控制系统数字仿真

控制系统的数字仿真及计算机辅助设计第二版课程设计一、课程设计实验目的本次课程设计旨在通过数字仿真的方法和计算机辅助设计的手段，探究控制系统的特性和解决实际问题的能力。

实验目的包括：1.学习掌握MATLAB/Simulink数字仿真软件的基本操作，以及理解控制系统的基本概念和原理；2.熟悉计算机辅助设计软件的使用方法，能够利用计算机和网络资源进行控制系统设计和优化；3.通过实验操作，加深对控制系统的认识和理解，提高分析和解决问题的能力。

二、课程设计实验内容本次课程设计共分为两个实验项目，主要内容包括：实验项目一：PID控制器设计和数字仿真1.学习PID控制器的基本原理和调节方法，运用MATLAB/Simulink软件进行PID控制器的建模和仿真；2.通过对比不同PID控制器的响应特性，分析影响控制性能的因素，并利用优化算法提高控制精度；3.选取不同的控制对象进行实验，以比较不同控制策略的效果，并讨论实际应用PID控制器的具体应用场景。

实验项目二：控制系统的网络化设计和远程控制实验1.学习计算机辅助设计软件的基本原理和方法，理解控制系统的网络化设计思想；2.利用网络资源和远程控制工具，实现对控制系统的远程监控和控制，观察系统的响应情况；3.分析网络化控制系统的优势和局限，并讨论如何利用现有技术和资源优化控制系统的设计和运行效率。

三、课程设计实验结果与讨论根据课程设计的要求，学生需要独立完成实验设计和数据分析，并用MATLAB/Simulink和计算机辅助设计软件实现控制系统的数字仿真和优化。

实验结果如下：实验项目一在PID控制器的设计和仿真实验中，学生选定一种控制对象，利用MATLAB/Simulink软件建立控制系统模型，并确定PID控制器的参数。

例如，在石油管道的温度控制系统中，学生需要确定适当的比例系数、积分系数和微分系数，以满足系统的温度控制要求。

通过仿真实验，学生记录下控制系统的输入和输出数据，并利用MATLAB/Simulink进行数据分析和优化。

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。

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 。

词汇表1. 解析法：就是运用已经掌握的理论知识对控制系统进行理论上的分析、计算。

它是一种纯理论上的试验分析方法，在对系统的认识过程中具有普遍意义。

2. 实验法：对于已经建立的实际系统，利用各种仪器仪表及装置，对系统施加一定类型的信号，通过测取系统的响应来确定系统性能的方法。

3. 仿真分析法：就是在模型的基础上所进行的系统性能分析与研究的实验方法，它所遵循的基本原则是相似原理。

4. 模拟仿真：采用数学模型在计算机上进行的试验研究称之为模拟仿真。

5. 数字仿真：采用数学模型，在数字计算机上借助于数值计算的方法所进行的仿真试验称之为数字仿真。

6. 混合仿真：将模拟仿真和数字仿真结合起来的仿真方法。

7. 数值计算：有效使用数字计算机求数学问题近似解的方法与过程。

数值计算主要研究如何利用计算机更好的解决各种数学问题，包括连续系统离散化和离散形方程的求解，并考虑误差、收敛性和稳定性等问题。

8. 病态问题：闭环极点差异非常大的控制系统叫做病态系统，解决这类系统的问题就叫病态问题。

9. 显式算法：在多步法中，若计算第k+1次的值时，需要的各项数据均是已知的，那么这种算法就叫做显式算法。

10. 隐式算法：在多步法中，若计算第k+1次的值时，又需要用到第k+1次的值，即算式本身隐含着当前正要计算的量，那么这种算法就叫做隐式算法。

11. 数值稳定性：数值积分法求解微分方程，实质上是通过差分方程作为递推公式进行的。

在将微分方程离散为差分方程的过程中，有可能将原本稳定的系统变为不稳定系统。

如果某个数值计算方法的累积误差不随着计算时间无限增大，则这种数值方法是稳定的，反之是不稳定的。

12. 实体：就是存在于系统中的具有实际意义的物体。

13. 属性：就是实体所具有的任何有效特征。

14. 活动：系统内部发生的任何变化过程称之为内部活动；系统外部发生的对系统产生影响的任何变化过程称之为外部活动。

15. 描述模型：是一种抽象的、无实体的，不能或者很难用数学方法精确表示的，只能用语言描述的系统模型。

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.。

第4章控制系统数字仿真数字仿真就是采用数学模型，在数字计算机上借助数值解法所进行的仿真实验。

所谓数值解法，就是寻求y(t)在[a,b]区间内的一系列离散节点t1<t2<…<t m<t m+1<…上的近似值y1, y2, …，y m, y m+1, …，即求取y m+1 y(t m+1)。

