值积分法和计算线性时不变动态系统的离散相似法.其中，数值积分法主要有:欧拉(Euler)法，梯形法，龙格—库塔(Runge-Kutta)法和阿达姆斯(Adams)法；离散相似法主要有:置换法和相似变换法.6.为什么说模拟仿真较数字仿真精度低?其优点如何?.[答案]:由于受到电路元件精度的制约和容易受到外界的干扰，模拟仿真较数字仿真精度低，但模拟仿真具有如下优点:(1)描述连续的物理系统的动态过程比较自然和逼真；(2)仿真速度极快，失真小，结果可信度高；(3)能快速求解微分方程.模拟计算机运行时各运算器是并行工作的，模拟机的解题速度与原系统的复杂程度无关；(4)可以灵活设置仿真试验的时间标尺，既可以进行实时仿真，也可以进行非实时仿真；(5)易于和实物相连.7.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?[答案]:(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）.8.采样控制系统数字仿真有哪几种方法?[答案]: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.9.计算机仿真有哪些优点?[答案]:(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.10.评价优化方法的优劣的应该考虑哪些因素?[答案]:三方面因素:(1）收敛性:收敛性的好坏表示某种优化方法适用范围的大小，具体表示算法对于相当一类目标函数均能找到最优点.(2）收敛速度:为了求出同样精度的最优点，不同的优化方法所需要的迭代次数不同，迭代次数少的优化方法收敛速度较快.(3）每步迭代所需的计算量:每步迭代所需的计算量也是决定寻优速度的另一重要因素.。

《控制系统建模与仿真》课程习题（1）一、“投针实验”的历史价值在人类数学文化史中，对圆周率 精确值的追求吸引了许多学者的研究兴趣。

在众多的圆周率计算方法中，最为奇妙的是法国物理学家布丰（Boffon）在1777年提出的“投针实验”。

试回答下列问题：1、试对“投针实验”的机理给出一种直观形象的物理解释？2、有人说“布丰/ Boffon（投针实验）是仿真技术的奠基者”，为什么？3、试用MATLAB语言编制“投针实验”的仿真程序，仿真证明之。

二、自平衡式两轮电动车的安全问题近年来，自平衡式两轮电动车产品成为“抢眼”的代步工具，但也出现很多问题（如上图所示）；试根据你所了解的情况就“平衡车产品是否可以合法上路？”问题，给出你的意见与建议。

提示：可从“技术、安全、法律、可持续”等方面，有理有据地展开讨论。

参考书：张晓华《控制系统数字仿真与CAD》 (第4版) 机械工业出版社 2020张晓华《系统建模与仿真》（第2版）清华大学出版社 2016《控制系统建模与仿真》课程习题（2）一、一阶直线倒立摆系统的建模问题对于教材中图2-7所示的一阶直线倒立摆系统，基于牛顿定律所建立的数学模型（如教材的图2-8所示），试问：这个数学模型是否正确，给出你的分析与证明。

提示：（1）基于MATLAB仿真进行模型验证（参见教材第四章第三节）；（2）应用“拉格朗日方程”方法建模，进行结果对比。

二、一阶直线双倒立摆系统的可实现问题如下图所示的一阶直线双倒立摆系统，试问：能否通过控制力F实现“在保持两杆不倒的条件下，使小车在直线X方向的位置任意移动”？提示：（1）建立系统数学模型；（2）应用现代控制理论的“能控性定理”进行分析。

参考书：张晓华《控制系统数字仿真与CAD》 (第4版) 机械工业出版社 2020张晓华《系统建模与仿真》（第2版）清华大学出版社 2016《控制系统建模与仿真》课程习题（3）一、水箱液位控制系统设计问题如下图所示的“水箱液位系统”，试回答下列问题：1、试给出含有（控制器+传感器）的“水箱液位控制系统”方案；2、试依据“流体力学”的基本概念，建立系统的数学模型；3、若使系统液位控制实现稳态无静差，试给出PID控制器设计方案；二、水箱液位控制的拓展问题试回答下述问题：1、某人在上述“水箱液位控制系统”中，采用单片机作控制器，程序设计为“增量式PI控制算法”，如果控制系统在“阶跃给定”下存在稳态误差，试问这种情况是否合理？为什么？2、对于上图所示的“水箱液位系统”，在下排水出口处流体呈“紊流”状态,试证明：其流量与液位高度的关系为Q=K∙√H。

1：可以将模块按照顺时针进行旋转的快捷键为1.ctrl+r2.ctrl+y3.alt+r4.alt+y2：若B=[3 2 7 4 9 6 1 8 0 5]，则B([end-3:end])为1.3 7 12.3 2 7 4 9 9 4 7 2 33.3 44.1 8 0 53：变系统状态空间形式为传递函数形式的函数为1.ss2tf2.tf2ss3.ss2zp4.zp2ss4：柔性制造系统属于() 系统1.连续系统2.离散时间系统3.离散事件系统4.开放系统5：若a=[1 0 2;3 0 0;1 3 0;1 1 1]，则any(a) =1.0 1 12.1 1 03.1 1 14.1 0 06：执行以下指令之后b,c的值分别为。

a=i;i=1;b=i+j;clear;c=i+j;1.a=1 b= 0+1.0000i c=1.0000+1.0000i2.a=1 b=1+j c=1+j3.a=0+i b= 2i c=1+j4.a=0+i b= 1+i c=0+2i7：设x= [2 3 4 5;1 2 2 1]；y=[0 1 1;1 1 0;0 0 1;1 0 0]；运行下列命令中不会出现错误的是1.x+y2.x/y3.x*y4.y*x8：设a＝1-5*i，则real（a）结果为1.5.0092.1+5*i3.14.－59：列出工作内存中的变量名称以及细节，只需在命令窗口输入1.what2.who3.echo on4.whose10：下列结论中正确的是1.“；”表示计算结果不显示，因此中间变量结果不被保存在内存中2.函数文件运行后中间变量将被全部删除。

