控制系統(tǒng)數(shù)字仿真習(xí)題.doc

控制系統(tǒng)數(shù)字仿真題庫(kù)填空題1.定義一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，首先要確定系統(tǒng)的 ；邊界確定了系統(tǒng)的范圍，邊界以外對(duì)系統(tǒng)的作用稱為系統(tǒng)的 ，系統(tǒng)對(duì)邊界以為環(huán)境的作用稱為系統(tǒng)的 。1.定義一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，首先要確定系統(tǒng)的邊界；邊界確定了系統(tǒng)的范圍，邊界以外對(duì)系統(tǒng)的作用稱為系統(tǒng)的輸入，系統(tǒng)對(duì)邊界以為環(huán)境的作用稱為系統(tǒng)的輸出。2系統(tǒng)的三大要素為： 、 和 。2系統(tǒng)的三大要素為：實(shí)體、屬性和活動(dòng)。3人們描述系統(tǒng)的常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)為： 、 、 和 3人們描述系統(tǒng)的常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)為：實(shí)體、屬性、 事件 和活動(dòng)。4人們經(jīng)常把系統(tǒng)分成四類，分別為： 、 、 和 4人們經(jīng)常把系統(tǒng)分成四類，它們分別為：連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)、采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)和離散-連續(xù)系統(tǒng)。5、根據(jù)系統(tǒng)的屬性可以將系統(tǒng)分成兩大類： 和 。5、根據(jù)系統(tǒng)的屬性可以將系統(tǒng)分成兩大類：工程系統(tǒng)和非工程系統(tǒng)。6根據(jù)描述方法不同，離散系統(tǒng)可以分為： 和 。6根據(jù)描述方法不同，離散系統(tǒng)可以分為：離散時(shí)間系統(tǒng) 和 離散事件系統(tǒng) 。7. 系統(tǒng)是指相互聯(lián)系又相互作用的 的有機(jī)組合。7. 系統(tǒng)是指相互聯(lián)系又相互作用的實(shí)體的有機(jī)組合。8根據(jù)模型的表達(dá)形式，模型可以分為 和數(shù)學(xué)模型二大類，期中數(shù)學(xué)模型根據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)形式的不同可分為二種，分別為： 和 。8根據(jù)模型的表達(dá)形式，模型可以分為 物理模型 和數(shù)學(xué)模型二大類，期中數(shù)學(xué)模型根據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)形式的不同可分為二種，分別為： 靜態(tài)模型 和 動(dòng)態(tài)模型 。9連續(xù)時(shí)間集中參數(shù)模型的常見(jiàn)形式為有三種，分別為： 、 和 。9連續(xù)時(shí)間集中參數(shù)模型的常見(jiàn)形式為有三種，分別為： 微分方程 、 狀態(tài)方程 和 傳遞函數(shù) 。10、采用一定比例按照真實(shí)系統(tǒng)的樣子制作的模型稱為 ，用數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)描述系統(tǒng)內(nèi)在規(guī)律的模型稱為 。10、采用一定比例按照真實(shí)系統(tǒng)的樣子制作的模型稱為物理模型，用數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)描述系統(tǒng)內(nèi)在規(guī)律的模型稱為數(shù)學(xué)模型。11靜態(tài)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)形式一般是 方程和邏輯關(guān)系表達(dá)式等，而動(dòng)態(tài)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)形式一般是 方程和 方程。11靜態(tài)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)形式一般是 代數(shù) 方程和邏輯關(guān)系表達(dá)式等，而動(dòng)態(tài)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)形式一般是 微分 方程和 差分 方程。12系統(tǒng)模型根據(jù)描述變量的函數(shù)關(guān)系可以分類為 模型和 模型。12系統(tǒng)模型根據(jù)描述變量的函數(shù)關(guān)系可以分類為 線性 模型和 非線性 模型。13仿真模型的校核是指檢驗(yàn) 模型和 模型是否一致。13 仿真模型的校核是指檢驗(yàn) 數(shù)字仿真 模型和 數(shù)學(xué) 模型是否一致。14仿真模型的驗(yàn)證是指檢驗(yàn) 模型和 系統(tǒng)是否一致。14仿真模型的驗(yàn)證是指檢驗(yàn) 數(shù)字仿真 模型和 實(shí)際 系統(tǒng)是否一致。 15計(jì)算機(jī)仿真的三個(gè)要素為： 、 與 。15計(jì)算機(jī)仿真的三個(gè)要素為：系統(tǒng)、模型與計(jì)算機(jī)。