计算机仿真试题及答案

控制系统计算机辅助设计综合实验指导实验名称：连续与离散系统校正实验，系统可控性与可观性实验，系统的simulink仿真实验陈茜编实验人：苏建聪学号：200830810122班级：08电气工程及其自动化1班信息工程系实验任务书1. 有一个单位负反馈控制系统，如果控制对象的传递函数为设计要求：① 相角裕度≥45°；② 当系统的输入信号是单位斜坡信号时，稳态误差ess ≤0.04。

③ 要求绘制出校正后系统和未校正系统的Bode 图及其闭环系统的单位阶跃响应曲线，并进行对比。

2. 有一个单位负反馈控制系统，如果控制对象的传递函数为：试设计一个串联滞后校正装置。

设计要求：①相角裕度≥45°；② 当系统的输入信号是单位斜坡信号时，稳态误差ess ≤0.04。

③ 要求绘制出校正后系统和未校正系统的Bode 图及其闭环系统的单位阶跃响应曲线，并进行对比。

3. 有一个单位负反馈控制系统，如果控制对象的传递函数为 ()()4+=s s k s G p试设计一个串联超前滞后校正装置，设计要求： ①相角裕度≥45°；② 当系统的输入信号是单位斜坡信号时，稳态误差ess ≤0.04。

③ 要求绘制出校正后系统和未校正系统的Bode 图及其闭环系统的单位阶跃响应曲线，并进行对比。

4. 系统结构图如图所示，其中，采样周期Ts=0.01s ，被控对象()()110+=s s s G ，()s G h 为零阶保持器。

用W 变换法设计一超前校正装置D(z)，使系统相位裕度γ≥50°，校验设计后系统的性能指标。

5. 系统结构图如图所示，其中，采样周期Ts=0.01s ，被控对象1)s(0.2s k )(+=s G ο，()s G h 为零阶保持器。

用对数频率法设计D(z)，使系统开环增益k ≥30(1/s)，截止频率ωc ≥15(1/s),相位裕度γ≥50 °1使 s 11se -1(s)-Tsh T G +≈=，求出未校正系统的开环系统的开环传递函数(s)(s)G G (s)0s =G ,的传递函数模型参数。

计算机仿真试题1．编写一个函数，使其能够产生如下的分段函数：错误！未找到引用源。

并调用此函数，绘制x=[0,+2]范围内的f(x)*f(x+2) 。

（10分）function y=f(x)if x<=2y=0.5*x;else if x>6y=0.5;else y=1.5-0.25*x;endendx=0:0.05:2;y= f(x)’*f(x+2));plot(x,y)图 1-12．已知4阶龙格-库塔算法如下：试利用该算法求解以下微分方程：（15分）本题可以调用MATLAB函数中龙格-库塔算法函数ode45，首先编写m文件：function dy=func(x,y)dy=-y+1;end再在主窗口调用此文件：[x,y]=ode45('func',[0,5],0)%这里的[0,5]为任取区间，表示方程在此范围的解。