相邻节点的间距h=t m+1-t m称为步长，这里假定h为定值，即t m=t0+mh，m=0, 1, 2,…。

本章主要讲述数字仿真的基本理论和方法。

4.1 数值积分法系统的动态特性通常用一阶微分方程组来描述，也即状态空间表达式。

一般来说，只有极少数的微分方程能用到初等方法得其解析解（或用解析的方法得到精确解），多数只能用近似数值求解。

利用计算机求微分方程主要使用数值积分法，它是系统仿真的一个重要方法。

在这里，我们主要研究一阶微分方程的形式，如：⎪⎩⎪⎨⎧===00)(),(y t t y y t f dtdy（1）， 求y(t)解：⎰⎰⎰+====tt o tt tt dty t f t y t y dty t f dy dty t f dy y t f dtdy),()()(),(),(),(当t=t m+1，t 0=t m 时⎰++=+1),()()(1m mt t m m dty t f t y t y（2）数值积分法时在已知初值的情况下，对f(t, y)进行近似积分，从而对y(t)进行数值求解的方法。

下面介绍几种在数字仿真常用的数字积分法。

1.欧拉法欧拉法又称为折线法，是最简单，也是最早的一种数值计算方法。

对于式（2），如果积分间隔h=t m+1 - t m 取得足够小，使得在t m 与t m+1之间的f(t, y)可近似看做常数f(t m , y m )。

这样式（2）可化为：),()()(1m m m m y t hf t y t y +≈+即),(1m m m m y t hf y y +≈+ （3）（3）式即为欧拉公式。

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。

控制系统数字仿真题库填空题1.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 .系统对边界以外环境的作用称为系统的。

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.系统对边界以外环境的作用称为系统的输出。

2．系统的三大要素为：、和。

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：、、和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.分别为：、、和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：和。

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：和。

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的有机组合。

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。

9．连续时间集中参数模型的常见形式为有三种.分别为：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。

1.数值积分法中，其计算精度p=2的算法是 ： 【 B 】A. 欧拉法B. 梯形法C. 四阶—龙格库塔法D. 以上都不是2. 要保证欧拉法算法的稳定性，其步长要满足的条件是： 【 】 A.λRe 1)3~2(<h B. λRe 14≤h C. λRe 12≤h D. λRe 1≤h3.关于MATLAB 语言中，变量的命名错误的是：【 D 】 A. 必须以字母开头；B. 可以由字母、数字和下划线混合组成，不能包含有标点符号；C. 变量长度应不大于63个；D. 字母不区分大小写。

4．在MATLAB 工作空间中，表示圆周率的特殊变量是：【 A 】 A. pi B. ans C. i D. eps5．figure 命令的作用是：【 C 】 A. 绘图 B. 关闭当图形行窗口 C. 打开新的图形窗口 D. 循环6．将系统传递函数形式变换为零极点形式的命令是：【 A 】A. tf2zpB. ss2tfC. ss2zpD. zp2tf7．给图形添加栅格的命令是： 【 D 】A. figureB. hold offC. hold onD. grid8．hold 命令的作用是：【 B 】 A. 给图形添加栅格 B. 图形窗口保持C. 关闭图形D. 去除图形栅格9．绘制系统零极点图的命令是：【 B 】 A. step B. pzmap C. rlocus D. sgrid10．某系统传递函数为G ，语句step(G)的执行结果为 :【 D 】 A. 绘制系统的根轨迹图 B. 绘制系统的单位脉冲响应曲线”C. 绘制系统的奈氏曲线D. 绘制系统的单位阶跃响应曲线11.数值积分法中，欧拉法的计算精度是 ：【 D 】 A. 4 B. 3 C. 2 D. 112. 要保证四阶—龙格库塔法的稳定性，其步长要满足的条件是：【】 A. λRe 1)3~2(<h B. λRe 14≤hC. (c) λRe 12≤h D. λRe 1≤h13.数值积分法中，是恒定稳定的算法是： 【 B 】A. 欧拉法B. 梯形法C. 四阶—龙格库塔法D. 以上都不是14．MATLAB 中，以下常用的操作命令中，哪个为清除命令窗口的内容： 【 】A. dirB. closeC. clcD. load 15．绘制控制系统根轨迹的命令是： 【 C 】A. stepB. pzmapC. rlocusD. sgrid 16．将系统零极点形式变换为传递函数形式的命令是： 【 D 】A. tf2zpB. ss2tfC. ss2zpD. zp2tf17．在线形图型格式的设置中，字符b 表示什么颜色： 【 A 】A. 蓝色B. 黑色C. 黄色D. 红色 18．某系统的函数关系式为：4213+-=x x y ，绘制x 在0至10之间变化的图形，正确的是： 【 B 】 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])19．绘制系统奈氏曲线的命令是：【 C 】A. stepB. pzmapC. nyquistD. sgrid20．某系统传递函数为G，语句pzmap(G)的执行结果为: 【 B 】A. 绘制系统的根轨迹图B. 绘制系统的零极点图C. 绘制系统的奈氏曲线D. 绘制系统的单位阶跃响应曲线1、仿真所遵循的原则是物理相似和几何相似。