16系統(tǒng)仿真的三個(gè)基本活動(dòng)是 、 和 。16系統(tǒng)仿真的三個(gè)基本活動(dòng)是系統(tǒng)建模、仿真建模和仿真試驗(yàn)。17系統(tǒng)仿真根據(jù)模型種類的不同可分為三種： 、 和 。17系統(tǒng)仿真根據(jù)模型種類的不同可分為三種：物理仿真、數(shù)學(xué)仿真和數(shù)學(xué)-物理混合仿真。18根據(jù)仿真應(yīng)用目的的不同，計(jì)算機(jī)仿真應(yīng)用分為四類，分別為： 、 、 和 18根據(jù)仿真應(yīng)用目的的不同，人們經(jīng)常把計(jì)算機(jī)仿真應(yīng)用分為四類，分別為： 系統(tǒng)分析 、 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 、 理論驗(yàn)證 和 人員訓(xùn)練 。19計(jì)算機(jī)仿真是指將 在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。19計(jì)算機(jī)仿真是指將模型在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。20. 仿真依據(jù)的基本原則是: 。20. 仿真依據(jù)的基本原則是:相似原理。21. 連續(xù)系統(tǒng)仿真中常見(jiàn)的一對(duì)矛盾為計(jì)算 和計(jì)算 。21. 連續(xù)系統(tǒng)仿真中常見(jiàn)的一對(duì)矛盾為計(jì)算速度和計(jì)算精度。22保持器是一種將離散時(shí)間信號(hào)恢復(fù)成 的裝置。22保持器是一種將離散時(shí)間信號(hào)恢復(fù)成連續(xù)信號(hào)的裝置。23零階保持器能較好地再現(xiàn) 信號(hào)。23零階保持器能較好地再現(xiàn)階躍信號(hào)。24. 一階保持器能較好地再現(xiàn) 信號(hào)。24. 一階保持器能較好地再現(xiàn)斜坡信號(hào)。25. 二階龍格-庫(kù)塔法的局部截?cái)嗾`差為 。25. 二階龍格-庫(kù)塔法的局部截?cái)嗾`差為O()。26三階隱式阿達(dá)姆斯算法的截?cái)嗾`差為: 。26三階隱式阿達(dá)姆斯算法的截?cái)嗾`差為:O()。27四階龍格-庫(kù)塔法的局部截?cái)嗾`差為 。27四階龍格-庫(kù)塔法的局部截?cái)嗾`差為O()。28根據(jù)計(jì)算穩(wěn)定性對(duì)步長(zhǎng)h是否有限制，數(shù)值積分算法可以分為二類，分別是： 和 。28根據(jù)計(jì)算穩(wěn)定性對(duì)步長(zhǎng)h是否有限制，數(shù)值積分算法可以分為二類，分別是： 條件穩(wěn)定算法 和 絕對(duì)穩(wěn)定算法 。29. 根據(jù)數(shù)值積分算法本次計(jì)算只用到前一次的計(jì)算結(jié)果，還是需要更前面的多次結(jié)果，數(shù)值積分算法可以分為二類，分別是： 和 。 29. 根據(jù)數(shù)值積分算法本次計(jì)算只用到前一次的計(jì)算結(jié)果，還是需要更前面的多次結(jié)果，數(shù)值積分算法可以分為二類，分別 單步 法和 多步 法 。30. 根據(jù)數(shù)值積分算法本次計(jì)算是否是需要前面的多次結(jié)果，常見(jiàn)的RK法和Adams法分別是： 法和 法。 30. 根據(jù)數(shù)值積分算法本次計(jì)算是否是需要前面的多次結(jié)果，常見(jiàn)的RK法和Adams法分別是： 單步 法和 多步 法。 31龍格-庫(kù)塔法的基本思想是用幾個(gè)點(diǎn)上函數(shù)值的 來(lái)避免計(jì)算函數(shù)的高階導(dǎo)數(shù)、提高數(shù)值計(jì)算的精度。31龍格-庫(kù)塔法的基本思想是用幾個(gè)點(diǎn)上函數(shù)值的 線性組合 來(lái)避免計(jì)算函數(shù)的高階導(dǎo)數(shù)、提高數(shù)值計(jì)算的精度。32. 根據(jù)本次計(jì)算時(shí)用到的數(shù)據(jù)是否全部已知，數(shù)值積分算法可以分成二類： 和 。32. 根據(jù)本次計(jì)算時(shí)用到的數(shù)據(jù)是否全部已知，數(shù)值積分算法可以分成二類：顯式算法和隱式算法。33. 數(shù)值積分法步長(zhǎng)的選擇應(yīng)遵循的原則為計(jì)算 及計(jì)算 。33. 數(shù)值積分法步長(zhǎng)的選擇應(yīng)遵循的原則為計(jì)算穩(wěn)定性及計(jì)算精度。34. 采用數(shù)值積分方法時(shí)有兩種計(jì)算誤差，分別為 和 。34. 采用數(shù)值積分方法時(shí)有兩種計(jì)算誤差，分別為截?cái)嗾`差和舍入誤差。35. 離散相似法在采樣周期上應(yīng)該滿足 定理。35. 離散相似法在采樣周期上應(yīng)該滿足 采樣（香農(nóng)）定理。36. 常用快速數(shù)字仿真算法有增廣矩陣法、時(shí)域矩陣法、 和 。36. 常用快速數(shù)字仿真算法有增廣矩陣法、時(shí)域矩陣法、替換法和根匹配法。37. 一般對(duì)快速數(shù)字仿真算法有二點(diǎn)基本要求，分別為： 和 。37. 一般對(duì)快速數(shù)字仿真算法有二點(diǎn)基本要求，分別為： 每步計(jì)算量小 和 良好的計(jì)算穩(wěn)定性 。