2022年《计算机仿真技术与CAD》习题答案

1、精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - - - - -第 0 章绪论0-1 什么是仿真？它所遵循的基本原就是什么？答：仿真是建立在掌握理论、相像理论、信息处理技术和运算机技术等理论基础之上的，以运算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系统进行试验，并借助专家体会学问、统计数据和信息资料对试验结果进行分析和讨论，进而做出决策的一门综合性的试验性科学；它所遵循的基本原就是相像原理；0-2 仿真的分类有几种？为什么？答：依据相像原理来分：物理仿真、数学仿真和混合仿真；物理仿真：就是应用几何相像原理，制作一个与实际系统相像但几何尺寸较小或较大的物理模型（例如飞

2、机模型放在气流场相像的风洞中）进行试验讨论；数学仿真：就是应用数学相像原理，构成数学模型在运算机上进行讨论；它由软硬件仿真环境、动画、图形显示、输出打印设备等组成；混合仿真又称数学物理仿真，它是为了提高仿真的可信度或者针对一些难以建模的实体，在系统讨论中往往把数学仿真、物理仿真和实体结合起来组成一个复杂的仿真系统， 这种在仿真环节中有部分实物介入的混合仿真也称为半实物仿真或者半物理仿真；0-3 比较物理仿真和数学仿真的优缺点；答：在仿真讨论中，数学仿真只要有一台数学仿真设备（如运算机等），就可以对不同的掌握系统进行仿真试验和讨论，而且，进行一次仿真试验讨论的预备工作也比较简洁，主要是受控系统的

3、建模、掌握方式的确立和运算机编程；数学仿真试验所需的时间比物理仿真大大缩短，试验数据的处理也比物理仿真简洁的多；与数学仿真相比，物理仿真总是有实物介入，成效直观逼真，精度高， 可信度高，具有实时性与在线性的特点；但其需要进行大量的设备制造、安装、 接线及调试工作，结构复杂，造价较高，耗时过长，敏捷性差，转变参数困难，模型难以重用，通用性不强；0-4 简述运算机仿真的过程；答：第一步：依据仿真目的确定仿真方案依据仿真目的确定相应的仿真结构和方法，规定仿真的边界条件与约束条件；其次步：建立系统的数学模型对于简洁的系统，可以通过某些基本定律来建立数学模型；而对于复杂的系统，就必需利用试验方法通过系统

4、辩识技术来建立数学模型；数学模型是系统仿真的依 据，所以，数学模型的精确性是非常重要；精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 1 页，共 21 页 - - - - - - - - - -精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - - - - -第三步：建立仿真模型即通过肯定算法对原系统的数学模型进行离散化处理，就连续系统言，就是建立相应的差分方程；第四步：编制仿真程序对于非实时仿真，可用一般高级语言或仿真语言；对于快速的实时仿真，往往需要用汇编语言；第五步：进行仿真试验并输出仿真结果通过试验对仿真系统模型及程序进行校验和修改，然后按系统仿真的要求输出仿真结

5、果；0-5 什么是CAD技术？掌握系统CAD可解决哪些问题？答：CAD技术，即运算机帮助设计（Computer Aided Design），是将运算机高速而精确的运算才能、大容量储备和数据处理才能与设计者的综合分析、规律判定以及制造性思维结合起来，以加快设计进程、缩短设计周期、提高设计质量的技术；掌握系统CAD可以解决以频域法为主要内容的经典掌握理论和以时域法为主要内容的现代掌握理论；此外，自适应掌握、自校正掌握以及最优掌握等现代掌握策略 都可利用CAD 技术实现有效的分析和设计；精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 2 页，共 21 页 - - - - - - - -

6、 - -精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - - - - -第 1 章仿真软件MATLAB1-1对于矩阵A=1 2;3 4， MATLAB以下四条命令：A.0.5 ； A0.5 ； sqrtA ； sqrtmA所得结果相同吗？它们中哪个结果是复数矩阵，为什么？答：A.0.5=1.00001.4142;1.73212.0000 ；A0.5= 0.5537 + 0.4644i 0.8070 - 0.2124i;1.2104 - 0.3186i1.7641 + 0.1458i；sqrtA= 1.00001.4142;1.73212.0000 ；sqrtmA = 0.5537 +

7、 0.4644i 0.8070 - 0.2124i;1.2104 - 0.3186i1.7641 + 0.1458i；其中，“ A.0.5 ”表示向量的乘方，“ A0.5 ”表示矩阵的乘方，“ sqrtA ”只定义在矩阵的单个元素上，即分别对矩阵的每个元素进行运算，“ sqrtmA ”表示对矩阵（方阵）的超越函数进行运算；1-4 求二元函数方程组：sinx-y=0,cosx+y=0的解；答：>>x,y=solve'sinx-y=0','cosx+y=0','x','y' x =-1/4*pi 1/4*piy =-1/4

