控制系统仿真实训试题

《控制系统数字仿真》练习题及答案1. 单选题1. 某系统的函数关系式为y=1/（x3-2x+4），绘制x在0至10之间变化的图形，正确的是（）。

A. fplot('1/(x*3-2*x+4)',[0 10])B. fplot('1/(x.^3-2*x+4)',[0 10])C. plot('1/(x.^3-2*x+4)',[0 10])D. plot('1/(x*3-2*x+4)',[0 10])正确答案：B2. 绘制系统零极点图的命令是（）。

A. stepB. pzmapC. rlocusD. sgrid正确答案：B3. 将系统零极点形式变换为传递函数形式的命令是（）。

A. tf2zpB. ss2tfC. ss2zpD. zp2tf正确答案：D4. AUTOCAD的坐标体系，包括世界坐标和（）坐标系。

A. 绝对坐标B. 平面坐标C. 相对坐标D. 用户坐标正确答案：D5. 在MATLAB工作空间中，表示圆周率的特殊变量是（）。

A. piB. ansC. iD. eps正确答案：A6. 下列哪条指令是求矩阵的行列式的值（）。

A. invB. diagC. detD. eig正确答案：C7. 在CAD网络系统中，以下说法不正确的是（）。

A. 设计资料可以共享B. 硬件可以共享C. 电脑文件可以共享D. 可以方便管理设计进度正确答案：C8. i=2; a=2i;b=2*i;c=2*sqrt(-1);程序执行后；a, b, c的值分别是（）。

A. a=4,b=4,c=2.0000iB. a=4,b=2.0000i, c=2.0000iC. a=2.0000i, b=4,c=2.0000iD. a=2.0000i,b=2.0000i,c=2.0000i正确答案：C9. 在循环结构中跳出循环，执行循环后面代码的命令为（）。

A. returnB. breakC. continueD. keyboard正确答案：B10. figure命令的作用是（）。

结果：-25-20-15-10-505-15-10-5051015Root LocusReal AxisI m a g i n a r y A x i s（3）确定系统稳定时K 取值范围分析：当K=500>406.0748时，其阶跃响由下图可知是趋于发散的；当K=300<406.0748时，其阶跃响由下图可知是趋于收敛的；所以当系统稳定时，参数K的取值范围为：0<K<406.07482．试求以下系统单位阶跃响应曲线，并求其动态性能指标。

（20分）clear;clc;s=tf('s');g1=1/s;g2=1/(1+s);Gtf=g1*g2;G=feedback(Gtf,1);step(G);[y,t]=step(G);c=dcgain(G);disp('稳定值：');disp(c);[max_y,k]=max(y);peak_time=t(k);disp('峰值为：');disp(max(y));disp('到达峰值时间tp:');disp(peak_time);max_overshot=(max(y)-c)/c*100;sprintf('超调量: %f o/o',max_overshot)r1=1;while y(r1)<0.1*cr1=r1+1;endr2=1;while y(r2)<0.9*cr2=r2+1;endrise_time=t(r2)-t(r1);disp('上升时间为tr:')disp(rise_time)单位阶跃曲线如图： Step Response Time (sec)A m p l i t u d e0246810120.20.40.60.811.21.4System: G P eak amplitude: 1.16Overshoot (%): 16.3At time (sec): 3.64System: GSettling Time (sec): 8.08System: G Final Value: 1System: GRise Time (sec): 1.64运行结果： 结论：动态性能指标r p s t t t %σ分别为：%3.16%=σ超调量： s t s 0613.8=调节时间： s t p 6442.3=峰值时间：s t r 6564.1=上升时间：s=length(t);while (y(s)>0.98*c)&&(y(s)<1.02*c) s=s-1; endsetting_time=t(s); disp('调整时间ts:') disp(setting_time)3、已知单位负反馈系统的开环传递函数为)10)(5()(G ++=s s s Ks ，为使系统具有如下性能指标：速度误差系数130-=s K v ，相角裕度大于40。

