控制系统数字仿真与CAD第一二章习题答案
《控制系统数字仿真》练习题及答案
《控制系统数字仿真》练习题及答案1. 单选题1. 某系统的函数关系式为y=1/（x3-2x+4），绘制x在0至10之间变化的图形，正确的是（）。
A. fplot('1/(x*3-2*x+4)',[0 10])B. fplot('1/(x.^3-2*x+4)',[0 10])C. plot('1/(x.^3-2*x+4)',[0 10])D. plot('1/(x*3-2*x+4)',[0 10])正确答案：B2. 绘制系统零极点图的命令是（）。
A. stepB. pzmapC. rlocusD. sgrid正确答案：B3. 将系统零极点形式变换为传递函数形式的命令是（）。
A. tf2zpB. ss2tfC. ss2zpD. zp2tf正确答案：D4. AUTOCAD的坐标体系，包括世界坐标和（）坐标系。
A. 绝对坐标B. 平面坐标C. 相对坐标D. 用户坐标正确答案：D5. 在MATLAB工作空间中，表示圆周率的特殊变量是（）。
A. piB. ansC. iD. eps正确答案：A6. 下列哪条指令是求矩阵的行列式的值（）。
A. invB. diagC. detD. eig正确答案：C7. 在CAD网络系统中，以下说法不正确的是（）。
A. 设计资料可以共享B. 硬件可以共享C. 电脑文件可以共享D. 可以方便管理设计进度正确答案：C8. i=2; a=2i;b=2*i;c=2*sqrt(-1);程序执行后；a, b, c的值分别是（）。
A. a=4,b=4,c=2.0000iB. a=4,b=2.0000i, c=2.0000iC. a=2.0000i, b=4,c=2.0000iD. a=2.0000i,b=2.0000i,c=2.0000i正确答案：C9. 在循环结构中跳出循环，执行循环后面代码的命令为（）。
A. returnB. breakC. continueD. keyboard正确答案：B10. figure命令的作用是（）。
《自动控制系统计算机仿真》习题参考答案
《自动控制系统计算机仿真》习题参考答案1-1 什么是仿真？ 它的主要优点是什么？它所遵循的基本原则是什么？答：所谓仿真，就是使用其它相似的系统来模仿真实的需要研究的系统。
计算机仿真是指以数字计算机为主要工具，编写并且运行反映真实系统运行状况的程序。
对计算机输出的信息进行分析和研究，从而对实际系统运行状态和演化规律进行综合评估与预测。
它是非常重要的设计自动控制系统或者评价系统性能和功能的一种技术手段。
仿真的主要优点是：方便快捷、成本低廉、工作效率和计算精度都很高。
它所遵循的基本原则是相似性原理。
1-2 你认为计算机仿真的发展方向是什么？答：向模型更加准确的方向发展，向虚拟现实技术，以及高技术智能化、一体化方向发展。
向更加广阔的时空发展。
1-3 计算机数字仿真包括哪些要素？它们的关系如何？答：计算机仿真的三要素是：系统——研究的对象、模型——系统的抽象、计算机——仿真的工具和手段。
它们的关系是相互依存。
2-1 控制算法的步长应该如何选择？答：控制算法步长的选择应该恰当。
如果步长太小，就会增加迭代次数，增加计算量；如果步长太大，计算误差将显著增加，甚至造成计算结果失真。
2-2 通常控制系统的建模有哪几种方法？答：1）机理建模法；2）实验建模法；3）综合建模法。
2-3 用欧拉法求以下系统的输出响应()y t 在0≤t ≤1上，0.1h =时的数值解。
0yy += ， (0)0.8y = 解：输入以下语句 绘制的曲线图2-4 用二阶龙格-库塔法对2-3题求数值解，并且比较两种方法的结果。
解：输入以下语句绘制的曲线图经过比较两种方法的结果，发现它们几乎没有什么差别。
3-1 编写两个m文件，分别使用for和while循环语句计算20031kk=∑。
解：第1个m文件，第2个m文件运行结果都是3-2 求解以下线性代数方程：123102211313121xxx⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦解：输入语句计算结果3-3 已知矩阵013=121542⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦A，218=414332⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦B试分别求出A阵和B阵的秩、转置、行列式、逆矩阵以及特征值。