8、*pi 1/4*pi1-5 求函数yt=exp-t*|sincost|的最大值（0<=t<inf）；答：>>f='-1*exp-absx*abssincosabsx'>>x=fminsearchf,0,ymax=exp-absx*abssincosabsx x =ymax =00.84151-6设 D2y-3Dy+2y=x,y0=1,Dy0=0，求 y0.5 的值；答：>> f='D2y-3*Dy+2*y=x'g=dsolvef,'y0=1,Dy0=0','x'x=0.5;y=eva

9、lg y =0.61001-7 求方程cost2*exp-0.1t=0.5t的解；答：>>t1=solve'cost2*exp-0.1*t=0.5*t','t't=evalt1精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 3 页，共 21 页 - - - - - - - - - -精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - - - - -t =0.83291-8 求方程组：x2+y2=1,xy=2的解；答：>>x,y=solve'x2+y2=1','x*y=2','x

10、','y' x =-1/2*1/2*51/2+1/2*i*31/23+1/4*51/2+1/4*i*31/2-1/2*1/2*51/2-1/2*i*31/23+1/4*51/2-1/4*i*31/2-1/2*-1/2*51/2+1/2*i*31/23-1/4*51/2+1/4*i*31/2-1/2*-1/2*51/2-1/2*i*31/23-1/4*51/2-1/4*i*31/2y =1/2*51/2+1/2*i*31/21/2*51/2-1/2*i*31/2-1/2*51/2+1/2*i*31/2-1/2*51/2-1/2*i*31/21-9 求 fkT=kexp-a

11、kT的 Z 变换表达式；答：>>syms k t z;f=k*exp-a*t;F=ztransf,t,z f =k*z/exp-a/z/exp-a-11-10 求一阶微分方程Dx=ax+byt,x0=x0的解；答：>>f='Dx=a*x+b*y'x=dsolvef,'x0=x0','t' x =-b*y/a+expa*t*b*y+x0*a/a 1-12求以下方程组边值问题的解；Df=3f+4g, Dg=-4f+3g, f0=0, g0=1答：>>f='Dx1=3*x1+4*x2,Dx2=-4*x1+3*

12、x2'x1,x2=dsolvef,'x10=0,x20=1','t' x1 =x2 =exp3*t*sin4*texp3*t*cos4*t精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 4 页，共 21 页 - - - - - - - - - -精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - - - - -第 2 章 掌握系统的数学模型及其转换2-1 已知系统的传递函数为s2G ss36s2s111s6试用 MATLAB建立其状态空间表达式；答：>>num=1 1 1;den=1 6 11 6;A,B,C,D=tf2

13、ssnum,den A =-6-11-6100010B =100C =111D =02-2 已知系统的状态空间表达式为01x1t10u1 t-2-3x2t11u2 t10x1t11x2tx1 tx 2 t y t试用 MATLAB求其传递函数阵；答：>> A=0 1;-2 -3;B=1 0;1 1;C=1 0;1 1;D=zeros2,2;>> num1,den1=ss2tfA,B,C,D,1,num2,den2=ss2tfA,B,C,D,2 num1 =den1 =num2 =01.00004.000002.00002.000013200.00001.000001.0

14、0001.0000精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 5 页，共 21 页 - - - - - - - - - -精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - - - - -den2 =1322-3 已知两子系统的传递函数分别为G1 s1s1s， G2 s21s s3试利用MATLAB求两子系统串联和并联时系统的传递函数；答：>> num1=1;den1=1 3 2;num2=1;den2=1 3 0;>>num,den=seriesnum1,den1,num2,den2 num =00001den =161160>>

15、 num1=1;den1=1 3 2;num2=1;den2=1 3 0;>>num,den=parallelnum1,den1,num2,den2 num =00262den =1611602-4 设系统的状态空间表达式为x1 tx 2 t01x1 t1u t-2-3x2 t2x1 t如取线性变换阵y t3011P11-1x2 t设新的状态变量为xPx ，就利用MA TLAB求在新状态变量下，系统状态空间表达式；答：>>A=0 1;-2 -3;B=1;2;C=3 0;D=0;P=1 1;1 -1;>>A1,B1,C1,D1=ss2ssA,B,C,D,P A