控制系统数字仿真模拟题在控制系统数字仿真模拟中，我们将通过几个案例来展示数字仿真在控制系统设计和分析中的重要性和应用。

案例一：PID控制器调节系统在这个案例中，我们将模拟一个PID控制器调节系统。

首先，我们需要建立一个被控对象的数学模型，可以是一阶或二阶系统。

然后，我们根据实际的控制需求来确定PID控制器的参数。

接下来，我们使用数字仿真软件，比如MATLAB/Simulink来搭建系统模型，将被控对象和PID控制器连接起来并进行仿真。

通过改变PID参数的值，我们可以观察系统响应的变化并优化控制性能。

案例二：状态空间控制系统在这个案例中，我们将研究状态空间控制系统的数字仿真。

状态空间方法是一种描述系统动态特性的有效工具。

我们首先需要得到系统的状态空间表示，包括状态方程和输出方程。

然后，我们使用数字仿真软件来模拟系统的时间响应和频率响应。

通过改变初始状态和控制输入信号，我们可以观察系统的状态变化和输出响应。

通过数字仿真，我们可以更好地理解状态空间控制系统的特性和优化控制策略。

案例三：数字滤波器设计数字滤波器在控制系统中扮演着重要的角色。

在这个案例中，我们将研究数字滤波器的设计和性能评估。

首先，我们需要确定滤波器的类型，如低通滤波器、高通滤波器或带通滤波器。

然后，我们可以使用数字仿真软件来设计和仿真滤波器的频率响应和时域响应。

通过改变滤波器的参数，我们可以优化滤波器的性能和滤波效果。

通过上述案例，我们可以看到数字仿真在控制系统设计和分析中的重要性和灵活性。

它可以帮助工程师在设计前进行系统验证和仿真调试，避免了实际搭建系统的成本和风险。

数字仿真还可以快速优化控制策略和参数，提高系统的性能和鲁棒性。

因此，掌握数字仿真工具和方法对于控制系统工程师来说至关重要。

总结起来，数字仿真在控制系统设计和分析中具有重要的作用。

通过合理利用数字仿真软件和工具，工程师可以更好地理解系统的特性和优化控制策略。

数字仿真可以帮助工程师提高工作效率，节省成本，并减少了实际试验的风险。

1. 请编写一个M-函数，用来实现级数和!!3!2132n xx x x S n+++++=并利用该M-函数计算n = 学号末2位数+5，x = n/50时S 的值。

2. 已知系统的框图如下图所示，请推导出从输入信号r(t)到输出信号y(t)的总系统模型。

3. 已知单位负反馈控制系统的被控对象及控制器的传递函数分别为 )20/1)(5.0/1()2/1(30)(s s s s s G +++=， )23)(5()3)(5.1(100)(++++=s s s s s Gc试判断系统的稳定性，并用时域响应检验得出的结论。

4. 考虑简单的线性微分方程)3/4sin(2430453''')3()4(π++=++++--t e e y y y y y tt ，且方程的初值为y(0)=1,2/1)0()0('''==y y ,2.0)0()3(=y ,请用Simulink 搭建起系统的仿真模型，并绘制出仿真结果曲线。

5. 请编写一个M-函数，用来实现级数和nx x x x S n+++++= 32132并利用该M-函数计算n = 学号末2位数+5，x = n/50时S 的值。

6. 已知系统的框图如下图所示，请推导出从输入信号r(t)到输出信号y(t)的总系统模型。

7. 已知单位负反馈控制系统的被控对象及控制器的传递函数分别为 )20/1)(5.0/1()2/1(30)(s s s s s G +++=， )23)(5.1()3)(1(100)(++++=s s s s s Gc试判断系统的稳定性，并用时域响应检验得出的结论。

