(完整)系统建模与仿真习题答案(forstudents)

系统建模与仿真习题二及答案1. 考虑如图所示的典型反馈控制系统框图(1)假设各个子传递函数模型为66.031.05.02)(232++-+=s s s s s G ，s s s G c 610)(+=，21)(+=s s H 分别用feedback （）函数以及G*Gc/(1+G*Gc*H)（要最小实现）方法求该系统的传递函数模型。

(2) 假设系统的受控对象模型为s e s s s G 23)1(12)(-+=，控制器模型为 ss s G c 32)(+=，并假设系统是单位负反馈，分别用feedback （）函数以及G*Gc/(1+G*Gc*H)（要最小实现）方法能求出该系统的传递函数模型？如果不能，请近似该模型。

解：（1）clc;clear;G=tf([2 0 0.5],[1 -0.1 3 0.66]);Gc=tf([10 6],[1 0]);H=tf(1,[1 2]);G1=feedback(G*Gc,H)G2=G*Gc/(1+G*Gc*H)Gmin=minreal(G2)结果：Transfer function:20 s^4 + 52 s^3 + 29 s^2 + 13 s + 6s^5 + 1.9 s^4 + 22.8 s^3 + 18.66 s^2 + 6.32 s + 3Transfer function:20 s^8 + 50 s^7 + 83.8 s^6 + 179.3 s^5 + 126 s^4 + 57.54 s^3 + 26.58 s^2 + 3.96 ss^9 + 1.8 s^8 + 25.61 s^7 + 22.74 s^6 + 74.11 s^5 + 73.4 s^4 + 30.98 s^3+ 13.17 s^2 + 1.98 s Transfer function:20 s^4 + 52 s^3 + 29 s^2 + 13 s + 6s^5 + 1.9 s^4 + 22.8 s^3 + 18.66 s^2 + 6.32 s + 3(2)由于s c e s s s s G s G 232)1(3624)(*)(-++= 方法1：将s e 2-转换为近似多项式。

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（DCS ）和可编程逻辑控制器（PLC ）两大类型。

分布式控制系统（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 ，适用于流程工业； 可编程逻辑控制器（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。

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、非线性系统和时变系统而出现的，先是贝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，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，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现代控制理论的内容。

现代控制理论之所以难以在过程控制系统中应用，有以下几个主要原因：1) 现代控制理论获得较好效果的前提是系统内部结构参数完全已知，并且很精确，而过程控制系统中系统参数一般都是经常变化的，在每次重新开机之后系统参数都会发生变化2) 现代控制理论对系统状态变量采用的是微分运算，对各种干扰非常敏感，而过程控制系统中的干扰非常多，因此在过程控制系统中运用现代控制理论经常得不到好的结果，甚至出现错误的结果，现代控制理论适用于航天、实验室等干扰很少的场合3) x Ax Bu ∙=+；y Cx =中，输出并不在闭环内部，因此现代控制理论不能保证输出具有稳定性4) 现代控制理论在解决现实问题中为了保证系统的稳定性，一般会采用模糊化，这样做的代价是大大降低系统的精确性、快速性5) 在过程控制系统中应用现代控制理论后得到的结果往往不如直接运用PID 后得到的结果好3、什么是串级控制系统？其两个回路各有什么特点？答：串级控制系统是两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。

智慧树知到《数学建模与系统仿真》章节测试答案第一章单元测试1.数学模型是根据特定对象和特定目的，做出必要假设，运用适当数学工具得到一个数学结构的理论表述。

答案：对2.数学建模是利用数学方法解决实际问题的一种实践。

通过抽象、简化、假设、引入变量等处理过程后，将实际问题用数学方式表达，建立起数学模型，然后运用先进的数学方法及计算机技术进行求解，是对实际问题的完全解答和真实反映，结果真实可靠。