控制系统数字仿真与CAD第一二章习题答案
1-1什么是仿真？它所遵循的基本原则是什么？答：仿真是建立在控制理论，相似理论，信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计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，并借助专家经验知识，统汁数据和信息资料对试验结果进行分析和研究，进而做出决策的一门综合性的试验性科学。
它所遵循的基本原则是相似原理。
1-2在系统分析与设计中仿真法与解析法有何区別？各有什么特点？答：解析法就是运用已掌握的理论知识对控制系统进行理论上的分析，il•算。
它是一种纯物理意义上的实验分析方法，在对系统的认识过程中具有普遍意义。
由于受到理论的不完善性以及对事物认识的不全而性等因素的影响，其应用往往有很大局限性。
仿真法基于相似原理，是在模型上所进行的系统性能分析与研究的实验方法。
1-3数字仿真包括那几个要素？其关系如何？答：通常情况下，数字仿真实验包括三个基本要素，即实际系统，数学模型与让算机。
由图可见，将实际系统抽象为数学模型，称之为一次模型化，它还涉及到系统辨识技术问题，统称为建模问题：将数学模型转化为可在计算机上运行的仿真模型，称之为二次模型化，这涉及到仿真技术问题，统称为仿真实验。
1-4为什么说模拟仿真较数字仿真精度低？其优点如何？o答：由于受到电路元件精度的制约和容易受到外界的下•扰，模拟仿真较数字仿真精度低但模拟仿真具有如下优点：（1）描述连续的物理系统的动态过程比较自然和逼真。
（2）仿真速度极快，失真小，结果可信度髙。
（3）能快速求解微分方程。
模拟汁算机运行时0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无关。
（4）可以灵活设置仿真试验的时间标尺，既可以进行实时仿真，也可以进行非实时仿真。
（5）易于和实物相连。
1-5什么是CAD技术？控制系统CAD可解决那些问题？答：CAD技术，即计算机辅助设计（Computer Aided Design），是将计算机高速而精确的计算能力, 大容量存储和数据的能力与设讣者的综合分析，逻辑判断以及创造性思维结合起来，用以快速设计进程，缩短设计周期，提髙设计质量的技术。
控制系统计算机仿真课后答案
控制系统计算机仿真课后答案参考答案说明:1( 对于可以用文字或数字给出的情况，直接给出参考答案。
2( 对于难以用文字或数字给出的情况，将提供MATLAB程序或Simulink模型。
第 1 章1.1 系统是被研究的对象，模型是对系统的描述，仿真是通过模型研究系统的一种工具或手段。
1.2 数学仿真的基本工具是数字计算机，因此也称为计算机仿真或数字仿真。
将数学模型通过一定的方式转变成能在计算机上实现和运行的数学模型，称之为仿真模型。
1.3 因为仿真是在模型上做试验，是一种广义的试验。
因此，仿真基本上是一种通过试验来研究系统的综合试验技术，具有一般试验的性质。
而进行试验研究通常是需要进行试验设计。
1.4 解析法又称为分析法，它是应用数学推导、演绎去求解数学模型的方法。
仿真法是通过在模型上进行一系列试验来研究问题的方法。
利用解析法求解模型可以得出对问题的一般性答案，而仿真法的每一次运行则只能给出在特定条件下的数值解。
，解析法常常是围绕着使问题易于求解，而不是使研究方法更适合于问题，常常因为存在诸多困难而不能适用。
从原则上讲，仿真法对系统数学模型的形式及复杂程度没有限制，是广泛适用的，但当模型的复杂程度增大时，试验次数就会迅速增加，从而影响使用效率。
1.5 仿真可以应用于系统分析、系统设计、理论验证和训练仿真器等方面。
1.6,8,20,71，，，，,,,,，x,100x，0u,,,, ,,,,0100，，，，y,,,002x注:本题答案是用MATLAB中tf2ss()函数给出的，是所谓“第二能控标准型”(下同)。
11.7,3,3,11，，，，,,,,，x,100x，0u,,,, ,,,,0100，，，，y,,,013x1.82s，3s，3G(s), 32s，4s，5s，21.91.368,0.36801，，，，,,,,x(k，1),100x(k)，0u(k),,,, ,,,,0100，，，，y(k),,,00.3680.264x(k)1.10 仿真模型见praxis1_10_1.mdl;MATLAB程序见praxis1_10_2.m。