16、1 =B1 =C1 =-203-13-11.50001.5000精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 6 页，共 21 页 - - - - - - - - - -精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - - - - -D1 =02-5 已知离散系统状态空间表达式x1 k101x1k0x2 k113x2k1u ty k11x1 kx2 k试用 MATLAB求其系统的脉冲传递函数；答：>>A=0 1;1 3;B=0;1;C=1 1;D=0;T=1;A1,B1,C1,D1=c2dmA,B,C,D,T A1 =B1 =C1 =D1 =2.95987

17、.33577.335724.96691.95987.3357110精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 7 页，共 21 页 - - - - - - - - - -精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - - - - -第 3 章 连续系统的数字仿真3-1 已知线性定常系统的状态空间表达式为x1 tx 2 t y t01x1 t2u t-5-6x2 t0x1 t12x2 t且初始状态为零，试利用四阶- 龙格库塔法求系统的单位阶跃响应；答：%ex3_1.mr=1; A=0 1;-5 -6; B=2;0; C=1 2; d=0; Tf=5; h=0.1;x

18、=zeroslengthA,1; y=0; t=0; for i=1:Tf/hK1=A* x+B*r; K2=A*x+h*K1/2+B*r; K3=A*x+h*K2/2+B*r; K4=A*x+h*K3+B*r; x=x+h*K1+2*K2+2*K3+K4/6;y=y;C*x; t=t;ti+h; endplott,y3-2 设单位反馈系统的开环传递函数4G ss s2试利用二阶- 龙格库塔法求系统的单位阶跃响应；精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 8 页，共 21 页 - - - - - - - - - -精品word 名师归纳总结 - - - - - - - -

19、- - - -答：%ex3_2.mr=1; numo=4; deno=1,2,0; num,den=cloopnumo,deno; A,b,C,d=tf2ssnum,den;Tf=5; h=0.1;x=zeroslengthA,1; y=0; t=0; for i=1:Tf/hK1=A* x+b*r; K2=A*x+h*K1+b*r;x=x+h*K1+K2/2; y=y;C*x; t=t;ti+h; endplott,y3-4 利用 input 函数修改例3-1 所给程序ex3_1.m ，将其中给定的参数r，numo ，deno ，numh 和 denh 利用键盘输入，使其变为连续掌握系统面对

20、传递函数的通用数字仿真程序；答：精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 9 页，共 21 页 - - - - - - - - - -精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - - - - -3-5 利用 input 函数修改例3-2 所给程序ex3_2.m ，将其中给定的参数r ，P，W ，W0和 Wc 利用键盘输入，使其变为连续掌握系统面对结构图的通用数字仿真程序；答：精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 10 页，共 21 页 - - - - - - - - - -精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - -

21、- - -第 4 章 连续系统按环节离散化的数字仿真4-1 已知非线性习题如图题4-1 所示，试利用连续系统按环节离散化的数字仿真方法，求输出量y 的动态响应，并与无非线性环节进行比较；（图略）答：%ex4_1.m%主程序R=10;P=0.1 1 0.5 1 5 5; 0 1 1 0 0 0; 2 1 2 0 0 0;10 1 10 0 0 0;W=0 0 0 -1; 1 0 0 0; 0 1 0 0; 0 0 1 0;W0=1;0;0;0;Wc=0 0 0 1; Tf=25;T=0.02; A=P:,1;B=P:,2;C=P:,3;D=P:,4; FZ=P:,5;S=P:,6;n=lengt

22、hA; fori=1:nifAi=0ifBi=0 Ei=0;Fi=0;Gi=0;Hi=0; Li=Ci+Di/T/Ai;Qi=-Di/Ai*T;elseEi=exp-Ai*T/Bi;Fi=Di/Bi-Ci/Ai*1-Ei*Bi/Ai*T-1;Gi=Di/Bi-Ci/Ai*1+Ei-1*1+Bi/Ai*T; Hi=1;Li=Di/Bi;Qi=0;endelseifBi=0 Ei=1;Fi=0.5*Ci*T/Bi;Gi=Fi;Hi=1;Li=Di/Bi;Qi=0;elsedisp'Ai=Bi=0' endendend x=zeroslengthA,1;x0=x;z=x;u=zero

23、slengthA,1;u0=u; y=zeroslengthWc:,1,1;t=0; forj=1:Tf/Tu1=u; u=W*x+W0*R; fori=1:nifFZi=0ifFZi=1 ui=saturationui,Si;endifFZi=2 ui=deadzoneui,Si;end精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 11 页，共 21 页 - - - - - - - - - -精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - - - - -ifFZi=3 ui,u0i=backlashu0i,ui,u1i,Si;ifendFZi=4 ui=sign1