答案：对3.数学模型是用数学符号、数学公式、程序、图、表等刻画客观事物的本质属性与内在联系的理想化表述。

数学建模就是建立数学模型的全过程（包括表述、求解、解释、检验）。

答案：对4.数学模型（Mathematical Model）强调的是过程；数学建模（Mathematical Modeling）强调的是结果。

答案：错5.人口增长的Logistic模型表明人口增长过程是先快后慢。

答案：对6.MATLAB的主要功能包括符号计算、绘图功能、与其他程序语言交互的接口和数值计算。

答案：符号计算、绘图功能、与其他程序语言交互的接口、数值计算7.Mathematica的基本功能包括语言功能（Programing Language）、符号运算（Algebric n）、数值运算（XXX）和图像处理（Graphics）。

答案：语言功能（Programing Language）、符号运算（Algebric n）、数值运算（Numeric n）、图像处理（Graphics）8.数值计算是Maple、MATLAB和Mathematica的主要功能之一。

答案：Maple、MATLAB、XXX9.评阅数学建模论文的标准包括表述的清晰性、建模的创造性和论文假设的合理性。

答案：表述的清晰性、建模的创造性、论文假设的合理性10.中国（全国）大学生数学建模竞赛（CUMCM）每年举办一次。

该竞赛开始于70年代初。

答案：一年举办一次，开始于70年代初。

10、微分方程模型可以用于描述物体动态变化过程，并且可以用来预测对象特征的未来状态。

系统建模与仿真习题三及答案1.已知系统)24(32)(21+++=s s s s s G 、2103)(2+-=s s s G 求G 1(s)和G 2(s)分别进行串联、并联和反馈连接后的系统模型。

解：clc;clear;num1=[2 3];den1=[1 4 2 0];num2=[1 -3];den2=[10 2];G1=tf(num1,den1);G2=tf(num2,den2);Gs1=series(G1,G2)Gp1=parallel(G1,G2)Gf=feedback(G1,G2)结果：Transfer function:2 s^2 -3 s - 9------------------------------10 s^4 + 42 s^3 + 28 s^2 + 4 sTransfer function:s^4 + s^3 + 10 s^2 + 28 s + 6------------------------------10 s^4 + 42 s^3 + 28 s^2 + 4 sTransfer function:20 s^2 + 34 s + 6--------------------------------10 s^4 + 42 s^3 + 30 s^2 + s – 92.某双闭环直流电动机控制系统如图所示：利用feedback( )函数求系统的总模型。

解：模型等价为：编写程序：clc;clear;s=tf('s');G1=1/(0.01*s+1);G2=(0.17*s+1)/(0.085*s);G3=G1;G4=(0.15*s+1)/(0.051*s);G5=70/(0.0067*s+1);G6=0.21/(0.15*s+1);G7=(s+2)/s;G8=0.1*G1;G9=0.0044/(0.01*s+1);sys1=feedback(G6*G7,0.212);sys2=feedback(sys1*G4*G5,G8*inv(G7)); sys=G1*feedback(sys2*G2*G3,G9)结果：Transfer function:3.749e-005 s^6 + 0.008117 s^5 + 0.5024 s^4 + 6.911 s^3 + 36.57 s^2 + 78.79 s + 58.8 -------------------------------------------------------------------------------------------------------4.357e-014 s^10 + 2.432e-011 s^9 +5.43e-009 s^8 +6.303e-007 s^7 + 4.145e-005 s^6 + 0.001578 s^5 + 0.03217 s^4 + 0.2098 s^3 + 0.4116 s^2 + 0.3467 s + 0.2587根据需要可忽略高阶项。

数学建模与系统仿真网课答案问：计算机的运算速度只与机器的主频相关。

答：错问：玩物丧志这句话对于创新人才来说是不正确的。

（）答：√问：在决定是否相信一个断言时不必考察它和我们的背景信息是否冲突。

（）答：错问：存储器的容量应该包括主存容量和辅存容量。

答：对问：代表宋代写实绘画标本的画家是：（）答：郭熙问：就规模和影响力而言，成长最快的信息来源是（）答：谷歌问：当流言这样一种信息如果与群体无意识结合的时候，就容易形成一种（）社会心理答：集群的冲动问：中医“四大经典”包括（）。

