《控制系統(tǒng)CAD》復(fù)習(xí)大綱

1、控制系統(tǒng)CAD 復(fù)習(xí)大綱課程名稱 ：控制系統(tǒng)適用專業(yè) ： 2016 級(jí)電氣自動(dòng)化技術(shù)（專科業(yè)余 函授） 2016 級(jí)電氣自動(dòng)化技術(shù) 業(yè)余函授（?？疲┹o導(dǎo)教材 ：控制系統(tǒng)CAD張晉編著機(jī)工出版題型：一、填空二、簡(jiǎn)答題三、編程題四、綜合題20 分（每孔30 分（每題30 分（每題20 分（每題1 分，共6 分，共6 分，共10 分，共20 分）30 分）30 分）20 分）、什么是控制系統(tǒng)的超前校正設(shè)計(jì)？有何特點(diǎn)？主要用于那些場(chǎng)合？答：超前校正設(shè)計(jì)是指利用校正器對(duì)數(shù)幅頻曲線具有正斜率的區(qū)段及其相頻曲線具有正相移區(qū)段的系統(tǒng)校正設(shè)計(jì)。這種校正設(shè)計(jì)方法的突出特點(diǎn)是校正后系統(tǒng)的剪切頻率比校正前的大，系統(tǒng)的

2、快速性能得到提高。 相位超前校正主要用于改善閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度影響較小。一、求解線性方程組：x 2 y3.6z11.92x5 y0.25z25.35x10.68 y 7.7z300.8寫出 Matlab命令并寫出運(yùn)行結(jié)果。a=1,2,-3.6;2,-5,0.25;5,10.68,7.7;b=11.9;-25.3;300.8;abans= 18.579512.94419.0466二、編寫一個(gè) M文件分別采用圖形保持命令和同一個(gè)plot命令實(shí)現(xiàn)在一個(gè)圖上繪制函數(shù)曲線ysin(t) , y2e 0.5t sin(t) ， ycos(t ) ， 0 t 10 ，取 t 的步長(zhǎng)為13

3、0.01 ，并添加網(wǎng)格線，要求在命令平臺(tái)上顯示曲線y2 的最大值和最小值。提示：最大值函數(shù)為 max，最小值函數(shù)為 min。解法一：t=0:0.01:10;y1=sin(t);y2=exp(-0.5*t).*sin(t);y3=cos(t);plot(t,y1)hold onplot(t,y2)hold onplot(t,y3)grid;hold offy2max=max(y2)y2min=min(y2)解法二：t=0:0.01:10;y1=sin(t);y2=exp(-0.5*t).*sin(t);y3=cos(t);plot(t,y1,t,y2,t,y3);grid;y2max=max(y

4、2)y2min=min(y2)y2max= 0.5142 y2min= -0.1069三、運(yùn)行 M文件程序，查看運(yùn)行結(jié)果，并逐條解釋語(yǔ)句的作用x=0:0.01:12;%設(shè)置自變量 x 的數(shù)值范圍 012，步長(zhǎng) 0.01y1=sin(x)+cos(x);%定義函數(shù) y1的表達(dá)式y(tǒng)2=1-cos(2*x);%定義函數(shù) y2的表達(dá)式y(tǒng)3=exp(-0.2*x).*cos(2*x); %定義函數(shù) y3的表達(dá)式plot(x,y1,r- ,x,y2,g- ,x,y3,b: );在同一圖形窗口繪制函數(shù) y1、y2 和 y3 的圖形，其中函數(shù) y1 的圖形為紅色點(diǎn)劃線，函數(shù) y2 的圖形為綠色實(shí)線，函數(shù) y3