控制系统数字仿真与CAD 第三版 (张晓华 著) 机械工业出版社 课后答案
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《自动控制系统计算机仿真》习题参考答案
《自动控制系统计算机仿真》习题参考答案1-1 什么是仿真？ 它的主要优点是什么？它所遵循的基本原则是什么？答：所谓仿真，就是使用其它相似的系统来模仿真实的需要研究的系统。
计算机仿真是指以数字计算机为主要工具，编写并且运行反映真实系统运行状况的程序。
对计算机输出的信息进行分析和研究，从而对实际系统运行状态和演化规律进行综合评估与预测。
它是非常重要的设计自动控制系统或者评价系统性能和功能的一种技术手段。
仿真的主要优点是：方便快捷、成本低廉、工作效率和计算精度都很高。
它所遵循的基本原则是相似性原理。
1-2 你认为计算机仿真的发展方向是什么？答：向模型更加准确的方向发展，向虚拟现实技术，以及高技术智能化、一体化方向发展。
向更加广阔的时空发展。
1-3 计算机数字仿真包括哪些要素？它们的关系如何？答：计算机仿真的三要素是：系统——研究的对象、模型——系统的抽象、计算机——仿真的工具和手段。
它们的关系是相互依存。
2-1 控制算法的步长应该如何选择？答：控制算法步长的选择应该恰当。
如果步长太小，就会增加迭代次数，增加计算量；如果步长太大，计算误差将显著增加，甚至造成计算结果失真。
2-2 通常控制系统的建模有哪几种方法？答：1）机理建模法；2）实验建模法；3）综合建模法。
2-3 用欧拉法求以下系统的输出响应()y t 在0≤t ≤1上，0.1h =时的数值解。
0yy += ， (0)0.8y = 解：输入以下语句 绘制的曲线图2-4 用二阶龙格-库塔法对2-3题求数值解，并且比较两种方法的结果。
解：输入以下语句绘制的曲线图经过比较两种方法的结果，发现它们几乎没有什么差别。
3-1 编写两个m文件，分别使用for和while循环语句计算20031kk=∑。
解：第1个m文件，第2个m文件运行结果都是3-2 求解以下线性代数方程：123102211313121xxx⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦解：输入语句计算结果3-3 已知矩阵013=121542⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦A，218=414332⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦B试分别求出A阵和B阵的秩、转置、行列式、逆矩阵以及特征值。
《自动控制系统计算机仿真》习题参考答案5页word文档
《自动控制系统计算机仿真》习题参考答案1-1 什么是仿真？ 它的主要优点是什么？它所遵循的基本原则是什么？答：所谓仿真，就是使用其它相似的系统来模仿真实的需要研究的系统。
计算机仿真是指以数字计算机为主要工具，编写并且运行反映真实系统运行状况的程序。
对计算机输出的信息进行分析和研究，从而对实际系统运行状态和演化规律进行综合评估与预测。
它是非常重要的设计自动控制系统或者评价系统性能和功能的一种技术手段。
仿真的主要优点是：方便快捷、成本低廉、工作效率和计算精度都很高。
它所遵循的基本原则是相似性原理。
1-2 你认为计算机仿真的发展方向是什么？答：向模型更加准确的方向发展，向虚拟现实技术，以及高技术智能化、一体化方向发展。
向更加广阔的时空发展。
1-3 计算机数字仿真包括哪些要素？它们的关系如何？答：计算机仿真的三要素是：系统——研究的对象、模型——系统的抽象、计算机——仿真的工具和手段。
它们的关系是相互依存。
2-1 控制算法的步长应该如何选择？答：控制算法步长的选择应该恰当。
如果步长太小，就会增加迭代次数，增加计算量；如果步长太大，计算误差将显著增加，甚至造成计算结果失真。
2-2 通常控制系统的建模有哪几种方法？答：1）机理建模法；2）实验建模法；3）综合建模法。
2-3 用欧拉法求以下系统的输出响应()y t 在0≤t ≤1上，0.1h =时的数值解。