答：《黄帝内经》《黄帝八十一难经》《神农本草经》《伤寒杂病论》问：中国梦的实现路径不包括( )。

答：实现中国梦必须加快经济体制改革问：《人生》中暗示了一种青年文学主题的转折,曾经作为改天换地的主力军青年一代,从外部的世界中回到自己的个人世界,他们将依照个人的利益行使自己的主动权。

()答：正确问：“海权论”理论的提出者是（）。

答：A问：控制器用来完成算术运算和逻辑运算。

答：错问：考古中，区分文化类型的区系类型表示的意义是:（）答：区代表空间，系代表时间问：中华民族近代以来最伟大的梦想,就是（）。

答：B问：沙皇即俄罗斯最高统治者。

答：错问：中唐时期诗坛上出现了比盛唐时期更多的风格流派，具体来说主要有（）答：现实主义诗派浪漫诗派田园诗派边塞诗派问：1978年成龙主演的哪两部喜剧片标志着功夫喜剧片的开端？答：《蛇形刁手》《醉拳》问：输入设备将机器运算结果转换成人们熟悉的信息形式。

答：错问：购物车易用的实现方式答：1. 1.“放入购物车”的按钮必须十分明显。

2.购物车按钮文字。

3.随时放入购物车。

4.编辑购物车。

5.非注册用户。

6.随时随地查看购物车内容。

7.尽可能提供各种可能的付款及配送方式。

8.不要打扰用户付款。

9.在购物过程中尽早显示产品价格。

10.订单信息完整。

11.为所有购买用户建立账号 12.付款进程提示。

问：人们与众不同的生活方式，本质是来自于他们独特的（）答：心智模式。

美国新一代科学教育标准——从NGSS解读美国科学教育的
新观点
叶兆宁
【期刊名称】《中国科技教育》
【年(卷),期】2013(000)006
【摘要】2013年4月，美国《新一代科学教育标准》（简称NGSS）终于完成了修订，公开发布于官方网站上（NGSS的正式出版物将于2015年秋问世作者注）。

在美国第一个国家科学教育标准执行17年后，世界格局的变化、国际国内的教育形势，以及教育理论的变革迫使美国科学教育不断反思、向前发展，以适应社会的快速进步。

【总页数】6页(P8-13)
【作者】叶兆宁
【作者单位】东南大学学习科学研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】G40-012
【相关文献】
1.鹤鸣九皋声闻于野--美国《新一代科学教育标准》对我国低年级科学教育的启示[J], 张俊
2.美国科学教育标准实施的新动向——基于《新一代科学教育标准实施指导书》的内容分析 [J], 李凯
3.美国《新一代科学教育标准》对我国学前儿童科学教育的启示 [J], 沈吟
4.美国《新一代科学教育标准》对我国学前科学教育的启示 [J], 刘蕙
5.美国基础教育《新一代科学教育标准》对我国科学教育改革的启示 [J], 付华安;徐书业;
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

共10题每题10分1、什么是数学建模形式化的表示？试列举一例说明形式化表示与非形式化表示的区别；模型的非形式描述是说明实际系统的本质，但不是详尽描述。

是对模型进行深入研究的基础。

主要由模型的实体、包括参变量的描述变量、实体间的相互关系及有必要阐述的假设组成。

模型的非形式描述主要说明实体、描述变量、实体间的相互关系及假设等。

例子：环形罗宾服务模型的非形式描述：实体CPU，USR1，…，USR5描述变量CPU:Who,Now(现在是谁)----范围{1,2,…,5}; Who.Now=i表示USRi由CPU服务。

USR：Completion.State（完成情况）----范围[0，1]；它表示USR完成整个程序任务的比例。

参变量-----范围[0，1]；它表示USRi每次完成程序的比率。

实体相互关系（1）CPU 以固定速度依次为用户服务，即Who.Now为1，2，3，4，5，1，2…..循环运行。

（2）当Who.Now=I,CPU完成USRi余下的工作。

假设：CPU对USR的服务时间固定，不依赖于USR的程序；USRi的进程是由各自的参变量决定。

2、模型描述变量化简的四种方法比较；建模过程中，在能满足建模的前提下，系统的描述变量应是愈简单愈好。

模型描述变量一般有以下四种方法：（1）、淘汰一个或多个实体、描述变量或相互关系规则；建模者决定淘汰那些次要因素，只要忽略的因素不会显著地改变整个模型行为，相反却使不必要的复杂了。