24、ui,Si;endend x1=x;fori=1:n zi=Ei*zi+Fi*ui+Gi*u1i;xi=Hi*zi+Li*ui+Qi*u1i; endfori=1:nifFZi=0ifFZi=5 xi=saturationxi,Si;endifFZi=6 xi=deadzonexi,Si;endififFZi=7 xi,x0i=backlashx0i,xi,x1i,Si;FZi=8 xi=sign1xi,Si;endend endy=y,Wc*x;t=t,tj+T; endplott,y%saturation.m%子程序functionx=saturationu,s ifabsu>=si

25、fu>0 x= s; elsex=-s; endelsex= u; endendend修改“ P=0.1 1 0.5 1 0 0; 0 1 1 0 0 0; 2 1 2 0 0 0;10 1 10 0 0 0;”>>ex4_1精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 12 页，共 21 页 - - - - - - - - - -精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - - - - -4-2 针对例3-2 所给线性定常系统，试利用第4 章所给程序，求系统的单位阶跃响应，并对其结果进行比较；答：>>ex3_2>>ex4

26、_1精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 13 页，共 21 页 - - - - - - - - - -精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - - - - -4-3 针对例4-1 所给系统， 去掉饱和非线性环节后求系统的单位阶跃响应，并与例4-1所得结果进行比较；答：>>ex4_1修改“ P=0.1 1 0.5 1 0 0; 0 1 1 0 0 0; 2 1 2 0 0 0;10 1 10 0 0 0;”>>ex4_14-4 利用input 函数修改例4-1 所给程序ex4_1.m ，将其中给定的参数R， P， W ， W0

27、和 Wc 利用键盘输入，使其变为连续掌握系统按环节离散化的通用数字仿真程序；答：略精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 14 页，共 21 页 - - - - - - - - - -精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - - - - -第 5 章 采样掌握系统的数字仿真5-1 已知采样掌握系统的结构图如图题5-1 所示 （图略） ；试利用采样掌握系统的数字仿真方法，求当采样周期T=0.1s ，且初始状态为零时，离散系统的单位阶跃响应；答：%ex5_1.m R=1; Gr=1;Fr=0;P=1 1 1 0 0 0;1 2 1 0 0 0;W=0 0;1

28、 0;W0=1;0; Wc=0 1; Tf=25;Tm=0.1;T=0.01; A=P:,1;B=P:,2;C=P:,3;D=P:,4;FZ=P:,5;S=P:,6;n=lengthA;n1=lengthFr;m1=lengthGr; fori=1:nifAi=0ifBi=0 Ei=0;Fi=0;Gi=0;Hi=0;Li=Ci+Di/T/ Ai; Qi=- Di/ Ai*T;elseEi=exp-Ai*T/ Bi;Fi=Di/Bi- Ci/ Ai*1- Ei* Bi/ Ai*T-1;Gi=Di/Bi- Ci/ Ai*1+ Ei-1*1+ Bi/ Ai*T; Hi=1; Li=Di/ Bi; Q

29、i=0;endelseifBi=0 Ei=1;Fi=0.5*Ci*T/Bi;Gi=Fi;Hi=1;Li=Di/Bi;Qi=0;elsedisp'Ai= Bi=0' endendendx=zeroslengthA,1; x0=x;z=x;u=zeroslengthA,1; u0=u;y=zeroslengthWc:,1,1;t=0;Ur=zerosn1,1; Er=zerosm1,1; forij=0:Tf/Tm;e=R-xn;Er=e;Er1:m1-1;ur=-Fr*Ur+ Gr*Er;Ur= ur;Ur1:n1-1; forj=1:Tm/Tu1= u; u = W*x+W0*

30、ur;精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 15 页，共 21 页 - - - - - - - - - -精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - - - - -fori=1:nifFZi=0ifFZi=1 ui=saturationui, Si;endifFZi=2 ui=deadzoneui, Si;endifFZi=3ui,u0i=backlashu0i,ui,u1i,Si;end ifFZi=4 ui=sign1ui, Si;endendend x1= x;fori=1:nzi=Ei*zi+Fi* ui+Gi*u1i;xi=Hi*zi+Li*

31、ui+Qi*u1i; endfori=1:nifFZi=0ifFZi=5 xi=saturationxi,Si;endifFZi=6 xi=deadzonexi,Si;endifFZi=7 xi,x0i=backlashx0i,xi,x1i,Si;end ifFZi=8 xi=sign1xi,Si;endendendy=y,Wc*x; t= t,tlengtht+T; endend plott,y>>ex5_15-2 针对例3-2 和例 4-1 所给连续系统，试利用第5 章所给程序，求系统的单位阶跃响应，并对其结果进行比较分析；答：>>ex3_2精选名师 优秀名师 - - - - - - - - - -第 16 页，共 21 页 - - - - - - - - - -精品word 名师归纳总结 - - - - - - - - -