解：输入以下语句 绘制的曲线图2-4 用二阶龙格-库塔法对2-3题求数值解，并且比较两种方法的结果。
解：输入以下语句 绘制的曲线图经过比较两种方法的结果，发现它们几乎没有什么差别。
3-1 编写两个m 文件，分别使用for 和while 循环语句计算20031k k=∑。
解：第1个m 文件， 第2个m 文件 运行结果都是3-2 求解以下线性代数方程：解： 输入语句 计算结果3-3 已知矩阵试分别求出A阵和B阵的秩、转置、行列式、逆矩阵以及特征值。
解：求矩阵的秩、行列式、逆矩阵、特征值的函数分别为：rank( ), det( ), inv( ), eig( )。
《控制系统建模与仿真》课后习题-2021版
《控制系统建模与仿真》课程习题（1）一、“投针实验”的历史价值在人类数学文化史中，对圆周率 精确值的追求吸引了许多学者的研究兴趣。
在众多的圆周率计算方法中，最为奇妙的是法国物理学家布丰（Boffon）在1777年提出的“投针实验”。
试回答下列问题：1、试对“投针实验”的机理给出一种直观形象的物理解释？2、有人说“布丰/ Boffon（投针实验）是仿真技术的奠基者”，为什么？3、试用MATLAB语言编制“投针实验”的仿真程序，仿真证明之。
二、自平衡式两轮电动车的安全问题近年来，自平衡式两轮电动车产品成为“抢眼”的代步工具，但也出现很多问题（如上图所示）；试根据你所了解的情况就“平衡车产品是否可以合法上路？”问题，给出你的意见与建议。
提示：可从“技术、安全、法律、可持续”等方面，有理有据地展开讨论。
参考书：张晓华《控制系统数字仿真与CAD》 (第4版) 机械工业出版社 2020张晓华《系统建模与仿真》（第2版）清华大学出版社 2016《控制系统建模与仿真》课程习题（2）一、一阶直线倒立摆系统的建模问题对于教材中图2-7所示的一阶直线倒立摆系统，基于牛顿定律所建立的数学模型（如教材的图2-8所示），试问：这个数学模型是否正确，给出你的分析与证明。
提示：（1）基于MATLAB仿真进行模型验证（参见教材第四章第三节）；（2）应用“拉格朗日方程”方法建模，进行结果对比。
二、一阶直线双倒立摆系统的可实现问题如下图所示的一阶直线双倒立摆系统，试问：能否通过控制力F实现“在保持两杆不倒的条件下，使小车在直线X方向的位置任意移动”？提示：（1）建立系统数学模型；（2）应用现代控制理论的“能控性定理”进行分析。
参考书：张晓华《控制系统数字仿真与CAD》 (第4版) 机械工业出版社 2020张晓华《系统建模与仿真》（第2版）清华大学出版社 2016《控制系统建模与仿真》课程习题（3）一、水箱液位控制系统设计问题如下图所示的“水箱液位系统”，试回答下列问题：1、试给出含有（控制器+传感器）的“水箱液位控制系统”方案；2、试依据“流体力学”的基本概念，建立系统的数学模型；3、若使系统液位控制实现稳态无静差，试给出PID控制器设计方案；二、水箱液位控制的拓展问题试回答下述问题：1、某人在上述“水箱液位控制系统”中，采用单片机作控制器，程序设计为“增量式PI控制算法”，如果控制系统在“阶跃给定”下存在稳态误差，试问这种情况是否合理？为什么？2、对于上图所示的“水箱液位系统”，在下排水出口处流体呈“紊流”状态,试证明：其流量与液位高度的关系为Q=K∙√H。
《控制系统数字仿真与CAD》部分答案2
3-1．求解下列线性方程，并进行解得验证：(1)7 2 1 -249 15 3 -27-2 -2 11 511 32 130x⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦,(2)5 76 5 1247 10 8 7 2346 8 10 9 3365 7 9 10 4351 2 3 4 515x⎡⎤⎡⎢⎥⎢⎢⎥⎢⎢⎥⎢=⎢⎥⎢⎢⎥⎢⎢⎥⎢⎣⎦⎣9613614414060⎤⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦由A*X=B得：X=A\B解：>> a=[7 2 1 -2;9 15 3 -2;-2 -2 11 5;1 3 2 13]a =7 2 1 -29 15 3 -2-2 -2 11 51 32 13>> b=[4 7 -1 0]'b =47-1>> x=a\bx =0.49790.14450.0629-0.0813(2)解：>> a=[5 7 6 5 17 10 8 7 26 8 10 9 35 7 9 10 41 2 3 4 5]a =5 76 5 17 10 8 7 26 8 10 9 35 7 9 10 41 2 3 4 5>> b=[24 9634 136 36 144 35 140 15 60] b =24 96 34 136 36 144 35 140 15 60>> x=a\b x =1.0000 4.0000 1.0000 4.0000 1.0000 4.0000 1.0000 4.00001.0000 4.00003-2．