运行结果如下:x =0.00010.00010.00020.00020.00050.00070.00100.00120.00250.00370.00500.00620.01250.01880.02510.0313 0.06270.09410.12550.15690.28190.40690.53190.65690.78190.90691.03191.15691.28191.40691.53191.65691.78191.90692.03192.15692.28192.40692.53192.65692.78192.90693.03193.15693.28193.40693.53193.65693.78193.90694.03194.15694.28194.40694.53194.65694.74274.82854.91425.0000y =0.00010.00010.00020.00020.00050.00070.00100.00120.0025 0.0037 0.0050 0.0062 0.0124 0.0186 0.0248 0.0309 0.0608 0.0898 0.1180 0.1452 0.2457 0.33430.41250.48160.54250.59630.64370.68550.72250.75510.78390.80930.83170.85150.86890.88430.89790.90990.92050.92980.93810.94540.95180.95740.96240.96690.97080.97420.97720.97990.98230.98430.98620.98780.98920.99050.99130.99200.99270.9933为只管起见，我们使用函数命令画出x-y（plot(x,y)）的关系如下图：图1-23．用matlab语言求下列系统的状态方程、传递函数、零极点增益、和部分分式形式的模型参数，并分别写出其相应的数学模型表达式：（15分）（1）G（s）=324327242410355024s s ss s s s+++++++（2）.X=2.25 -5 -1.25 -0.542.25 -4.25 -1.25 -0.2520.25 -0.5 -1.25 -121.25 -1.75 -0.25 -0.75 0X⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦uy= [0 2 0 2] X解：（1）a)求对应状态方程参数：num=[1 07 24 24]; den=[1 10 35 50 24]; [A,B,C,D]=tf2ss(num,den) 运行结果：A =-10 -35 -50 -241 0 0 00 1 0 00 0 1 0B =1C =1 7 24 24D =故，状态方程为：.X = x+ uY=[1 7 24 24]xb)求对应零极点增益模型参数：num=[1 07 24 24]; den=[1 10 35 50 24]; [Z,P,K]=tf2zp(num,den) 运行结果如下： Z =-2.7306 + 2.8531i -2.7306 - 2.8531i -1.5388P = -4.0000 -3.0000 -2.0000 -1.0000K = 1故变换后的零极点模型为： G(s)=c)求对应部分分式型：num=[1 07 24 24]; den=[1 10 35 50 24]; [R,P,H]=residue(num,den) 运行结果如下： R =4.0000 -6.0000 2.0000 1.0000P =-4.0000 -3.0000 -2.0000 -1.0000H = []故变换后的部分分式模型为：11223644)(+++++-+=s s s s s G（2）由题给条件，知：A=[2.25 -5 -1.25 -0.5; 2.25 -4.25 -1.25 -0.25;0.25 -0.5 -1.25 -1;1.25 -1.75-10 -35 -50 -24 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 010 0 0-0.25 -0.75] B=[4;2;2;0] C=[0 2 0 2],D=0 a)求传递函数矩阵： [num,den]=ss2tf(A,B,C,D) 运行结果为： num =0 4.0000 14.0000 22.0000 15.0000 den =1.0000 4.0000 6.2500 5.25002.2500 故，所对应传递函数模型为：25.225.525.641522144)(23423+++++++=s s s s s s s s Gb)求零极点模型：num=[0 4 14 22 15];en=[1 4 6.25 5.25 2.25]; [Z,P,K]=tf2zp(num,den) 运行结果为： Z =-1.0000 + 1.2247i -1.0000 - 1.2247i -1.5000 P =-1.5000 -1.5000 -0.5000 + 0.8660i -0.5000 - 0.8660iK =4.0000故，零极点模型为：)866.05.0()5.1()2247.11)(5.1(4)(2i s s i s s s G ±++±++=c)求对应部分分式模型： [R,P,H]=residue(num,den) 运行结果为： R =4.0000 -0.0000-0.0000 - 2.3094i -0.0000 + 2.3094iP =-1.5000 -1.5000 -0.5000 + 0.8660i -0.5000 - 0.8660iH = []故变换后的部分分式模型为：i s ii s i s s G 866.05.03094.2866.05.03094.25.14)(+++-+-++=4．已知一单位反馈系统开环传递函数为：，试绘制系统Nyquist图，判断闭环系统的稳定性，并求其单位阶跃响应。

