02296控制系统仿真

02296控制系统数字仿真一、填空1、系统是指互相联系又互相作用的实体的有机组合。2、定义一个系统时，第一要确立系统的界限；界限确立了系统的范围，界限之外对系统的作用称为系统的输入，系统对界限认为环境的作用称为系统的输出。3、系统的三大体素为：实体、属性和活动。4、依据系统的属性能够将系统分红两大类：工程系统和非工程系统。5、相像原理用于仿真时，对仿真建模方法的三个基本要求是稳固性、正确性和迅速性。6、依据模型种类不同，系统仿真可分为三种：物理仿真、数字仿真和半实物仿真。7、依据系统模型特色分类，仿真可分为连续系统仿真及失散事件系统仿真两大类。8、采纳必定比率依据真切系统的样子制作的模型称为物理模型，用数学表达式来描绘系统内在规律的模型称为数学模型。9、计算机仿真是指将模型在计算机长进行试验的过程。10、系统仿真的三个基本活动是系统建模、仿真建模和仿真试验，计算机仿真的三个因素为：系统、模型与计算机。11、假如某数值计算方法的计算结果对初值偏差和计算偏差不敏感，则称该计算方法是稳固的。12、数值积分法步长的选择应依据的原则为计算稳固性及计算精度。13、采样数值积分方法时有两种计算偏差，分别为截断偏差和舍入偏差。14、三阶隐式啊达姆氏算法的截断偏差为0（-），二阶龙格-库塔法的局部截断偏差为0（涌*），ILIL四阶龙格-库塔法的局部截断偏差为0（#*）。Ft15、在判断数值积分方法的稳固域时，使用的测试方程为16、龙格-库塔法的基本思想是用几个点上函数值的线性组合来防止计算函数的高阶导数，提升数值计算的精度。17、连续系统仿真中常有的一对矛盾为计算速度和计算精度。18、失散相像法在采样周期的选择上应该知足采样定理。19、保持器是一种将失散时间信号恢复成连续信号的装置，零阶保持器能较好地再现阶跃信号，一阶保持器能较好地再现斜坡信号。20、实质信号重构器不行能无失真地重构信号，详细表现为信号重构器会对被重构的信号产生相位的滞后和幅度的衰减。21、一般将采样控制系统的仿真归类为连续系统仿真。22、在控制理论中，由系统传达函数来成立系统状态方程的问题被称为“实现问题”。23、常用的非线性环节包含：饱和非线性、失灵非线性、迟滞回环非线性。二、简答题1、试简述为何需要采纳系统仿真方法对系统进行试验？答：这是因为1）在系统建成前或设计阶段，系统没有成立起来，所以不行能在真切系统长进行试验；2）当在真切系统上做试验，会损坏系统的运转时，可采纳仿真方法；3）在真切系统上试验，难以保证试验结果然切性和再现性，可采纳仿真方法；4）假如在真切系统上试验，会致使时间太长、花费太大或许有危险时，可采纳仿真方法。2、什么是CAD技术？控制系统CAD可解决那些问题？答：CAD技术，即计算机协助设计（ComputerAidedDesign）,是将计算机高速而精准的计算能力，大容量储存和数据的能力与设计者的综合剖析，逻辑判断以及创建性思想联合起来，用以迅速设计进度，缩短设计周期，提升设计质量的技术。控制系统CAD能够解决以频域法为主要内容的经典控制理论和以时域法为主要内容的现代控制理论。别的，自适应控制，自校订控制以及最优控制等现代控制测略都可利用CAD技术实现有效的剖析与设计。3、试述系统仿真的一般步骤答：系统仿真一般步骤包含1）系统建模一一依据研究目的，成立实质系统的模型；2）仿真建模一一依据系统及模型的特色选择适合的仿真算法；3）程序设计一一将仿真模型以适合的方式变换为可履行的计算机程序；4）程序查验一一查验仿真算法的合理性和正确性；5）仿真试验一一运转仿真程序，并获得输出数据；6）结果剖析一一依据仿真运转的结果，对系统进行剖析，并形成报告。4、简述数值积分法的偏差根源。答1.）初始偏差在对系统仿真时，要收集现场的原始数据，而计算时要供给初始条件，这样因为数据的收集不必定很准，会造成仿真过程中产生必定的偏差，此类偏差称为初始偏差。