第7章控制系统数字仿真理论7.1 引言仿真主要采用相似性原理。

因实际系统是连续的，而计算机系统是离散的(尽管计算机的主频目前可达1 GHz以上，但仍然是断续的)，故用计算机进行仿真有两种关键技术：1)建立实际系统的数学模型。

2)实际系统的离散方法。

系统的离散化方法主要分为两大类，即数值积分方法和直接离散化方法。

常用数值积分方法按递推时所需数据步数分为单步法、多步法和预估 校正法。

(1)数字仿真的特点连续系统的数学模型一般是微分方程或偏微分方程，因此数字仿真中的主要数值计算工作是微分方程(或偏微分方程)数值解的问题。

数字仿真的整个过程是由事先编好的仿真程序来控制。

在大系统实时或超实时仿真中，仿真速度成为一个十分突出的问题。

(2)系统仿真技术新动向一个实际的系统可分为连续系统、离散系统、混合系统和定性系统(模糊理论)。

而仿真根据其采用的对象可分为计算机仿真、半实物仿真、比例模型仿真和人在回路中仿真。

根据信号的类别可分为数字仿真、模拟仿真、混合仿真。

根据仿真时间可分为实时仿真、超实时仿真(n:1)和欠实时仿真(1:n)。

根据应用情况可分为工程系统仿真和非工程系统仿真。

还可根据分布情况分为集中式和分布式仿真。

系统仿真技术的新动向是：采用分布式、开放式、交互式构架体系，面向对象、网络和数据库的标准化的应用多媒体和虚拟现实技术进行系统仿真。

其发展目标是构成可操作性、可移植性、交互性强，开放式的仿真体系构架。

(3)仿真的可信度仿真的可信度取决于模型的准确性、环境模拟的准确性和干扰处理等3个因素。

(4)虚拟现实(virtual reality或灵境，缩写为VR)1989年，美国计算机科学家Jaron Lanier赋VR以现在的含义。

虚拟现实综合运用了计算机图形学、仿真技术、人机接口技术、多媒体技术、传感器技术等，能感知方向、听觉、视觉、触觉、嗅觉、味觉，使人有身临其境的感觉。

传感器主要有：头盔显示器、数据手套、触觉与力度传感器；跟踪球；空间探针等。

《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（）。

控制系统数字仿真控制系统数字仿真是一种基于计算机技术和数学方法，用于模拟控制系统行为及性能的工具。

它可以帮助工程师在设计和实现控制系统之前，通过模拟测试来评估和优化系统性能。

本文将介绍控制系统数字仿真的重要性、应用领域和常见方法。

一、引言控制系统是用于控制和调节工业过程的关键部分，如机器人、飞机、火车等。

数字仿真在控制系统设计中发挥着重要作用，能够在实际系统搭建之前，通过计算机模拟实现对系统行为的预测和分析。

二、控制系统数字仿真的重要性1.性能评估：通过数字仿真可以对控制系统的性能进行全面评估，包括系统的稳定性、响应时间、误差等。

这有助于工程师在设计阶段发现潜在问题，并及时调整参数，提高系统性能。

2.节约成本：数字仿真可以降低实验成本，避免在实际系统上进行大量试错实验。

通过仿真模型，工程师可以在计算机上进行多次测试和优化，减少物料和设备成本。

3.快速原型：数字仿真能够快速生成控制系统的原型，使工程师可以在设计阶段快速验证和修改系统，加快产品开发周期。

三、控制系统数字仿真的应用领域1.工业自动化：在工业制造过程中，数字仿真可以用于模拟生产线的运行，优化控制策略和资源分配，提高生产效率。

2.航空航天：在飞机和火箭等航空航天领域，数字仿真可以帮助工程师评估和改进飞行控制系统，提高安全性和稳定性。

3.机器人技术：数字仿真可以用于模拟机器人运动和感知能力，优化控制算法，实现自主导航和任务执行。

4.电力系统：数字仿真在电力系统中应用广泛，可以模拟电力网的运行和稳定性，优化发电和输电调度。

四、控制系统数字仿真的方法1.基于物理模型的仿真：将控制系统建模为一组微分方程，通过数值方法求解，再结合输入信号的变化和系统特性，模拟系统行为。

2.基于硬件描述语言的仿真：使用硬件描述语言（HDL）对控制系统进行建模，然后通过仿真器进行验证和调试。

3.基于事件驱动的仿真：将控制系统建模为一组事件和触发条件，当事件发生时，系统做出相应响应，模拟系统的动态行为。