淘汰一个实体可能要淘汰或修改其他实体：淘汰一个实体，需要淘汰所有涉及这个实体的描述变量；淘汰一个描述变量，需要淘汰或修改涉及该变量的相互关系。

（2）、随机变量取代确定性变量；在一个确定性模型中，相互关系的规则控制着整个描述变量的值。

有些随机值也是由相互关系的规则确定，为了使模型相对简化，可利用概率原理，用随机变量来取代某些变量的相互关系规则，从而将影响变量转换成随机变量。

（3）、粗化描述变量；描述变量是描述模型实体条件的一种方法，变量可能出现的值表示在某一时间可找到这个实体的一种可能条件，其变量的范围集是变量可能出现的所有值的集合。

参考教材：离散事件系统建模仿真及GPSSWorld 教程，译作者：谢毅缪亚萍，出版社：清华大学出版社，年代：2011部分习题答案：（具体题目信息省略）第二章：2.16（双理发师手工仿真）理发师1利用率：49/58理发师2利用率：28/58时钟系统状态时间表统计计数器StQ （t ）StS1（t ）StS2（t ）C B1B2W 0000A （1,5）00005010D （1,23），A （2,11）00011012D （1,23），D （2,31），A （3,19）060019112D （1,23），D （2,31），A （4,38）0148023032D （2,31），D （3,38），A （4,38）11812431030D （3,38），A （4,38）2262043800A （4,38）333204040D （4,54），A （5,50）33320450045D （4,54），D （5,66），A （6,58）34520454005D （5,66），A （6,58）4492445865D （6,74），D （5,66），A （7,…）449284平均等待时间：4/6（min）第三章：3.3（货物出库）GENERATE10,5 TERMINATE10 GENERATE15 TERMINATE20 GENERATE30,10 TERMINATE50START20003.4（零件加工）GENERATE20,5ADD1QUEUE Q_ASEIZE ADEPART Q_AADVANCE16,5RELEASE AQUEUE Q_BSEIZE BDEPART Q_BADVANCE15,10RELEASE BQUEUE Q_CSEIZE CDEPART Q_CADVANCE10,2RELEASE C TRANSFER0.05,ADD2,ADD1ADD2TERMINATEGENERATE60TERMINATE1START40（仿真4个小时）若为生产200个合格零件，则ADD2改为：ADD2TERMINATE1START200（仿真4个小时）3.6（加工中心）S_A STORAGE2S_B STORAGE1S_C STORAGE3S_D STORAGE5GENERATE20,10QUEUE Q_AENTER S_ADEPART Q_AADVANCE30,15LEAVE S_ATRANSFER0.6,ADDC,ADDBADDC ENTER S_CADVANCE70,20LEAVE S_CTRANSFER,ADDDADDB ENTER S_BADVANCE20,10LEAVE S_BTRANSFER0.2,ADDD,ADDC ADDD ENTER S_DADVANCE90,30LEAVE S_DTERMINATEGENERATE60TERMINATE1START1003.7（汽车清洗店，顾客有偏好）注：可用BOTH或是ALL模式，但是相对比较复杂，可用SELECT，实现更简单。

系统建模与仿真习题一及答案1. 有源网络如图所示（1） 列些输出0u 与输入1u 之间的微分方程。

（2） Ω=101R 、Ω=52R 、Ω=23R 、Ω=34R 、F C 2=，在零初始条件下，将（1）中的微分方程表示为传递函数、状态空间形式、零极点增益形式。