5、 的圖形為藍(lán)色虛線。axis(0,12,-1.5,3); % 定義數(shù)軸 X 的數(shù)值范圍為 012，數(shù)軸 Y 的數(shù)值范圍為 -1.53title(一圖多線 );%加圖形標(biāo)題“一圖多線”xlabel(x 軸);%加 X 軸標(biāo)注ylabel(y 軸);%加 Y 軸標(biāo)注gtext( 曲線 y3=e-0.2xcos(2x); % 在鼠標(biāo)所指定位置放置函數(shù)y3 的表達(dá)式legend( y1 函數(shù)曲線 , y2 函數(shù)曲線 , 衰減余弦曲線 ); % 加圖例四、控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的Matlab 描述1一個(gè)傳遞函數(shù)模型G(s)15(s2.6)( s26.3s 12.8)( s 5)2 ( s33s25)(3s 1

6、)寫出用傳遞函數(shù)模型（TF 模型）表示的命令。num=15*conv(1 2.6,1 6.3 12.8);den=conv(conv(conv(1 5,1 5),1 3 0 5),3 1);sys=tf(num,den)假設(shè)系統(tǒng)的零極點(diǎn)模型為(s5)( s 2j 3)G(s) 35j 22)(s6 j1.87)(s 13寫出用零極點(diǎn)模型 (ZPK 模型 ) 表示的命令。k=35;z=-5;-2+3*j;-2-3*j;p=-sqrt(13)-sqrt(22)*j;-sqrt(13)+sqrt(22)*j;6-1.87*j;6+1.87*j;sys=zpk(z,p,k)3雙輸入雙輸出系統(tǒng)的狀態(tài)方程

7、表示為01000 x054x20u，11301y100 x001寫出用狀態(tài)空間模型 (SS 模型 ) 表示的命令。A=0,1,0;0,-5,4;-1,-1,-3;B=0,0;2,0;0,1;C=1,0,0;0,0,1;D=zeros(2,2);sys=ss(A,B,C,D)已知控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為G (s)91s452s33.5s211s5215s426s373s231s215s5寫出用部分分式展開式表示的命令。num=91,-52,3.5,-11,52;den=1,15,26,73,31,215;r,p,k=residue(num,den);r ; p五、編寫 M文件程序求出傳遞函數(shù)已知

8、前向通道傳遞函數(shù)和負(fù)反饋傳遞函數(shù)分別為1013.6(s8)G(s)， H (s)(s 13)(s15)s2 (s 2)(s 5)建立 M文件程序求整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)模型。n1=10;d1=conv(1,0,0,conv(1,2,1,5);sys1=tf(n1,d1);n2=conv(13.6,1,8);d2=conv(1,13,1,15);sys2=tf(n2,d2);sys=feedback(sys1,sys2)Transfer function:10 s2 + 280 s + 1950-s6 + 35 s5 + 401 s4 + 1645 s3 + 1950 s2 + 136 s +

9、1088六、 Simulink仿真題已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)前向通道的傳遞函數(shù)為0.1s1，試?yán)?SimulinkG (s)1)s(0.01s仿真求取系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)。畫出 Simulink 模塊結(jié)構(gòu)圖，并畫出單位階躍響應(yīng)仿真草圖。0.1s+110.01s+1sStepTransfer FcnIntegratorScope七、 求取系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)曲線16已知系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為G( s)s23.2s16編寫 M 文件程序求取系統(tǒng) 08 秒的脈沖響應(yīng)曲線，畫出響應(yīng)曲線的草圖，圖形標(biāo)題為“系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)曲線” ，并求取脈沖響應(yīng)的最大值。解：num=16;den=1 3.2 16;sys=tf(num

10、,den);impulse(sys, 0:0.01:8)title( 系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)曲線 )grid;y, t, x = impulse(sys, 0:0.01:8);a = max(y)a= 2.4115系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)曲線2.521.5e1dupm0.5A0-0.5-1012345678Time (sec)八、 求取系統(tǒng)的一般輸入響應(yīng)曲線已知系統(tǒng)傳遞函數(shù)和輸入信號(hào)分別如下G (s)210， r (t ) e 0. 5t cos(3t )s3s10試?yán)L制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，要求 0 t 5，圖形標(biāo)題為“系統(tǒng)的一般響應(yīng)曲線”編寫 M 文件程序，并畫出響應(yīng)曲線草圖。解： t=0:0.01:5;u=ex