38. MATLAB中，最常用的將連續(xù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成離散系統(tǒng)的函數(shù)為 。38. MATLAB中，最常用的將連續(xù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成離散系統(tǒng)的函數(shù)為 c2d函數(shù) 。39. 雙線性替換法的基本公式為 。39. 雙線性替換法的基本公式為：。 40. 采樣控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真的一般方法為： 和 。40. 采樣控制系統(tǒng)的數(shù)字仿真的一般方法為：差分方程遞推求解法和雙重循環(huán)方法。41. 采樣控制系統(tǒng)是既有 信號(hào)又有 信號(hào)的混合系統(tǒng)。41. 采樣控制系統(tǒng)是既有連續(xù)信號(hào)又有離散信號(hào)的混合系統(tǒng)。42. 采樣系統(tǒng)按 重復(fù)工作。42. 采樣系統(tǒng)按采樣周期T重復(fù)工作。43. 已知某采樣控制系統(tǒng)的數(shù)字校正環(huán)節(jié)為，采樣周期為T(mén)=0.02秒，試寫(xiě)出該校正環(huán)節(jié)的數(shù)字仿真模型 。43. 已知某采樣控制系統(tǒng)的數(shù)字校正環(huán)節(jié)為，采。樣周期為T(mén)=0.02秒，試寫(xiě)出該校正環(huán)節(jié)的數(shù)字仿真模型。44.為了確定控制器的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)，人們往往會(huì)提出二類優(yōu)化問(wèn)題，分別為： 、 和 。44.為了確定控制器的結(jié)構(gòu)及其參數(shù)，人們往往會(huì)提出二類優(yōu)化問(wèn)題，分別為：函數(shù)優(yōu)化問(wèn)題和參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題。45. 控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中目標(biāo)函數(shù)一般可以分為二類： 和誤差積分型 目標(biāo)函數(shù)，其中后者常用的目標(biāo)函數(shù)有： 、 、 、 、 和時(shí)間平方乘以誤差平方的積分（ITSE）。45. 控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中目標(biāo)函數(shù)一般可以分為二類：加權(quán)性能指標(biāo)型目標(biāo)函數(shù)和誤差積分型目標(biāo)函數(shù)，其中后者常用的目標(biāo)函數(shù)有：誤差絕對(duì)值的積分（IAE）、誤差平方的積分（ISE）、 時(shí)間乘以誤差絕對(duì)值的積分（ITAE）、時(shí)間乘以誤差平方的積分（ITSE）、時(shí)間平方乘以誤差絕對(duì)值的積分（ISTAE）和時(shí)間平方乘以誤差平方的積分（ITSE）。46. 參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題也稱為靜態(tài)優(yōu)化問(wèn)題，解決參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題的尋優(yōu)途徑一般有二種： 和 。46. 參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題也稱為靜態(tài)優(yōu)化問(wèn)題，解決參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題的尋優(yōu)途徑一般有二種：間接尋優(yōu)法 和直接尋優(yōu)法。47. 目標(biāo)函數(shù)，在初值點(diǎn)處的梯度方向?yàn)?。47. 目標(biāo)函數(shù)，在初值點(diǎn)處的梯度方向?yàn)? 。48. 在二維情況，正規(guī)單純形是一個(gè) 。48. 在二維情況，正規(guī)單純形是一個(gè)正三角形。49. 在三維情況，正規(guī)單純形是一個(gè) 。49. 在三維情況，正規(guī)單純形是一個(gè)正四面體 。50. 單純形是一種 尋優(yōu)方法。50. 單純形是一種 直接 尋優(yōu)方法。51. 從計(jì)算穩(wěn)定性角度分析，常見(jiàn)的數(shù)值積分法是 的算法，雙線性替換法是 的算法，根匹配法是 的算法。51. 從計(jì)算穩(wěn)定性角度分析，常見(jiàn)的數(shù)值積分法是 條件穩(wěn)定 的算法，雙線性替換法是 絕對(duì)穩(wěn)定 的算法，根匹配法是 絕對(duì)穩(wěn)定 的算法。52. Simulink是MATLAB下的數(shù)字仿真工具，其文件類型為 ，它提供了用 “畫(huà)出”系統(tǒng)框圖的方式進(jìn)行建模，主要用于 系統(tǒng)的建模。52. Simulink是MATLAB下的數(shù)字仿真工具，其文件類型為 .mdl ，它提供了用 鼠標(biāo) “畫(huà)出”系統(tǒng)框圖的方式進(jìn)行建模，主要用于 動(dòng)態(tài) 系統(tǒng)的建模。53. 控制系統(tǒng)仿真過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)步長(zhǎng)自動(dòng)控制的前提是 。53. 