（3）求（2）中方程在输入1u 为单位阶跃响应下的输出曲线。

解：（1） 由运算放大器的基本特点以及电压定理)4()3()(1)2()()1(2132021421320111R i R i u dt i i Cu R i i u R i u R i u c c -=+=+++==⎰（3）式代入（2）式得：42121320)()(1R i i dt i i C R i u ++++=⎰ （5）消去中间变量21,i i 有13142430114131230111120)(1u R R R R R R u u R R dt u R R R R u R u C u R R u ++++++=⎰ 两边求导整理后得（2）代入数据可以得到微分方程为：11007.02.610u u u u--=+ 程序如下：clc;clear;num=[-6.2 -0.7]; den=[10 1]; Gtf=tf(num,den) Gss=ss(Gtf) Gzpk=zpk(Gtf)结果：Transfer function: -6.2 s - 0.7 ------------ 10 s + 1状态空间形式： a =x1 x1 -0.1 b =u1 x1 0.125 c =x1 y1 -0.064 d =u1 y1 -0.62Continuous-time model.Zero/pole/gain: -0.62 (s+0.1129) ---------------- (s+0.1)（3）由（2）知系统的传递函数为-6.2 s - 0.7 ------------ 10 s + 1系统的输入信号为单位阶跃函数，则其Laplace 变换为1/s ，这样系统的输出信号的Laplace 变换为Y(s)=-6.2 s - 0.7 ------------ 10 s^2 + s编写程序，将其表示为（R,P,Q ）形式 clc;clear; s=tf('s')Gtf=(-6.2*s-0.7)/(10*s^2+s) [num,den]=tfdata(Gtf,'v') [R,P,Q]=residue(num,den) R =0.0800 -0.7000 P =-0.1000 0 Q = []于是得到：7.008.0)(1.0-=-t e t y 绘制曲线程序： clc;clear; t=0:0.1:100;y=0.08*exp(-0.1*t)-0.7; plot(t,y)2.已知系统的框图如下：其中：G1=1/(s+1)，G2=s/(s^2+2)，G3=1/s^2，G4=(4*s+2)/(s+1)^2，G5=(s^2+2)/(s^3+14)。

西工大2022年4月机考《系统建模与仿真》作业参考答案试卷总分:100 得分:100本科目3次作答机会，每次试题内容相同，只是题目和选项顺序是随机调整的，大家可放心下载使用一、单选题(共20 道试题,共40 分)1.数学模型根据模型的状态变量可以分为（）。

A.连续变化模型和离散变化模型B.连续时间模型和离散时间模型C.确定性模型和随机性模型D.同构模型和同态模型正确答案:A2.在仿真模型一样，所要仿真的时间长度也一样的情况下，采用（）可获得最高的效率。

A.固定步长时间推进机制B.下次事件时间推进机制C.混合时间推进机制D.随机步长时间推进机制正确答案:B3.忽略具体事物的特殊性，着眼于整体和一般规律，这种研究方法是（）。

A.抽象B.归纳C.演绎D.推导正确答案:A4.（）是把过程调用和响应调用执行码结合在一起的过程A.汇编B.联编C.调试D.执行正确答案:B5.在系统与模型之间，如果在行为一级等价，则称之为（）。

A.同构模型B.同态模型C.数学模型D.本构模型正确答案:B6.一种产品进入市场之后，一般会经过销售速度先不断增加然后又逐渐下降的过程，这称为产品的（）。

A.生命周期B.保质期C.生产周期D.销售周期正确答案:A7.由于大多数微分方程是求不出其解析解的，因此研究其（）和数值解法是十分重要的手段。

A.离散性B.连续性C.非稳定性D.稳定性正确答案:D8.根据事件调度法建立的仿真模型称为（）仿真模型。

A.面向事件的B.面向对象的C.面向用户的D.面向系统的正确答案:A9.能够预定事件发生时间的策略方法是（）。

A.事件调度法B.活动扫描法C.进程交互法D.结果预测法正确答案:A10.系统在有确定输入时，得到的输出却不确定，这种事物发展变化没有确定因果关系的模型是（）。

A.连续变化模型B.离散变化模型C.随机性模型D.因果模型正确答案:C11.系统数学模型的建立需要按照模型论对输入、输出状态变量及其间的函数关系进行抽象，这种抽象理论称为（）。