11、p(-0.5*t).*cos(3*t);n=10;d=1 3 10;sys=tf(n,d);lsim(sys,u,t)grid;title( 系統(tǒng)的一般響應(yīng)曲線 )系統(tǒng)的一般響應(yīng)曲線10.80.60.4e0.2dupm0A-0.2-0.4-0.6-0.800.511.522.533.544.55Time (sec)九、編寫 M文件仿真程序已知三個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)分別為G112(s 22 j )(s22 j )(s)1)(s3)( s5)(s7)(sG2 ( s)5s3943s38s226s39sG3(s)15( s1)( s3)3s252s692)(s5)( s8)s36s278s69(s通過子

12、圖繪制命令分別繪制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線。 要求系統(tǒng) 1 的仿真終止時(shí)間為 5.5s ，系統(tǒng) 2 的仿真時(shí)間由系統(tǒng)自動(dòng)生成， 系統(tǒng) 3 的仿真曲線時(shí)間段為 0.5 ， 3.8 。建立 M文件仿真程序，運(yùn)行程序查看結(jié)果， 并畫出單位階躍響應(yīng)曲線草圖。z=-2+2j;-2-2j;p=-1;-3;-5;-7;k=12;sys1=zpk(z,p,k);n2=5 39;d2=1 3 8 26 39;sys2=tf(n2,d2);sys3=zpk(-1;-3,-2;-5;-8,15)*tf(3 52 69,1 6 78 69);subplot(131),step(sys1,5.5);subplot(132

13、),step(sys2);subplot(133),step(sys3,0.5:0.01:3.8);十、 求取系統(tǒng)的一般輸入響應(yīng)曲線已知三系統(tǒng)傳遞函數(shù)和輸入信號(hào)分別如下G1 (s)s315， u1 (t) (t 1)e 0.3t6s211s 15G2( s)s22525， u2 (t) sin(2t)e 0.5 t t 16sG3(s)2， u3 (t)sin(t)s1試通過子圖繪制命令繪制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，要求0 t 10。編寫 M 文件程序，并畫出響應(yīng)曲線草圖。n1=15;d1=1 6 11 15;sys1=tf(n1,d1);n2=25;d2=1 6 25;sys2=tf(n2,d2);n

14、3=2; d3=1 1; sys3=tf(n3,d3);t=0:0.01:10;u1=(t+1).*exp(-0.3*t);u2=sin(2*t).*exp(-0.3*t).*sqrt(t+1);u3=sin(t);subplot(1,3,1);lsim(sys1,u1,t);subplot(1,3,2);lsim(sys2,u2,t);subplot(1,3,3);lsim(sys3,u3,t);s2s 10十一、 已知系統(tǒng)的根軌跡方程為 k1s(s 2)(s4)(s 8)繪制系統(tǒng)的根軌跡；繪制 5 k 8 的系統(tǒng)根軌跡圖；K=7.5 時(shí)系統(tǒng)的 4 個(gè)特征根分別是多少？設(shè) k 值分別為 2.

15、6 ，3.9 ，5.2 ，11.7 ，30，求取每一個(gè) k 值所對(duì)應(yīng)的 4 個(gè)根。解： 1、Matlab 程序如下：num=1, 1, 10;den=conv(1,2,0,conv(1,4,1,8);rlocus(num,den)Root Locus15105sixAra0nigaI-5-10-15-9-8-7-6-5-4-3-2-10Real Axis2、Matlab 程序如下：num=1, 1, 10;den=conv(1,2,0,conv(1,4,1,8);rlocus(num,den,5:0.01:8)Root Locus432s1xAy0angamI-1-2-3-4-9-8-7-6-

16、5-4-3-2-10Real Axis3、若要得到指定增益k 值對(duì)應(yīng)的 r 值則輸入：num=1, 1, 10;den=conv(1,2,0,conv(1,4,1,8);r,k=rlocus(num,den,7.5)結(jié)果如下：r = -6.4667 + 2.5158i -6.4667 - 2.5158i -0.5333 + 1.1284i -0.5333 - 1.1284ik =7.50004、num=1, 1, 10;den=conv(1,2,0,conv(1,4,1,8);r,k=rlocus(num,den,2.6,3.9,5.2,11.7,30)結(jié)果如下：r =-6.2597 + 0.