计算机仿真试题A 参考答案四、程序设计与算法题1. (只要是完成题目要求的程序都可以得分)(a)I=imread('flowers.jpg');J=imadd(I,50);K=immultiply(J,0.7);subplot(1,2,1), subimage(I);subplot(1,2,2),subimage(K);(b)I=imread(‘flowers.jpg’);J=imresize(I,1.2);K=imrotate(J,-45,’bilinear’,’crop’);subplot(131),subimage(I);subplot(132),subimage(J);subplot(133),subimage(K);(c)I=imread('flowers.jpg');[x,y,z]=cylinder;warp(x,y,z,I);J=rgb2gray(I);figure,imshow(J);2.主要算法流程如下：程序代码：%Example of PCA analysisclear all, close all;N=1000;fs=500;w=(1:N)*2*pi/fs;t=1:N;x=0.75*sin(w*5);y=sawtooth(w*7,0.5);D(1,:)=.5*y+.5*x+.1*rand(1,N);D(2,:)=.2*y+.7*x+.1*rand(1,N);D(3,:)=.7*y+.2*x+.1*rand(1,N);D(4,:)=-.6*y+-.24*x+.2*rand(1,N);D(5,:)=.6*rand(1,N);plot(t,D(1,:)+0,t,D(2,:)+2,t,D(3,:)+4,t,D(4,:)+6,t,D(5,:)+8);figure;for i=1:5D(i,:)=D(i,:)-mean(D(i,:));end[U,S,pc]=svd(D,0);pc=pc(:,1:5);for i=1:5pc(:,i)=pc(:,i)*sqrt(eigen(i));endfigure;plot(t,pc(:,1)-2,t,pc(:,2)+2);3(a)(注意这里n=4), As x =得：x As 1-= （b ）流程图类似于上题，但注意这里已经有了混合信号，所以无需产生；并且是用ICA 进行分析。

第一章1.计算机仿真系统的三要素（）答案:计算机、模型、系统2.系统研究一般有哪些方法（）答案:仿真实验法;理论解析法;直接实验法3.哪些是以硬件为基础的仿真软件( )答案:Proteus4.欠实时仿真，仿真时钟比实际时钟慢。

例如烟火爆炸的仿真分析。

答案:对5.计算机仿真算法的误差主要有（）答案:截断误差;舍入误差第二章1.MATLAB软件中，下面哪个命令是用来显示当前文件夹中文件名字的（）答案:what2.下面这些哪个是属于元素群运算（点运算）（）答案:exp(x)3.哪个是以硬件为基础的仿真软件( )答案:Proteus4.MATLAB是（矩阵实验室），其基本变量是矩阵，其数值元素的格式只有双精度（double）这种形式存在于MATLAB的workpace空间中。

答案:错5.在MATLAB中，运行以下代码，b的结果是（）a=[1,0;1,0];b=all(a)答案:[1,0]第三章1.MATLAB中代码文件中边表明文件为函数文件的关键字是（）答案:function2.在MATLAB的命令窗口中，运行以下代码，b的结果是（）a=[1,0,1,0];forn=ax=n(1)&n(2);end答案:出现错误提示3.在MATLAB的fig窗口中，可以直接打开以下（）格式的图形文件答案:fig4.在MATLAB中，对于m函数文件，下面的描述不正确的是（）答案:m函数文件是不能够被simulink来调用的5.全局变量是共有变量，在函数文件中不能够直接访问，需要设置一个输入参数才能访问。

答案:错第四章1.以下说法不正确的是（）答案:不同幂次的两个多项式不能进行乘法运算2.当实验或测试所获得的样本数据有误差时，适合用来估算数据的方法是（）答案:曲线拟合3.若在MATLAB中已有语句a=sym(1); b=1; x=sym('b')，则以下叙述正确的是（）答案:a是符号常量，x是符号变量4.若使用命令taylor(f,x,1,'Order',6)对f进行泰勒展开，则展开式的最高阶为（）答案:55.在命令行窗口输入下列命令，则命令执行后的输出结果是（）>>f=sym(1);>> eval(int(f,1,4))答案:3第五章1.启动Simulink的方法有（）答案:在命令行窗口中输入simulink命令;在“主页”选项卡中单击“文件”命令组中的“新建”命令按钮;在“主页”选项卡中单击SIMULINK命令组中的“Simulink”命令按钮2.在一个模型窗口上按住一个模块并同时按Shift键移动到另一个模型窗口，则（）答案:在两个模型窗口都有这个模块3.为子系统定制参数设置对话框和图标，使子系统本身有一个独立的操作界面，这种操作称为子系统的（）答案:封装4.已知仿真模型如图所示，各模块参数均采用默认设置，则示波器的输出波形是（）答案:5.以下关于S函数的描述中，正确的有（）答案:S函数有现成的模板程序;S函数模块能够被封装;利用S函数可以对Simulink模块库进行扩充第六章1.下列对象中，哪一个不属于MATLAB控制系统工具箱中规定的LTI对象？（）答案:极点留数对象2.tf2zpk函数的作用是？（）答案:零极点增益模型转换为状态空间模型3.在MATLAB命令窗口运行如下代码，返回结果为：（）>>sys = drss(3,4)；isct(sys)答案:14.求系统sys的阶跃相应，返回系统的输出和状态，step函数的调用格式为：（）答案:[y,t,x]=step(sys)5.给定开环系统模型作波特图，频率向量w自动给出，作波特图，并在图上标注幅值裕度Gm和对应的频率wg，相位裕度Pm和对应的频率wp，所用函数及调用格式为：（）答案:margin(sys)第七章1.在MATLAB的m文件中，可以将滞后环节转化为有理数形式的函数是？（）答案:pade2.在simulink中，有多种PID模块，其中下面哪一个是离散的PID模块（）答案:;3.在MATLAB的m文件中，LTI对象中属于滞后特征的属性是( )答案:Outputdelay;IOdelay;Inputdelay4.simulink中，PID模块中的只有Kp，Ki，Kd三个参数可以设置。