控制系統(tǒng)仿真過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)步長(zhǎng)自動(dòng)控制的前提是 誤差估計(jì) 。54. c2d函數(shù)的調(diào)用格式為c2d(sys,T,method),當(dāng)method為tustin時(shí)，離散化的方法為 ，當(dāng)method為matched時(shí)，離散化的方法為 。54. c2d函數(shù)的調(diào)用格式為c2d(sys,T,method),當(dāng)method為tustin時(shí)，離散化的方法 為 雙線性變換法，當(dāng)method為matched時(shí)，離散化的方法為 零極點(diǎn)根匹配法 。55. 根匹配法依據(jù)的映射關(guān)系為 ，若G(s)的分母階次n高于其分子階次m， 則在G(z)的分子上還需要配上 個(gè)附加零點(diǎn)。55. 根匹配法依據(jù)的映射關(guān)系為 ，若G(s)的分母階次n高于其分子階次m， 則在G(z)的分子上還需要配上 n-m 個(gè)附加零點(diǎn)。56. 將實(shí)際系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型，稱之為 , 將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為可在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行 的仿真模型，稱之為 。56. 將實(shí)際系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型，稱之為一次模型化, 將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為可在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行 的仿真模型，稱之為二次模型化。簡(jiǎn)答題：1、（本題5分）簡(jiǎn)述利用模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)的原因。 系統(tǒng)尚未建立。 在實(shí)際系統(tǒng)上做試驗(yàn)會(huì)破壞系統(tǒng)的運(yùn)行。 當(dāng)人是系統(tǒng)的一部分時(shí)，心理作用會(huì)影響試驗(yàn)的效果。 在實(shí)際系統(tǒng)上做多次試驗(yàn)時(shí)，很難保證每次的操作條件都相同，因而無(wú)法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)劣作出正確的判斷。 試驗(yàn)時(shí)間太長(zhǎng)或太短或試驗(yàn)費(fèi)用太大或試驗(yàn)有危險(xiǎn)。 無(wú)法復(fù)原。2、（本題5分）簡(jiǎn)述系統(tǒng)仿真的一般步驟。問(wèn)題的描述 建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成仿真模型 編程和調(diào)試 仿真模型的校核和驗(yàn)證 在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真試驗(yàn)，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析3、（本題5分）簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)仿真的優(yōu)點(diǎn)。 （1）對(duì)尚處于論證或設(shè)計(jì)階段的系統(tǒng)進(jìn)行研究，唯一的方法就是仿真。（2）經(jīng)濟(jì)、安全、效率高。（3）研究系統(tǒng)非常方便靈活。4、（本題5分）在應(yīng)用仿真技術(shù)研究系統(tǒng)時(shí)，為什么要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)？ 因?yàn)榉抡媸窃谀Ｐ蜕献鲈囼?yàn)，是一種廣義的試驗(yàn)。因此，仿真基本上是一種通過(guò)試驗(yàn)來(lái)研究系統(tǒng)的綜合試驗(yàn)技術(shù)，具有一般試驗(yàn)的性質(zhì)，而進(jìn)行試驗(yàn)研究通常是需要進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。5、（本題5分）解析法與仿真法有何不同？解析法又稱為分析法，它是應(yīng)用數(shù)學(xué)推導(dǎo)、演繹去求解數(shù)學(xué)模型的方法。仿真法是通過(guò)在模型上進(jìn)行一系列試驗(yàn)來(lái)研究問(wèn)題的方法。利用解析法求解模型可以得出對(duì)問(wèn)題的一般性答案，而仿真法的每一次運(yùn)行則只能給出在特定條件下的數(shù)值解。解析法常常是圍繞著使問(wèn)題易于求解，而不是使研究方法更適合于問(wèn)題，常常因?yàn)榇嬖谥T多困難而不能適用。從原則上講，仿真法對(duì)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的形式及復(fù)雜程度沒(méi)有限制，是廣泛適用的，但當(dāng)模型的復(fù)雜程度增大時(shí)，試驗(yàn)次數(shù)就會(huì)迅速增加，從而影響使用效率。6、（本題5分）簡(jiǎn)述系統(tǒng)、模型及仿真三者之間的關(guān)系。系統(tǒng)是被研究的對(duì)象，模型是對(duì)系統(tǒng)的描述，仿真是通過(guò)模型研究系統(tǒng)的一種工具或手段。