8. 考虑简单的线性微分方程)4sin(2430453''')3()4(t e e y y y y y tt --+=++++，且方程的初值为y(0)=1,2/1)0()0('''==y y ,6.0)0()3(=y ,请用Simulink 搭建起系统的仿真模型，并绘制出仿真结果曲线。

控制系统仿真及CAD试题（研2010）一、（20分）试论述系统仿真的目的、意义、分类及应用与发展概况。

解：系统仿真的目的：在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型，据此进行试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种信息。

系统仿真的意义：CAD不是简单的使用计算机代替人工计算、制图等“传统的设计方法”，而是通过CAD系统与设计者之间强有力的“信息交互”作用，从本质上增强设计人员的想象力与创造力，从而有效地提高设计者的能力与设计结果的水平，因此，CAD技术中所涉及的“设计”应该是以提高社会生产力的水平、加快社会进步为目的的创造性的劳动。

系统仿真的分类：按模型分类分为：物理仿真和数学仿真，物理仿真又分为实物仿真、实时仿真、半实物仿真、在线仿真；数学仿真又分为数字仿真、非实时仿真、模拟仿真、离线仿真。

系统仿真的应用：现代仿真技术经过近50年的发展与完善，已经在各行业做出卓越贡献，同时也充分体现出其在科技发展与社会进步中的重要作用。

仿真技术广泛应用在航空与航天工业、电力工业、原子能工业、石油、化工及冶金工业中。

仿真技术还广泛应用在医学、社会学、宏观经济与商业策略的研究等非工程领域中。

系统仿真的发展概况：（1）在硬件方面，基于多CPU并行处理技术的全数字仿真系统将有效提高系统仿真的速度，从而使仿真系统“实时性”得到进一步的加强。

（2）随着网络技术的不断完善与提高，分布式数字仿真系统将为人们广泛采用，从而达到“投资少、效果好”的目的。

（3）在应用软件方面，直接面向用户的高效能的数字仿真软件不断推陈出新，各种专家系统与智能化技术奖更深入的应用于仿真软件开发中，使得在人—机界面、结果输出、综合评判等方面达到更理想的境界。

（4）虚拟现实技术的不断完善，为控制系统数字仿真与CAD 开辟了一个新时代。

（5）随着FMS 与CIMS 技术的应用于发展，“离散事件系统”越来越多的为仿真领域所重视，离散事件仿真从理论到实现给我们带来许多新的问题。

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 。

《控制系统仿真》期终考查试题学生姓名：学号：班级：自动化101学院：电气工程学院老师：吴钦木2013 年12 月24 日一、程序设计题(给出程序和运行结果) 1、请编程实现求取满足12010mi i =>∑的m 的最小值。

答：>> mysum=0; >> for m=1:2010 mysum=mysum+m;if(mysum>2010)break;end end >> m m =63 >>2、已知多项式21()359f x x x =-+,22()41f x x x =+-,试编程求312()()()0f x f x f x =⨯=的解，并找出其解大于零的值。

答：>> p1=[3 -5 9]; >> p2=[1 4 -1]; >> p=conv(p1,p2); >> x=roots(p); >> b=x>0; >> c=x(x>0) c =0.8333 + 1.5184i 0.8333 - 1.5184i 0.2361 >>二、作图题(给出程序和运行结果)1、 已知220s in 100U t π=（伏）, 23)B U t ππ=+（伏）,43)C U t ππ=+（伏）,0t =~0.1（秒），请利用MA TLAB 软件在一个图形界面的三个不同区域分别绘制A U ,B U ,C U 相对于时间t 的波形，并要求图形区域有栅格。

答：>> t=0:0.001:0.1;ua=220*sqrt(2)*sin(100*pi*t); subplot(3,3,1); plot(t,ua); gridub=220*sqrt(2)*sin(100*pi*t+2*pi/3);subplot(3,3,2); plot(t,ub); griduc=220*sqrt(2)*sin(100*pi*t+4*pi/3); subplot(3,3,3); plot(t,uc); gridA U ,B U ,C U 相对于时间t 的波形2、 已知一系统的传递函数为325()362s G s s s s +=+-+试利用MA TLAB 建立系统的零极点传函表达式和状态空间表达式，并绘制出系统的单位阶跃响应图。