2.）舍入偏差当前，系统仿真多数采纳计算机程序办理和数值计算，因为计算机的字长有限，不同档次的计算机其计算结果的有效值不一致，致使仿真过程出现舍入偏差。3）.截断偏差当仿真步距确立后，采纳的数值积分公式的阶次将致使系统仿真时产生截断偏差，阶次越高，截断偏差越小。往常仿真时多采纳四阶龙格一库塔法，其原由就是这类计算公式的截断偏差较小。5、简答数值积分法的选择原则是什么？答：选择积分方法时要考虑的因素好多，如精度、计算速度、数值解的稳固性等等。计算精度包含初始偏差，舍入偏差和截断偏差，往常掌握的原则是：在保证计算稳固性及计算精度的要求下，尽可能选较大的仿真步长。计算速度，为加速计算速度，在确立积分方法和保证计算精度和稳固的条件下，尽量选用较大的步长，以缩短积分时间。数值计算的稳固性6、为何说模拟仿真较数字仿真精度低？其长处怎样？。答：因为遇到电路元件精度的限制和简单遇到外界的扰乱，模拟仿真较数字仿真精度低但模拟仿真拥有以下长处：（1）描绘连续的物理系统的动向过程比较自然和传神。（2）仿真速度极快，失真小，结果可信度高。（3）能迅速求解微分方程。模拟计算机运转时各运算器是并行工作的，模拟机的解题速

度与原系统的复杂程度没关。能够灵巧设置仿真试验的时间标尺，既能够进行及时仿真，也能够进行非及时仿真。易于和实物相连。编程题：1编程题：1、用MATLAB语句编程求以下框图所示系统的传达函数。解：g1=tf([2.41.2],[20]);g2=tf([0.80.2],[40]);g3=tf(1.2,[41]);g4=tf(0.5,[101]);g5=2.5;g6=1;gg1=feedback(g2*g3,g5);G=feedback(g1*gg1*g4,g6)5G(s)H(s)二++2、系统的开环传达函数为s(s1)(0.1s1)，编写仿真程序要求:绘制系统的开环对数频次特征曲线和开环幅相曲线，试求相角裕度和幅值裕度。3、设系统的开环传达函数为统的根轨迹图。3、设系统的开环传达函数为统的根轨迹图。G(s)=试绘制开环系统的零极点图和闭环系解：G=tf([1,2],[1,2,2]);subplot(121);pzmap(G)subplot(122);rlocus(G)4、系统的开环传达函数为:度和相角裕度。G(4、系统的开环传达函数为:度和相角裕度。G(s)—*试绘制奈氏曲线并求系统的幅值裕解：G=tf(3.5,[1,2,3,2]);nyquist(G)[h,r,wg,wc]=margin(G)5、系统的开环传达函数为:100(s5、系统的开环传达函数为:100(s.4)，绘制系统的伯德图，并鉴别闭环G(s)s(s0.5)(s50)2系统的稳固性。解：k=100;z=[-4];p=[0,-0.5,-50,-50];G=zpk(z,p,k);bode(G)6、闭环系统的传达函数为s3.7s2.24s.24试判断系统的稳固性。G(s)=s4.10s335s2.50s.24解：由M语句输入：G=tf([1,7,24,24],[1,10,35,50,24]);roots(G.den{1})G1=ss(G);eig(G1.a)7、系统构造图如图示。此中-s3■2s23s-4s_3Gc(s)二二s'3H(s)■1绘制开环、闭环系统的脉冲响应曲线。解：G=tf(4,[1,2,3,4]);Gc=tf([1,-3],[1,3]);H=tf(1,[0.01,1]);Gk=Gc*G*H;Gb=feedback(G*Gc,H);subplot(211);impulse(Gk);subplot(212);impulse(Gb)4-4系统构造图如图4-48，写出该系统的联络矩阵W和W。，并写出联络矩阵非零元素