7、（本題5分）試畫(huà)出仿真軟件基本結(jié)構(gòu)圖并簡(jiǎn)述其基本功能。 主控模塊：進(jìn)行仿真邏輯控制，調(diào)用、安排下面各功能模塊工作，完成對(duì)仿真過(guò)程的控制。 輸入模塊：負(fù)責(zé)輸入系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，設(shè)置及修改仿真用參數(shù)。 運(yùn)行模塊：負(fù)責(zé)仿真運(yùn)算，是整個(gè)仿真軟件的核心。 輸出模塊：負(fù)責(zé)輸出仿真結(jié)果。8、（本題5分）簡(jiǎn)述單步法數(shù)值積分算法的優(yōu)點(diǎn)。需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量少，占用的存儲(chǔ)空間少；只需要知道初值，就可以啟動(dòng)遞推公式進(jìn)行運(yùn)算，即可以自啟動(dòng)； 容易實(shí)現(xiàn)變步長(zhǎng)運(yùn)算。 9、（本題5分）簡(jiǎn)述多步法數(shù)值積分算法的優(yōu)缺點(diǎn)。 多步法的優(yōu)點(diǎn)：欲達(dá)到相同的精度，計(jì)算工作量要小得多。 多步法的缺點(diǎn)：不能自啟動(dòng)。10、（本題5分）簡(jiǎn)述數(shù)值積分算法的選擇原則。 選擇時(shí)應(yīng)考慮的原則：（1）精度要求；（2）計(jì)算速度；（3）計(jì)算穩(wěn)定性；（4）自啟動(dòng)能力； （5）步長(zhǎng)變化能力。11、（本題5分）簡(jiǎn)述離散相似算法的優(yōu)缺點(diǎn)。 與數(shù)值積分算法相比，離散相似算法的每步計(jì)算量要小得多，穩(wěn)定性也要好得多，因而允許采用較大的計(jì)算步長(zhǎng)。然而，它通常只適合線性定常系統(tǒng)的仿真，具有一定的局限性。12、（本題5分）簡(jiǎn)述離散相似算法的原理。 離散相似算法借助于離散系統(tǒng)的理論和方法，將連續(xù)系統(tǒng)作虛擬的離散化處理，從而建立與原連續(xù)系統(tǒng)模型等價(jià)（相似）的離散化模型來(lái)進(jìn)行數(shù)字仿真。13、（本題5分）簡(jiǎn)述實(shí)際應(yīng)用的哪些場(chǎng)合需要采用快速數(shù)字仿真算法?利用仿真技術(shù)進(jìn)行控制系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)；在數(shù)學(xué)-物理混合仿真中，并且系統(tǒng)比較復(fù)雜或者方程個(gè)數(shù)很多；在復(fù)雜系統(tǒng)的控制中，需要在線用仿真方法對(duì)被控系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以確定系統(tǒng)的控制策略時(shí)。14、（本題5分）簡(jiǎn)述根匹配法的原理。根匹配法的基本思想是要使離散化模型的瞬態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性與原連續(xù)系統(tǒng)保持一致。更明確地說(shuō)，就是要使離散化后所得脈沖傳遞函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)與原連續(xù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)相匹配。15、（本題5分）簡(jiǎn)述相匹配原理相匹配的含義是，如果被仿真系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是穩(wěn)定的，則其仿真模型也應(yīng)該是穩(wěn)定的，并且二者的瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性一致。如果對(duì)于同一輸入信號(hào)，二者的輸出具有相一致的時(shí)域特性，或者二者具有相一致的頻率特性，則稱仿真模型與原系統(tǒng)模型相匹配。16、（本題5分）簡(jiǎn)述采樣控制系統(tǒng)數(shù)字仿真中連續(xù)部分離散化時(shí)的步長(zhǎng)h如何選取?若仿真的任務(wù)僅要求計(jì)算系統(tǒng)輸出y(t)而不要求計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變量，且連續(xù)部分的整體脈沖傳遞函數(shù)G(z)=ZGh(s)G0(s)較易求出時(shí)，可選h=T若連續(xù)部分整體脈沖傳遞函數(shù)G(z)=ZGh(s)G0(s)不易求出；或仿真的任務(wù)要求計(jì)算系統(tǒng)輸出y(t)和內(nèi)部狀態(tài)變量；或被控對(duì)象含有非線性環(huán)節(jié)時(shí)，可選h=T/N（N為正整數(shù)）。17、（本題5分）采樣控制系統(tǒng)仿真有何特點(diǎn)？采樣控制系統(tǒng)實(shí)際存在的采樣開(kāi)關(guān)的采樣周期，這有異于連續(xù)系統(tǒng)離散化時(shí)人為引入虛擬的采樣開(kāi)關(guān)和保持器，使得計(jì)算步長(zhǎng)必須與采樣周期相匹配。18、（本題5分）簡(jiǎn)述連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)、離散時(shí)間系統(tǒng)和采樣控制系統(tǒng)的概念。