计算机仿真技术考试试题(安徽建筑工业学院)1－1 仿真遵循的基本原则是什么？相似原理 1 - 2龙格－库塔的思想(省略) 1、简述计算机仿真的基本步骤。

答：（1）根据仿真目的确定仿真方案；（2）建立系统的数学模型；（3）选择合适仿真方法，建立仿真模型；（4）编写仿真程序并进行程序调试；（5）进行仿真实验；（6）仿真结果分析。

2、试比较数值积分法与离散相似法的区别。

答：数值积分法：比较成熟，精度较高，计算公式复杂，计算量大，适合离线仿真；离散相似法：计算公式简单，计算量小，速度快，精度较数值积分法低，适合在线仿真。

3、已知系统结构图如下图所示，1、2、3、4、5为典型环节，a 为常数，试写出其连接矩阵W 、W0、Wc （10分）解：由图可知⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+=+===-=415314231241x x u xx u x u xu ax r u ， 从而：r x x x x x a u u u u u U ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=000010100100101000100000100005432154321[]⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡==54321510000x x x x x x y所以：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=01001010*******000010000a W ， ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=000010W ， []10000=c W4、已知系统状态空间表达式为[]⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡=Xt y t u X X 01)()(012101 ，⎥⎦⎤⎢⎣⎡=11)0(X ，计算步长1.0=h ，输入信号1=u （0≥t ）试采用欧拉法，四阶龙格－库塔法计算h t =时对应的y 值。

（12分）解：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=11)0(X ，⎥⎦⎤⎢⎣⎡=2101A ，⎥⎦⎤⎢⎣⎡=01B ，[]01=C 欧拉法：()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⋅⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡=++⎥⎦⎤⎢⎣⎡=+=3.12.11.010*********)0()0(11))0(,0()0()(h Bu AX hX f X h X 2.1)()(==h CX h y 四阶龙格－库塔法： ()⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡==3201112101)0(,01X f K ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎪⎭⎫⎝⎛⋅++=4.31.2013221.011210121.0)0(,21.0012K X f K⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎪⎭⎫⎝⎛⋅++=445.3105.2014.31.221.011210121.0)0(,21.0023K X f K()⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⋅++=8995.32105.201445.3105.21.01121011.0)0(,1.0034K X f K()⎥⎦⎤⎢⎣⎡=++++=3432.12103.1226)0()(4321K K K K hX h X 2103.1)()(==h CX h y5、已知系统传递函数)1(2)()()(+==s s s U s Y s G ，试采用双线性变换法求解系统差分方程，计算步长h ＝0.1s （10分）。

《计算机仿真技术》考试试卷(A卷)班级姓名学号一．填空题。

(每空1分，共20分)1、计算机仿真中系统由_________________、_________________、________________等三个要素组成。

2、常见的系统实验建模法有________________、________________、________________、________________等几种方法。

3、叙述simulink中常见的可变步长的仿真算法有：________________、________________、________________、________________。

(任举四种)4、MA TALB的Comand windows窗口中可以显示workspace中的全部变量的命令是_________________、_________________。