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.。

MATLAB 与控制系统仿真练习题（含图）1、已知函数x x e x f x sin cos )(-=，作出函数的大致图像。

>> syms x>> y=exp(x)*cos(x)-sin(x); >> ezplot(y)2、求下列极限：（1）30sin lim xx x x -→ >> syms x>> y=(x-sin(x))/(x^3);>> limit(y,x,0)ans =1/6(2) xx x ⎪⎭⎫ ⎝⎛+∞→11lim >> y=(1+1/x)^x;>> limit(y,x,inf)ans =exp(1)3、求下列函数的导数：(1)x e y x sin =>> syms x>> y=exp(x)*sin(x);>> diff(y,x)ans =exp(x)*sin(x)+exp(x)*cos(x)(2) x e x x y 22sin +=>> syms x>> y=sin(x)+x^2*exp(2*x);>> diff(y,x)ans =cos(x)+2*x*exp(2*x)+2*x^2*exp(2*x)4、求.)1(532⎰-dx x x 和.sin ⎰xdx e x（1）.)1(532⎰-dx x xsyms x>> int(x^2*(1-x^3)^5)ans =-1/18*x^18+1/3*x^15-5/6*x^12+10/9*x^9-5/6*x^6+1/3*x^3（2）.sin ⎰xdx e x>> int(exp(x)*sin(x))ans =-1/2*exp(x)*cos(x)+1/2*exp(x)*sin(x)5、求.)(102⎰-dx x x 和.1102⎰-dx x x (1) .)(102⎰-dx x x>> syms x>> int(x-x^2,0,1)ans =1/6(2) .1102⎰-dx x x>> syms x>> int(x*(1-x^2)^0.5,0,1)ans =1/36、已知二元函数),(cos )sin(2xy xy z +=试求y x z x z y z x z ∂∂∂∂∂∂∂∂∂222,,,。

一、 控制系统的模型与转换1． 请将下面的传递函数模型输入到matlab 环境。

]52)1)[(2(24)(32233++++++=s s s s s s s G )99.02.0)(1(568.0)(22+--+=z z z z z H ，T=0.1s >> s=tf('s');G=(s^3+4*s+2)/(s^3*(s^2+2)*((s^2+1)^3+2*s+5)); GTransfer function:s^3 + 4 s + 2 ------------------------------------------------------ s^11 + 5 s^9 + 9 s^7 + 2 s^6 + 12 s^5 + 4 s^4 + 12 s^3>> num=[1 0 0.56];den=conv([1 -1],[1 -0.2 0.99]); H=tf(num,den,'Ts',0.1)Transfer function: z^2 + 0.56 ----------------------------- z^3 - 1.2 z^2 + 1.19 z - 0.992． 请将下面的零极点模型输入到matlab 环境。

请求出上述模型的零极点，并绘制其位置。

)1)(6)(5()1)(1(8)(22+++-+++=s s s s j s j s s G )2.8()6.2)(2.3()(1511-++=----z z z z z H ，T=0.05s>>z=[-1-j -1+j]; p=[0 0 -5 -6 -j j];G=zpk(z,p,8)Zero/pole/gain: 8 (s^2 + 2s + 2) -------------------------- s^2 (s+5) (s+6) (s^2 + 1)>>pzmap(G)>> z=[0 0 0 0 0 -1/3.2 -1/2.6]; p=[1/8.2];H=zpk(z,p,1,'Ts',0.05)Zero/pole/gain:z^5 (z+0.3125) (z+0.3846) ------------------------- (z-0.122)Sampling time: 0.05>>pzmap （H ）二、 线性系统分析1. 请分析下面传递函数模型的稳定性。