系統(tǒng)的狀態(tài)是隨時(shí)間連續(xù)變化的，這類系統(tǒng)稱為連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)；可以用差分方程或離散狀態(tài)方程來(lái)描述的系統(tǒng)稱為離散時(shí)間系統(tǒng)；采樣系統(tǒng)是既有連續(xù)信號(hào)又有離散信號(hào)的混合系統(tǒng)。19、（本題5分）簡(jiǎn)述采樣控制系統(tǒng)數(shù)字仿真有哪幾種方法?采樣控制系統(tǒng)仿真通常有差分方程遞推求解法、雙重循環(huán)方法、應(yīng)用MATLAB控制工具箱時(shí)域響應(yīng)分析函數(shù)法和Simulink仿真法。20、（本題5分）簡(jiǎn)述間接尋優(yōu)法和直接尋優(yōu)法的概念。 間接尋優(yōu)法是按照普通極值存在的充分必要條件來(lái)進(jìn)行尋優(yōu)的方法；直接尋優(yōu)法是按照一定的尋優(yōu)規(guī)律改變尋優(yōu)參數(shù)，并且直接計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值的方法。 21、（本題5分）簡(jiǎn)述間接尋優(yōu)法的優(yōu)缺點(diǎn)。 間接尋優(yōu)法是一種解析方法，能根據(jù)充分必要條件確定尋優(yōu)參數(shù)的準(zhǔn)確極值，但需要能將目標(biāo)函數(shù)寫(xiě)成解析形式，但是目標(biāo)函數(shù)Q()一般很難寫(xiě)成解析形式。22、（本題5分）簡(jiǎn)述直接尋優(yōu)法的優(yōu)缺點(diǎn)。直接尋優(yōu)法不需要將目標(biāo)函數(shù)寫(xiě)成解析形式，但尋優(yōu)過(guò)程是一系列試探步驟，不能保證能求出尋優(yōu)參數(shù)的準(zhǔn)確極值。23、（本題5分）簡(jiǎn)述控制系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，為何通常采用直接尋優(yōu)法？ 由于在控制系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題中，目標(biāo)函數(shù)一般很難寫(xiě)成解析形式，而只能在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真的過(guò)程中將其計(jì)算出來(lái)，并且目標(biāo)函數(shù)的求導(dǎo)也不易實(shí)現(xiàn)，所以一般采用直接尋優(yōu)法。24、（本題5分）何為靜態(tài)優(yōu)化問(wèn)題？靜態(tài)優(yōu)化問(wèn)題也稱為參數(shù)優(yōu)化問(wèn)題。在這類問(wèn)題中，控制器的結(jié)構(gòu)、形式已經(jīng)確定，而需要調(diào)整或?qū)ふ铱刂破鞯膮?shù)，使得系統(tǒng)性能在某種指標(biāo)意義下達(dá)到最優(yōu)。25、（本題5分）何為動(dòng)態(tài)優(yōu)化問(wèn)題？動(dòng)態(tài)優(yōu)化問(wèn)題也稱為函數(shù)優(yōu)化問(wèn)題。在這類問(wèn)題中，控制器的結(jié)構(gòu)并不知道，需要設(shè)計(jì)出滿足某種優(yōu)化條件的控制器。在數(shù)學(xué)上，此類問(wèn)題屬于泛函問(wèn)題，即所謂尋找最優(yōu)函數(shù)的問(wèn)題。在控制理論中，這通常屬于最優(yōu)控制的范疇。26、（本題5分）簡(jiǎn)述加權(quán)性能指標(biāo)型目標(biāo)函數(shù)和誤差積分型目標(biāo)函數(shù)各自的優(yōu)缺點(diǎn)。加權(quán)性能指標(biāo)型目標(biāo)函數(shù)是根據(jù)經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)系統(tǒng)的性能指標(biāo)建立起來(lái)的，能確切反映控制系統(tǒng)各種性能指標(biāo)，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。誤差積分型目標(biāo)函數(shù)易于實(shí)現(xiàn)，但不能確切反映控制系統(tǒng)各種性能指標(biāo)。27、（本題5分）簡(jiǎn)述評(píng)價(jià)優(yōu)化方法的優(yōu)劣的考慮因素。三方面因素：（1）收斂性：收斂性的好壞表示某種優(yōu)化方法適用范圍的大小，具體表示算法對(duì)于相當(dāng)一類目標(biāo)函數(shù)均能找到最優(yōu)點(diǎn)。（2）收斂速度：為了求出同樣精度的最優(yōu)點(diǎn)，不同的優(yōu)化方法所需要的迭代次數(shù)不同，迭代次數(shù)少的優(yōu)化方法收斂速度較快。（3）每步迭代所需的計(jì)算量：每步迭代所需的計(jì)算量也是決定尋優(yōu)速度的另一重要因素。28、（本題5分）試敘述單純形法的尋優(yōu)過(guò)程。單純形法是在尋優(yōu)參數(shù)空間中構(gòu)造一個(gè)超幾何圖形，計(jì)算此圖形各頂點(diǎn)的目標(biāo)函數(shù)值并比較它們的大小，然后拋棄最壞點(diǎn)（即目標(biāo)函數(shù)值最大的點(diǎn)），代之以超平面上的新點(diǎn)，從而構(gòu)成一個(gè)新的超幾何圖形，循環(huán)往復(fù)，逐步逼近于極小值點(diǎn)。29、（本題5分）簡(jiǎn)述改進(jìn)單純形法的基本思想。