5、计算机仿真算法的算法引起的误差是________________、________________。

6、三维立体绘图中，________________ 是三维曲线绘图命令，________________是三维网格线绘图命令，________________着色表面图绘图命令。

7、符号运算中，泰勒级数计算的函数是________________傅里叶变换的函数________________二．简答题。

(本题5小题，每题8分，共40分)1、计算机仿真的目的和作用2、列举几种计算机仿真软件，并简要介绍一下（要求4种以上）3、matlab主界面主要包括那些窗口，分别有什么样的功能4、局部变量和全局变量之间的区别5、计算机仿真技术中相似性主要包含那几个方面三．编程题 (本题6小题、共40分)根据下面要求，写出程序代码。

1、(5分)设(2E－C-1B)A T=C-1，其中E是4阶单位矩阵，A T是4阶矩阵A的转置。

求矩阵A2、(5分)输入下面的矩阵，求出特征多项式和特征根，并求出特征多项式的微分。

《计算机仿真技术》考试试卷(B 卷)班级 姓名 学号一．填空题。

(每空1分，共20分)1、计算机仿真技术三要素是_______________、_________________、________________。

2、计算机仿真中模型能够代表系统来进行研究，模型主要有________________、________________、________________、________________等几类模型。

3、叙述simulink 中常见的固定步长的仿真算法有：________________、________________、________________、________________。

(任举四种)4、MATALB 主要相似性主要包含以下几种相似_________________、________________、___________________。

5、Simulink 中主要包含_________________、________________、_______________等几种模块。

6、符号运算中，泰勒级数计算的函数是________________，拉普拉斯变换的函数________________，傅里叶级数的计算函数是________________。

二．简答题。

(本题5小题，每题8分，共40分)1、简述根据信号类型分类，计算机仿真主要包含哪几种类型。

2、简述蒙特卡洛法建模的步骤。

3、m 函数文件和m 文本文件之间的区别。

4、叙述三维立体绘图常用的几个绘图指令及其功能。

5、简述matlab 软件的基本组成三．编程题 (本题6小题、共40分)根据下面要求，只需写出程序代码，不需计算结果和图形。

1、(5分)写出右面的矩阵D ，求出其大于4的元素有几个，⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=059123107D并通过变量列出其在矩阵的位置和序号2、(5分)求解下面矩阵A 的行列式和逆矩阵，并利用命令取出系数矩阵的逆矩阵的第二行的数据，以小数点后面两位数值的形式显示出来。

《计算机仿真》操作类试题及答案
一. 采用Simulink 模块仿真，将两个正弦源的频率设置为1Hz 和10Hz ，信号幅度均为1V ；要求示波器显示两个正弦波以及相乘后的波形。

（满分20分） 仿真参数设置：
仿真时间设置：0 到 2s 。

仿真步长设置：定步长（Fixed--Step ），最大步长0.001s 。

仿真算法设置：龙格--库塔法的 5 阶算法（ode5）。

二. 在Simulink 集成环境下建立如下图冲击响应控制模型，给定信号为0s 输入单位的阶跃信号，0.3秒后在扰动信号点输入单位阶跃信号。

仿真时间10秒，绘制相应的响应曲线。

（满分30分）
三. 已知R1=40Ω，R2=60Ω，C1=1μF ，L1=0.1mH ，t t u 3
s 102cos 40)(⨯⨯=π V,采用Simulink 建模，
仿真时间2s ，求：流过电阻R1的电流，电阻R2两端的电压，各测量采用display 模块显示输出。

（满分20分）
四、一台他励直流电动机电枢回路串接电阻起动，试用MATLAB/Simulink 对其起动过程进行仿真。

采用ode15s 算法，可变步长，仿真时间2s ，直流电源240V ，励磁电源300V ，其它参数如图。

（满分30分）
可以设置这台直流电机的各种参数：
起动器子系统，连接端口1、2采用connection port封装：
答案：
一. 仿真模型：
仿真结果：
二. 仿真模型：
仿真结果：
三.仿真结果：
四.仿真模型：
仿真结果：。