第一章习题1-1什么是仿真？它所遵循的基本原则是什么？答：仿真是建立在控制理论，相似理论，信息处理技术和计算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。

1-2在系统分析与设计中仿真法与解析法有何区别？各有什么特点？答：解析法就是运用已掌握的理论知识对控制系统进行理论上的分析，计算。

它是一种纯物理意义上的实验分析方法，在对系统的认识过程中具有普遍意义。

由于受到理论的不完善性以及对事物认识的不全面性等因素的影响，其应用往往有很大局限性。

仿真法基于相似原理，是在模型上所进行的系统性能分析与研究的实验方法。

1-3数字仿真包括那几个要素？其关系如何？答: 通常情况下，数字仿真实验包括三个基本要素，即实际系统，数学模型与计算机。

由图可见，将实际系统抽象为数学模型，称之为一次模型化，它还涉及到系统辨识技术问题，统称为建模问题；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，这涉及到仿真技术问题，统称为仿真实验。

1-4为什么说模拟仿真较数字仿真精度低？其优点如何？。

答：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。

1-5什么是CAD技术？控制系统CAD可解决那些问题？答：CAD技术，即计算机辅助设计（Computer Aided Design）,是将计算机高速而精确的计算能力，大容量存储和数据的能力与设计者的综合分析，逻辑判断以及创造性思维结合起来，用以快速设计进程，缩短设计周期，提高设计质量的技术。

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。

控制系统仿真试题参考2解析频率特性类题⽬1 ⼀个系统的开环传递函数为，试绘制其当K=5、30时系统的开环频率特性Nyquist 图，并判断系统的稳定性。

2系统开环传递函数为，建⽴其零极点增益模型，然后分别绘制当K=5、K=30时系统的开环频率特性Bode 图，并判断系统的稳定性。

3 系统开环传递函数为，计算K=5和K=30时系统的幅值裕度与相位裕度。

4 已知某系统的闭环传递函数()s Φ如下，试⽤roots （）命令来判断系统的稳定性。

25432325()24576s s s s s s s s ++Φ=+++++5 某单位负反馈系统的开环控制系统的传递函数为2k (0.80.64)()(0.05)(5)(40)K s s G s s s s s ++=+++（1）绘制系统的根轨迹；（2）当10K =时，绘制系统的Bode 图，判断系统的稳定性，并且求出幅值裕度和相⾓裕度。

6 已知系统的状态空间模型如下：=11x -31x + ??01u [1=y ]1x（1）绘制系统的Bode 图和nyquist 图；（2）求系统的幅值裕度和相位裕度；7 已知单位负反馈系统的开环传递函数为)1(12++s s s ，试绘制系统的单位阶跃响应、开环Bode 图和Nyquist 曲线，并求系统的幅值裕度和相位裕度。

)5.01)(1.01()(s s s k s G ++=)5.01)(1.01()(s s s ks G ++=)5.01)(1.01()(s s s ks G ++=8 ⽤筛选法求某⾃然数范围内的全部素数。

素数是⼤于1，且除了1和它本⾝以外，不能被其他任何整数所整除的整数。

⽤筛选法求素数的基本思想是：要找出2～m 之间的全部素数，⾸先在2～m 中划去2的倍数(不包括2)，然后划去3的倍数(不包括3)，由于4已被划去，再找5的倍数 (不包括5)，…，直到再划去不超过的数的倍数，剩下的数都是素数。