17、4696i-6.2597 - 0.4696i-0.7403 + 0.3344i-0.7403 - 0.3344i-6.3325 + 1.4016i-6.3325 - 1.4016i-0.6675 + 0.6939i-0.6675 - 0.6939i-6.3895 + 1.8976i-6.3895 - 1.8976i-0.6105 + 0.8932i-0.6105 - 0.8932i-6.5626 + 3.3144i-6.5626 - 3.3144i-0.4374 + 1.4047i-0.4374 - 1.4047i-6.7327 + 5.4278i-6.7327 - 5.4278i-0.267

18、3 + 1.9849i-0.2673 - 1.9849ik = 2.60003.90005.200011.700030.0000十二、已知系統(tǒng)的根軌跡方程為 ks2.21s(s1.1)繪制系統(tǒng)的根軌跡，編程求取當(dāng)一個(gè)特征根為-0.3 時(shí)，系統(tǒng)的根軌跡增益k 為多少？另一個(gè)特征根為多少？解：程序如下：num=1,2.2;den=conv(1,0,1,1.1);rlocus(num,den)k,poles=rlocfind(num,den,-0.3)根軌跡圖如下圖所示，運(yùn)行結(jié)果如下：k= 0.1263poles= -0.9263-0.3000因此：當(dāng)一個(gè)特征根為 -0.3 時(shí)，系統(tǒng)的根軌跡增益k

19、為 0.1263 ，另一個(gè)特征根為 -0.9263 。Root Locus21.510.5sixArya0nigaI-0.5-1-1.5-2-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.50-4Real AxisRoot Locus880.30.220.160.1050.0650.03760.4465440.7322s1xAy0anga1mI-220.73-445-60.4460.30.220.160.1050.0650.037-8-2.5-2-1.5-1-0.58 0-3Real Axisks2十三、已知正反饋系統(tǒng)的根軌跡方程為1)2( s1( s3)( s 5)1 繪制系統(tǒng)根軌跡并分析系統(tǒng)的穩(wěn)

20、定性2根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要一個(gè)特性根為-0.5 ，求另外三個(gè)根及所對(duì)應(yīng)的根軌跡增益值。解：程序如下num=1 2;den=conv(1 2 1,conv(1 3,1 5);rlocus(num,-den)k,poles=rlocfind(num,-den,-0.5)運(yùn)行結(jié)果如下k= 1.8750poles= -4.7977 -3.2667-1.4356-0.5000Root Locus8642sxAyra0nigSystem: sysamGain: 7.51-2Pole: 0.000758Damping: -1-4Overshoot (%): 0Frequency (rad/sec): 0.000

21、758-6-8-8-6-4-202468Real Axis分析：由圖可知，根軌跡與虛軸交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的根軌跡增益為7.5 ，當(dāng) 0 k A=， B=。4:4:18 、 linspace (4,18,3)7、 已知 A=1 2 3;5 6 7;9 10 11 ，則 A(:,1 3)=。（ 1357911）8、已知 A= 2 3 6;1 9 7 ，B= 0 5 4;3 6 2，則 AB=， AB=。（ 101（ 010011）100）9、在 MA TLAB的命令窗口中鍵入命令可打開 Simulink圖形化設(shè)計(jì)環(huán)境。simulink ）10、引出信號(hào)支線的方法是按住鼠標(biāo)鍵，在需要增加分支的地方拉出引線；