3.for循环可用for循环内部重新赋值循环变量n的方法来终止4.用break语句可以不必等循环的自然结束就退出循环，即使有嵌套存在时也可以退出全部循环11：MATLAB系统中若要使系统选择short和short E中最好的表示，则采用命令1.short2.short E3.short G4.long E12：流程图型数学模型属于( ) 模型1.抽象模型2.形象模型3.描述模型4.数学仿真模型13：用Matlab系统中的Format long命令设置显示格式后，430/12的显示结果为1.35.833 32.35.833 333 333 333 343.35.8 3e+014.3.583 333 333 333 334e+0114：执行下列程序后，Matlab系统返回结果为。

1、工业控制系统可分为几种大类型，各有什么特点?适合的应用领域。

答：工业控制系统可分为分布式控制系统（答：工业控制系统可分为分布式控制系统（DCS DCS DCS）和可编程逻辑控制器（）和可编程逻辑控制器（）和可编程逻辑控制器（PLC PLC PLC）两大类型。

）两大类型。

）两大类型。

分布式控制系统（分布式控制系统（DCS DCS DCS）））是以微处理机为基础，以危险分散控制，操作和管理集中为特性的新型控制系统，它具有高可靠性、开放性、灵活性、协调性、易于维护、控制功能齐全等特点，属于过程控制系统，主要控制手段是PID PID，适用于流程工业；，适用于流程工业；，适用于流程工业； 可编程逻辑控制器（可编程逻辑控制器（PLC PLC PLC）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它的特点有可靠性高、抗干扰能力强、硬件配套齐全、功能完善、适用性强、易学易用、容易改造、体积小、重量轻、能耗低等，属于离散控制系统，主要控制手段是顺序与逻辑控制，适用于制造业，目前，已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。

机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。

2、根据自己的理解简述现代控制理论的发展历史，分析为什么现代控制理论在过程控制系统中难以应用？答：现代控制理论是为了分析多输入多输出系统、现代控制理论是为了分析多输入多输出系统、非线性系统和时变系统而出现的，非线性系统和时变系统而出现的，非线性系统和时变系统而出现的，先是贝先是贝尔曼等人提出状态分析法，尔曼等人提出状态分析法，接着卡尔曼等人提出状态空间法，接着卡尔曼等人提出状态空间法，接着卡尔曼等人提出状态空间法，后来，后来，罗森布洛克等人将经典控制理论传递函数的概念推广到多变量系统，并探讨了传递函数矩阵与状态方程之间的等价转换关系，转换关系，与此同时，系统辨识、最优控制、与此同时，系统辨识、最优控制、与此同时，系统辨识、最优控制、离散时间系统和自适应控制的发展大大丰富了离散时间系统和自适应控制的发展大大丰富了现代控制理论的内容。

第七节电力电子器件建模一、问题的提出上一节“电力电子系统建模”中所涉及到的电力电子器件(GTO、MOSFET、IGBT)都是理想开关模型（“0”、“1”状态），如表1。

然而，当我们在研究微观时间尺度下的（电压电流）系统响应或者电力电子器件特性的时候，我们就必须对电力电子器件建立更精确的模型。

这里的电力电子器件模型将不再是状态空间表达式或者传递函数的形式，这是因为简单形式的状态空间表达式或者传递函数已经无法精确表达出器件的动、静态过程。

电力电子器件的精确模型主要应用在：器件模型换向过程（微观时间尺度上）、元器件张力、功率消耗、设计器件缓冲电路等情况下。

从某种意义上说电力电子器件建模是电力电子系统建模的补充。

表1 理想开关与实际功率开关对比二、建模机理1.电力电子器件建模需考虑的问题对于功率半导体器件模型的发展，除了考虑半导体器件在建模时所考虑的一般问题和因素之外，在建立比较精确的仿真模型时，以下几个问题必须优先考虑，这些问题在低功率器件中不成问题，但在功率电子器件中这几个问题它们支配了器件的静态和动态特性：(1). 阻系数的调制为了承受较高的电压，功率半导体器件一般都有一个稍微厚度搀杂半导体层，当器件导通时，这个层决定导通压降和功率损失。

这个电阻随电压和电流变化而变化，具有非线性电阻的特性。

单极型器件（MOSFET）中，电阻的变化是由有效电流导通区域变化所引起，另外随着外电场的增加迁移率的降低也会引起导通电阻的变化。

双极器件中，当器件导通时，电子和空穴充满了低搀杂层，此时注入的载流子密度比搀杂浓度还要高，这个区域的电阻明显的降低了。

在区域边界X 1到X r ，面积为A 的区域电阻由下式表示：⎰+=rX X p n p n qA dx R 1)(μμ 这里n 和p 分别是电子和空穴的密度，n μ和p μ是载流子的迁移率，载流子并不是均匀分布的，它们的密度也不是均匀的。

(2). 电荷存储量对于双极型器件而言，当处于导通状态时，载流子电荷被存储在低搀杂区域，这些载流子电荷在器件阻断之前，必须尽快地被移走，这过程是引起开关延时和开关损耗的根本原因。