給定初始點(diǎn)(0)和步長(zhǎng)a，產(chǎn)生初始單純形S0，通過(guò)反射擴(kuò)張、收縮和緊縮等一系列動(dòng)作將單純形翻滾、變形，從而產(chǎn)生一系列的單純形S1，S2，S3，,逐漸向極小值點(diǎn)靠攏。當(dāng)滿足精度指標(biāo)時(shí)，迭代停止，取當(dāng)前單純形的“最好點(diǎn)”作為極小點(diǎn)的近似。30、（本題5分）簡(jiǎn)述Simulink系統(tǒng)的仿真步驟。（1）Simulink 模型的構(gòu)建；（2）仿真參數(shù)的設(shè)置和ODE算法的選擇；a、算法的選擇。 b、計(jì)算步長(zhǎng)的選擇。 c、仿真時(shí)間的設(shè)置。（3）Simulink仿真結(jié)果輸出。三、程序題1、系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型為： 試用ode45編程，并繪制系統(tǒng)輸出的單位階躍響應(yīng)曲線，時(shí)間范圍：0100秒。 圖形要求：圖形標(biāo)題：系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)；X軸的名稱：t；Y軸的名稱：y(t)子程序是描述微分方程組的M函數(shù)，函數(shù)名為“Appl_1_1_func”， 函數(shù)的輸入變量分別為： t, x，輸出列向量為：xdot。子程序： %函數(shù)頭 % 狀態(tài)1的微分方程 % 狀態(tài)2的微分方程 % 狀態(tài)3的微分方程 xdot=xdot1;主程序： %置初值 %置仿真的時(shí)間范圍 %求微分方程 %繪制輸出的單位階躍響應(yīng)曲線 %標(biāo)識(shí)X軸的名稱 %標(biāo)識(shí)Y軸的名稱 %加網(wǎng)格線 %圖形標(biāo)題 子程序： function xdot=Appl_1_1_func(t, x) %函數(shù)頭 xdot1(1)=-7*x(1)-2.5*x(2)-1.25*x(3)+1; xdot1(2)=4*x(1); xdot1(3)=2*x(2); xdot=xdot1;主程序： clear x0=0,0,0;%置初值 tspan=0,10; %置仿真的時(shí)間范圍 t,x=ode45(Appl_1_1_func, tspan, x0); %求微分方程 plot(t, 1.25*x(:,3); %繪制輸出的單位階躍響應(yīng)曲線 xlabel(t); %標(biāo)識(shí)X軸的名稱 ylabel(y(t); %標(biāo)識(shí)Y軸的名稱 grid; %加網(wǎng)格線 title(系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)); %圖形標(biāo)題2、（本題15分）系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型為：利用MATLAB中的ode45解函數(shù)編程，并在同一個(gè)圖形窗口用不同的色彩（黑色和紅色）、線型（實(shí)線和點(diǎn)劃線）繪制狀態(tài)響應(yīng)曲線，仿真時(shí)間范圍：0120秒。圖形要求：圖形標(biāo)題：系統(tǒng)的狀態(tài)響應(yīng)；X軸的名稱：t；Y軸的名稱：狀態(tài)向量子程序是描述微分方程組的M函數(shù)，函數(shù)名為“Appl_1_2_func”， 函數(shù)的輸入變量分別為： t, x，輸出列向量為：xdot。子程序： %函數(shù)頭 %狀態(tài)1的微分方程 % 狀態(tài)2的微分方程 xdot=xdot1;主程序： %置初值 %置仿真的時(shí)間范圍 %求微分方程 %繪制第一條狀態(tài)響應(yīng)曲線（黑色、實(shí)線） %保持在同一個(gè)圖形窗口繪圖 %繪制第二條狀態(tài)響應(yīng)曲線（紅色、點(diǎn)劃線） %標(biāo)注圖例 %標(biāo)識(shí)X軸的名稱 %標(biāo)識(shí)Y軸的名稱 %加網(wǎng)格線 %圖形標(biāo)題子程序： function xdot=Appl_1_2_func(t, x) %函數(shù)頭 xdot1(1)=- x(1) *(x(1)*x(1)+x(2)*x(2)+x(2);xdot1(2)=-x(1)-x(2) (x(1)*x(1)+x(2)*x(2); xdot=xdot1;主程序： clear x0=10,10;%置初值 tspan=0,120; %置仿真的時(shí)間范圍 t,x=ode45(Appl_1_2_func, tspan, x0); %求微分方程 plot(t, x(:,1), k, LineWidth,2); %繪制第一條狀態(tài)響應(yīng)曲線（黑色、實(shí)線）hold %保持在同一個(gè)圖形窗口繪圖plot(t, x(:,2), r-., LineWidth,2); %繪制第二條狀態(tài)響應(yīng)曲線（紅色、點(diǎn)劃線） legend(x(1), x(2); %標(biāo)注圖例 xlabel(t); %標(biāo)識(shí)X軸的名稱ylabel(狀態(tài)向量); %標(biāo)識(shí)Y軸的名稱grid; %加網(wǎng)格線 title(系統(tǒng)的狀態(tài)響應(yīng)); %圖形標(biāo)題3、（本題15分）某地區(qū)某病菌傳染的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型為式中， x1表示可能受到傳染的人數(shù)，x2 表示已經(jīng)被傳染的病人數(shù)，x3表示已治愈的人數(shù)。