自動(dòng)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真習(xí)題參考答案

1、. “自動(dòng)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真“習(xí)題參考答案1-1 什么是仿真？ 它的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？它所遵循的根本原則是什么？ 答：所謂仿真，就是使用其它相似的系統(tǒng)來模仿真實(shí)的需要研究的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)仿真是指以數(shù)字計(jì)算機(jī)為主要工具，編寫并且運(yùn)行反映真實(shí)系統(tǒng)運(yùn)行狀況的程序。對(duì)計(jì)算機(jī)輸出的信息進(jìn)展分析和研究，從而對(duì)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和演化規(guī)律進(jìn)展綜合評(píng)估與預(yù)測(cè)。它是非常重要的設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)或者評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能和功能的一種技術(shù)手段。 仿真的主要優(yōu)點(diǎn)是：方便快捷、本錢低廉、工作效率和計(jì)算精度都很高。它所遵循的根本原則是相似性原理。1-2 你認(rèn)為計(jì)算機(jī)仿真的開展方向是什么？答：向模型更加準(zhǔn)確的方向開展，向虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以及高

2、技術(shù)智能化、一體化方向開展。向更加廣闊的時(shí)空開展。1-3 計(jì)算機(jī)數(shù)字仿真包括哪些要素？它們的關(guān)系如何？答：計(jì)算機(jī)仿真的三要素是：系統(tǒng)研究的對(duì)象、模型系統(tǒng)的抽象、計(jì)算機(jī)仿真的工具和手段。它們的關(guān)系是相互依存。2-1 控制算法的步長(zhǎng)應(yīng)該如何選擇？答：控制算法步長(zhǎng)的選擇應(yīng)該恰當(dāng)。如果步長(zhǎng)太小，就會(huì)增加迭代次數(shù)，增加計(jì)算量；如果步長(zhǎng)太大，計(jì)算誤差將顯著增加，甚至造成計(jì)算結(jié)果失真。2-2 通?？刂葡到y(tǒng)的建模有哪幾種方法？答：1機(jī)理建模法；2實(shí)驗(yàn)建模法；3綜合建模法。2-3 用歐拉法求以下系統(tǒng)的輸出響應(yīng)在1上，時(shí)的數(shù)值解。， 解：輸入以下語句 繪制的曲線圖2-4 用二階龍格-庫塔法對(duì)2-3題求數(shù)值解，并且

3、比擬兩種方法的結(jié)果。解：輸入以下語句 繪制的曲線圖經(jīng)過比擬兩種方法的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)它們幾乎沒有什么差異。3-1 編寫兩個(gè)m文件，分別使用for和while循環(huán)語句計(jì)算。解：第1個(gè)m文件， 第2個(gè)m文件 運(yùn)行結(jié)果都是3-2 求解以下線性代數(shù)方程：解： 輸入語句 計(jì)算結(jié)果3-3 矩陣，試分別求出A陣和B陣的秩、轉(zhuǎn)置、行列式、逆矩陣以及特征值。解：求矩陣的秩、行列式、逆矩陣、特征值的函數(shù)分別為：rank( ), det( ), inv( ), eig( )。求矩陣轉(zhuǎn)置的命令為“.。求出A陣的秩為3、轉(zhuǎn)置為、行列式為、逆矩陣以及特征值；求出B陣的秩為3、轉(zhuǎn)置為、行列式為、逆矩陣以及特征值。3-4 對(duì)于3-

4、3題中的陣和陣，在mand窗口中分別求出、矩陣為中每個(gè)元素平方組成的矩陣、矩陣為陣乘以陣、矩陣為陣和陣數(shù)組乘積即：對(duì)應(yīng)元素分別相乘的積構(gòu)成的矩陣。解：輸入命令， ，計(jì)算結(jié)果為， ， ， 3-5 *系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)如下，試用roots命令來判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：輸入命令 計(jì)算結(jié)果如下，系統(tǒng)不穩(wěn)定3-6 求復(fù)數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置C1與共軛轉(zhuǎn)置C2。解：輸入語句計(jì)算結(jié)果4-1 *系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為使用MATLAB求出狀態(tài)空間表達(dá)式和零極點(diǎn)模型。解：輸入語句計(jì)算機(jī)返回說明該系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達(dá)式為 ， 該系統(tǒng)的零極點(diǎn)模型為 4-2 *單輸入單輸出系統(tǒng)：試求該系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的對(duì)角線標(biāo)準(zhǔn)形。解：輸入語句 計(jì)算結(jié)