阵Wij。y0Gi阵Wij。y0Gi(s)G10(s)■y?G9(s)-解：依据图4-48中少，4拓扑连结关系，可写出每个环节输入少受哪些环节输出*的影响，现列如入下：U1二y0u2=yi-*9u3=*2]U4二*3-*8iu5=y4ju6=*5_*10u7=y6|u8=y6u9=y?ui0=y7L把环节之间的关系和环节与参照输入的关系分别用矩阵表示出来，u=wy-w0y0uiu2u3u4u5u6u7u8u9u100000000000000000000.y11■q100000000-10y201000000000100100000—100y400010000000y50l*+000100000-1y600000100000y?00000100000y800000010000y90一1y1L■T0000010000L一_l100*y。00000000000■11100000000—10001000000000000100000—1000000100000000即W=，W0=0000100000」100000010000000000010000000000001000001L00000010000■一L0—■101]21129_1132143148_1WIJ=541651610_1761|861971111071J4-6若系统为图4-5b双输入-双输出构造，试写出该系统的联接矩阵W,W0，说明应注意什么？y0201解：依据图4-5b中Ui,yi拓扑连结关系，可列写以下关系式：y2u3u5y6U一]—yu2二yiU3二y2u_4%u5二y6u6二y4变换成矩阵形式为——u1-000010■一y「101U2100000y200u3010000*y3;+00yra*■01*1U4001000y4101卜」02」U5000001y500U6L-.iit0001001Ly6■00二000010.■1011000000001000000所以联接矩阵W=，W0=0010000100000100000100L00二此时应注意输入联接矩阵W0变成6k2型。计算题1、系统微分方程」-r，醐T，用欧拉法仿真，为保证计算稳固，则对计算步长hat''的要求为：（禄）。剖析：依据一阶显示方程立L,以］的稳固性判断方程:JF.w-1知足判断方程的解即为稳固域为•，,当步长•的取值在■kJIIJI■I0到0.4之间时，用欧拉方法仿真计算是稳固的。。由题可知U-—t知足判断方程的解即为稳固域为•，,当步长•的取值在■kJIIJI■I0到0.4之间时，用欧拉方法仿真计算是稳固的。U3/J解：由构造图，有:一HrV■"|px解：由构造图，有:一HrV■"|px华+非+孙二位+挽+3^,已知系统为零初值，求系统的状态■JrIiUfMIAriUfa!W■■3、描绘系统的微分方程为空间表达式。解：第一将微分方程变换为传达函数。对原方程取拉氏变换，有■|igP".JH|ui，■-TiS-、,■-jL七「•[?P|Vi<!JJ.J1.JIgf=十2Jtj-v:S；并由此求得系统的传达函数为：由系统传达函数标准形式能够直接写出系统的能控标准形状态表达式:输出方程:4、已知系统传达函数二——，若用面向构造图的数字仿真方法，典型环节取."iJS1>|vwsH」，，F'.--—-，零初值，步长h=0.1，求系统的状态方程和输出方程。■-11IJJ解：将传达函数分解为基本环节:即两个基本环节级联，以下列图所示，取状态变量如图标明:由图可知，君H，鼠l崟・=・购，.，写成矩阵形式，有系统状态方程:由图可知，1.LIulj又由题目条件知，系统时零状态，于是顺二0系统输出方程为：，试分别用欧拉法、四阶龙格一库塔法iw■-,I■iwEdL求｝=£时的值，并说明造成差别的原由。w■■n解：被求函数的导函数…二、’…、二-：•-、，以下分别用两种方法求解（1）欧拉法由欧拉法的递推公式|-|♦ifmt4I■〒■一i卜霍4JFk得:（2）四阶