9 已知 ∑=-=nk k y 1121，当n=100时，求y 的值。

仿真实训试题及答案一、单项选择题（每题2分，共10分）1. 在仿真实训中，下列哪项不是模拟系统的基本组成部分？A. 传感器B. 执行器C. 计算器D. 控制器答案：C2. 以下关于仿真实训的描述，哪项是错误的？A. 仿真实训可以提高操作技能B. 仿真实训可以减少实际操作中的风险C. 仿真实训是完全替代实际操作的D. 仿真实训可以节约成本答案：C3. 在进行仿真实训时，以下哪项不是评估实训效果的标准？A. 操作时间B. 操作准确性C. 操作成本D. 操作复杂度答案：D4. 仿真实训通常不包括以下哪项内容？A. 系统建模B. 系统分析C. 系统测试D. 系统维护答案：D5. 下列关于仿真实训的说法中，哪项是正确的？A. 仿真实训只适用于军事领域B. 仿真实训可以用于教育和培训C. 仿真实训无法模拟真实环境D. 仿真实训是完全自动化的答案：B二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 仿真实训的优势包括哪些？A. 节省成本B. 提高安全性C. 模拟复杂环境D. 提高效率答案：ABCD2. 仿真实训可以应用于哪些领域？A. 航空B. 医疗C. 军事D. 教育答案：ABCD3. 以下哪些因素会影响仿真实训的效果？A. 仿真系统的精度B. 操作者的熟练程度C. 仿真环境的稳定性D. 仿真系统的可扩展性答案：ABCD4. 在仿真实训中，哪些因素是评估操作者表现的关键？A. 完成任务的速度B. 完成任务的准确性C. 完成任务的创造性D. 完成任务的稳定性答案：ABD5. 仿真实训中，哪些设备是必不可少的？A. 计算机B. 传感器C. 执行器D. 数据记录器答案：ABCD三、判断题（每题2分，共10分）1. 仿真实训可以完全替代实际操作。

（错）2. 仿真实训可以用于测试新设备的性能。

（对）3. 仿真实训无法模拟极端环境。

（错）4. 仿真实训可以用于评估操作者的技能水平。

（对）5. 仿真实训的成本通常高于实际操作。

（错）四、简答题（每题5分，共20分）1. 简述仿真实训在教育领域的应用。

《控制系统仿真》考试试卷一、单选题（每题3分，共30分）1. 控制系统仿真中，以下哪种模型常用于描述线性时不变系统？（）A. 状态空间模型。

B. 非线性微分方程。

C. 传递函数模型。

D. 以上都不是。

2. 在Matlab中，用于求解线性常微分方程数值解的函数是（）。

A. ode45.B. plot.C. roots.D. eig.3. 对于一个二阶系统，其阻尼比ξ = 0.5，无阻尼自然频率ω_n = 2rad/s，系统的特征方程为（）。

A. s^2 + 2s + 4 = 0B. s^2+ s+ 4 = 0C. s^2+ 4s + 4 = 0D. s^2 + 2s+1 = 04. 传递函数G(s)=(1)/(s(s + 1))的极点为（）。

A. 0和 - 1。

B. 0和1。

C. -1和1。

D. 仅0。

5. 在控制系统仿真中，离散系统的仿真步长选择主要取决于（）。

A. 计算机性能。

B. 系统的动态特性。

C. 人为随意设定。

D. 输入信号的频率。

6. 以下哪种方法不属于控制系统的分析方法（）。

A. 时域分析法。

B. 频域分析法。

C. 根轨迹法。

D. 蒙特卡洛法。

7. 若系统的开环传递函数为G(s)H(s)=(K)/(s(s + 2)(s+3))，则系统的根轨迹起始于（）。

A. 0， - 2， - 3.B. 0，2，3.C. -1， - 2， - 3.D. 1，2，3.8. 在控制系统的频域分析中，幅频特性表示（）。

A. 输出信号与输入信号的幅值比随频率的变化关系。

B. 输出信号与输入信号的相位差随频率的变化关系。

C. 系统的稳定性随频率的变化关系。

D. 系统的阻尼比随频率的变化关系。

9. 采用Simulink进行控制系统仿真时，以下哪个模块用于表示积分环节？（）A. Gain.B. Integrator.C. Transfer Fcn.D. Scope.10. 对于一个稳定的控制系统，其闭环极点应位于（）。