試用ode45編程，對(duì)其進(jìn)行仿真研究，并在同一個(gè)圖形窗口用不同的線型（實(shí)線、虛線和冒號(hào)線）繪制狀態(tài)響應(yīng)曲線，仿真時(shí)間范圍：030天。圖形要求：圖形標(biāo)題：病菌傳染模型的狀態(tài)響應(yīng)；X軸的名稱：“time(天) t0=0, tf=30”， Y軸的名稱：“x(人):x1(0)=620,x2(0)=10;x3(0)=70”。子程序是描述微分方程組的M函數(shù)，函數(shù)名為“fun2_4”， 函數(shù)的輸入變量分別為： t, x，輸出列向量為：xdot。主程序： % 置狀態(tài)變量初值 % 置仿真時(shí)間區(qū)間 % 調(diào)用ode45求仿真解 % 用不同的線型繪制仿真結(jié)果曲線 % 對(duì)橫軸進(jìn)行標(biāo)注 % 對(duì)縱軸進(jìn)行標(biāo)注 %標(biāo)注圖例，其中第一條第、第二條和第三條分別為x1、x2和x3 %加網(wǎng)格線 %圖形標(biāo)題子程序： %函數(shù)頭 % 第一個(gè)微分方程 % 第二個(gè)微分方程 % 第三個(gè)微分方程xdot=xdot1;主程序：clearx0=620,10,70; % 置狀態(tài)變量初值tspan=0,30; % 置仿真時(shí)間區(qū)間t,x=ode45(fun2_4,tspan,x0); % 調(diào)用ode45求仿真解plot(t,x(:,1), t,x(:,2),g-,t,x(:,3),r:); % 用不同的線型繪制仿真結(jié)果曲線xlabel(time(天) t0=0, tf=30); % 對(duì)橫軸進(jìn)行標(biāo)注ylabel(x(人):x1(0)=620,x2(0)=10;x3(0)=70); % 對(duì)縱軸進(jìn)行標(biāo)注legend(x1,x2,x3); %標(biāo)注圖例，其中第一條第、第二條和第三條分別為x1、x2和x3grid; %加網(wǎng)格線title(病菌傳染模型的狀態(tài)響應(yīng)); %圖形標(biāo)題子程序：function xdot=fun2_4(t,x) %函數(shù)頭xdot1(1)=-0.001*x(1)*x(2); % 第一個(gè)微分方程xdot1(2)=0.001*x(1)*x(2)-0.072*x(2); % 第二個(gè)微分方程xdot1(3)=0.072*x(2); % 第三個(gè)微分方程xdot=xdot1;計(jì)算題1、用二階龍格庫(kù)塔法求解方程，分析對(duì)計(jì)算步長(zhǎng)h有何限制，說(shuō)明h對(duì)數(shù)值穩(wěn)定性的影響。 解： 得到 穩(wěn)定系統(tǒng)最終漸進(jìn)收斂。 系統(tǒng)穩(wěn)定則 計(jì)算得。 h的選取不能超出上述范圍，否則系統(tǒng)不穩(wěn)定。2、（本題15分）已知，取計(jì)算步距h=0.1，試分別用歐拉法、四階龍格庫(kù)塔法求t=h時(shí)的y值，并將求得的y值與精確解比較，并說(shuō)明造成差異的原因。解：（1） 歐拉法： （5分） （2） 四階龍格庫(kù)塔法： =1，=1.1，=1.105，=1.2105 （5分） y(0.1)=1.1103 （2分） 計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生差異是由于兩種方法的精度不一樣，RK4方法精度更高。（3分）3、（本題10分）設(shè)，試分別用歐拉法、二階龍格庫(kù)塔法求y(t)的差分方程，如果步長(zhǎng)h大于2T將會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果？試說(shuō)明其原因。歐拉法： （4分） RK2法： （4分）顯然，當(dāng)時(shí)，數(shù)值解將發(fā)散。系統(tǒng)的特征值，若，則，超出穩(wěn)定性范圍。（2分）4、（本題15分）已知，取計(jì)算步距h=0.1，試分別用歐拉法、四階龍格庫(kù)塔法求t=h時(shí)的y值，并說(shuō)明造成差異的原因。解：被求函數(shù)y的導(dǎo)函數(shù)，以下分別用兩種方法求解（1） 歐拉法由歐拉法的遞推公式得：（5分）（2） 四階龍格庫(kù)塔法RK4的遞推公式為：其中由已知條件，由遞推出時(shí)的值（5分）（3）計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生差異是由于兩種方法的精度不一樣，RK4方法精度更高。（5分）5、（本題15分）已知微分方程及其初值： 取計(jì)算步距h=0.2，試用四階龍格庫(kù)塔法計(jì)算y(0.4)的近似值，至少保留四位小數(shù)。解： 此處f (t，y)83y，四階龍格庫(kù)塔法公式為 其中 k1f (tk，yk)；k2f (tk+0.5h，yk+0.5hk1)；k3f (tk+0.5h，yk+0.5hk2)；k4f (tk+h，yk+hk3)其中 k183yk；k25.62.1yk；k36.322.37yk；k44.2081.578yk 1.20160.5494yk (k0，1，2，)當(dāng)x00，y02，y(0.2)y11.20160.5494y01.20160.549422.3004y(0.4)y21.20160.5494y11.20160.54942.30042.4654 6、（本題15分）已知微分方程及其初值：取計(jì)算步距h=0.1，試用四階龍格庫(kù)塔