22、也可在按下鍵的同時(shí)，在分支點(diǎn)按住鼠標(biāo)鍵拉出引線。（右， Ctrl ，左）11、已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：G( s)s21，若要完成以下的系統(tǒng)仿4s8真分析：（ 1）利用 Simulink求系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)； （ 2）用示波器顯示仿真結(jié)果；（3）將結(jié)果輸出到MA TLAB 的工作空間，則需要用到的模塊有Sources 庫(kù)的模塊、Continuous 庫(kù)的模塊、 Math Operations 庫(kù)的模塊、 Sinks庫(kù)的模塊和模塊。（Step，Transfer Fcn，Sum，To Workspace，Scope）12、說明以下函數(shù)的功能：1） tf2zp() ：2） zp2tf()

23、：3） tf2ss()：4） ss2tf()：5） zp2ss()：6） ss2zp()：（傳遞函數(shù)多項(xiàng)式模型轉(zhuǎn)換為零極點(diǎn)模型、零極點(diǎn)模型轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)多項(xiàng)式模型、傳遞函數(shù)多項(xiàng)式模型轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間模型、狀態(tài)空間模型轉(zhuǎn)換為傳遞函數(shù)多項(xiàng)式模型、零極點(diǎn)模型轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間模型、狀態(tài)空間模型轉(zhuǎn)換為零極點(diǎn)模型）二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述控制系統(tǒng)CAD 的發(fā)展歷程，并簡(jiǎn)單分析控制系統(tǒng)CAD和機(jī)械 CAD 或建筑CAD的相同點(diǎn)和區(qū)別。什么是控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真？控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真是利用計(jì)算機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真。數(shù)學(xué)仿真就是根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)中各個(gè)變化量之間的關(guān)系，構(gòu)建出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并利用此模型進(jìn)行分析研究。數(shù)學(xué)仿

24、真的關(guān)鍵在于數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建和求解。數(shù)學(xué)仿真具有經(jīng)濟(jì)、方便和靈活的優(yōu)點(diǎn)，它的主要工具是計(jì)算機(jī)，故又稱計(jì)算機(jī)仿真。而控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真就是以控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，借助計(jì)算機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。3、 MATLAB軟件系統(tǒng)主要有哪些部分組成？答： MATLAB系統(tǒng)主要由開發(fā)環(huán)境、數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)、MATLAB語(yǔ)言、MATLAB圖形處理系統(tǒng)及外部應(yīng)用程序接口組成。4、啟動(dòng)MATLAB后，默認(rèn)用戶界面中包含哪些窗口元素？答：?jiǎn)?dòng) MA TLAB 程序后， 進(jìn)入 MATLAB 工作界面， 包括用于管理文件的工具條 （圖形用戶界面）、命令窗口（ Command Window ）、當(dāng)前文件夾窗口（ C

25、urrent Folder）、工作空間（ Workspace）及歷史命令窗口（ Command History ）等。5、用哪些方法可以啟動(dòng)MATLAB的幫助系統(tǒng)？使用help 命令和lookfor命令有什么區(qū)別？答：點(diǎn)擊桌面工具欄上的幫助按鈕，或在命令窗口中鍵入任何工具欄上的help 菜單，都可打開幫助瀏覽器。help：在命令窗口中鍵入“ help函數(shù)名 ”，將顯示指定函數(shù)的helpbrowser 命令，或使用M 文件說明和語(yǔ)法，對(duì)于MDL文件，將顯示模型的描述；lookfor ：在命令窗口中鍵入“l(fā)ookfor關(guān)鍵字 ”，將按關(guān)鍵字搜索相關(guān)的6、如果文件保存在D: My DocumentsMy Work中，而當(dāng)前文件夾路徑為M 文件。C:MA TLAB，如何操作才能執(zhí)行該文件？入到答：選擇菜單中的File Set Path菜單項(xiàng)將MATLAB的搜索路徑中，就可執(zhí)行文件。D: My DocumentsMy Work目錄加7、什么是M 腳本文件？什么是M 函數(shù)文件？?jī)烧咧g有什么區(qū)別？答：腳本文件也稱為命令文件，是由一系列 MATLAB 的命令行組成，既沒有參數(shù)的輸入也不返回輸出參數(shù)。MATLAB軟件中提供了很多工具箱，工具