5、果說明該系統(tǒng)狀態(tài)空間表達(dá)式的對(duì)角線標(biāo)準(zhǔn)形為 ， 4-3 求出以下系統(tǒng)的傳遞函數(shù)， 解：輸入語句 計(jì)算結(jié)果說明該系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為5-1 *一單位負(fù)反應(yīng)控制系統(tǒng)，其開環(huán)傳遞函數(shù)為它的輸入信號(hào)為，試使用Simulink構(gòu)造其仿真模型，并且觀察其響應(yīng)曲線。解：在Simulink環(huán)境下構(gòu)造仿真模型如下階躍信號(hào)Step的設(shè)置如下 響應(yīng)曲線如下5-2 將5-1題中的閉環(huán)控制系統(tǒng)封裝成一個(gè)子系統(tǒng)。解：按住鼠標(biāo)右鍵拖拽，方框包括了閉環(huán)系統(tǒng)局部，松開右鍵后，選擇“create subsystem，建立了系統(tǒng)模型以及子系統(tǒng)模型如下。6-1 分別采用求取特征值的方法和亞普諾夫第二法判別下面系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：1求特征值

6、法，輸入命令計(jì)算結(jié)果為可見，矩陣A的特征值實(shí)部均為負(fù)，因此系統(tǒng)穩(wěn)定。 2采用亞普諾夫第二法， 輸入命令計(jì)算結(jié)果顯然，P陣的各階主子式均為正定，系統(tǒng)穩(wěn)定。6-2 *單位負(fù)反應(yīng)系統(tǒng)的開環(huán)控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為1繪制系統(tǒng)的根軌跡；2當(dāng)時(shí)，繪制系統(tǒng)的Bode圖，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且求出幅值裕度和相角裕度。解：1輸入以下命令，計(jì)算機(jī)繪制出系統(tǒng)根軌跡 2輸入命令 計(jì)算機(jī)繪制系統(tǒng)Bode圖，并且計(jì)算出幅值裕度和相角裕度，顯然閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定7-1 *單位負(fù)反應(yīng)控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)串聯(lián)校正控制器，要求系統(tǒng)性能指標(biāo)如下：相角裕度，開環(huán)增益，穿越頻率。解：1根據(jù)題目要求，可以選擇。則開環(huán)傳遞函數(shù)為2使用

7、命令margin( )，計(jì)算開環(huán)傳遞函數(shù)的穩(wěn)定裕量，輸入命令：得出：，系統(tǒng)不穩(wěn)定，采用滯后-超前校正。3采用滯后-超前校正，建立m文件如下12運(yùn)行后，計(jì)算出 于是，校正后的系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為得出校正以后的系統(tǒng)：，。根本上到達(dá)系統(tǒng)要求7-2 *過程控制系統(tǒng)如圖7-32所示，請(qǐng)使用Ziegler-Nichols經(jīng)歷整定公式設(shè)計(jì)PID控制器，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能最正確。圖7-32 習(xí)題7-2圖解：采用Ziegler-Nichols經(jīng)歷公式，構(gòu)造的Simulink仿真模型，以及仿真結(jié)果曲線如下。8-1 建立一個(gè)籠型異步電機(jī)軟啟動(dòng)線電壓逐漸加大，直至額定值的仿真模型。解：構(gòu)造系統(tǒng)的Simulink仿真模型如下列圖所示其中不妨選擇異步電機(jī)設(shè)置為使用3個(gè)控制電壓源，其中一個(gè)設(shè)置如下A，B，C三相正弦波信號(hào)源的相位分別設(shè)置為，和0。仿真運(yùn)行結(jié)果為8-2 如何在電力電路中獲得一個(gè)的純電阻模塊？解：1從SimPowerSystems/Elements模塊集中拖拽出一個(gè)“Parallel RLC Branch，并且設(shè)置R為2、L為inf、C為0。或：2從SimPowerSystems/Elements模塊集中拖拽出一個(gè)“Series RLC Branch，并且設(shè)置R為2、L為0、C為inf。8-3 如何在電力電路中獲得一個(gè)的純電感模塊？解：1從SimPowerSystems/Elements模塊