进行下列计算，给出不使用for 和while 等循环语句的计算方法。
（1）632ii k ==∑解:根据等比数列求和方法，在利用matlab 中的m 文件，编写程序求解。
M 文件为 n=64;q=2;k=(1-q^n)/(1-q); disp('k 的值为'); disp(k);保存文件q1.m在matlab 命令框中输入 >> q1k 的值为 1.8447e+019(2)求出y=x*sin(x) 在0<x<100条件下的每个峰值解：画出图形>> x=0:0.01:100;>> y=x.*sin(x); >> plot(x,y); >> grid on>> title('y=x*sin(x)') >> xlabel('x') >>ylabel('y')方法1。
(完整版)《计算机仿真技术与CAD》习题答案.docx
计算机仿真技术与CAD ——基于MA TLAB 的控制系统（第 3 版）第 0 章绪论0-1什么是仿真？它所遵循的基本原则是什么？答：仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算机技术等理论基础之上的，以计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，并借助专家经验知识、统计数据和信息资料对试验结果进行分析和研究，进而做出决策的一门综合性的试验性科学。
它所遵循的基本原则是相似原理。
0-2仿真的分类有几种？为什么？答：依据相似原理来分：物理仿真、数学仿真和混合仿真。
物理仿真：就是应用几何相似原理，制作一个与实际系统相似但几何尺寸较小或较大的物理模型（例如飞机模型放在气流场相似的风洞中）进行实验研究。
数学仿真：就是应用数学相似原理，构成数学模型在计算机上进行研究。
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，在系统研究中往往把数学仿真、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：在仿真研究中，数学仿真只要有一台数学仿真设备（如计算机等），就可以对不同的控制系统进行仿真实验和研究，而且，进行一次仿真实验研究的准备工作也比较简单，主要是受控系统的建模、控制方式的确立和计算机编程。
数学仿真实验所需的时间比物理仿真大大缩短，实验数据的处理也比物理仿真简单的多。
与数学仿真相比，物理仿真总是有实物介入，效果直观逼真，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，灵活性差，改变参数困难，模型难以重用，通用性不强。
0-4简述计算机仿真的过程。
答：第一步：根据仿真目的确定仿真方案根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。
《控制系统数字仿真》练习题及答案
《控制系统数字仿真》练习题及答案1. 单选题1. 某系统的函数关系式为y=1/（x3-2x+4），绘制x在0至10之间变化的图形，正确的是（）。
A. fplot('1/(x*3-2*x+4)',[0 10])B. fplot('1/(x.^3-2*x+4)',[0 10])C. plot('1/(x.^3-2*x+4)',[0 10])D. plot('1/(x*3-2*x+4)',[0 10])正确答案：B2. 绘制系统零极点图的命令是（）。
A. stepB. pzmapC. rlocusD. sgrid正确答案：B3. 将系统零极点形式变换为传递函数形式的命令是（）。
A. tf2zpB. ss2tfC. ss2zpD. zp2tf正确答案：D4. AUTOCAD的坐标体系，包括世界坐标和（）坐标系。
A. 绝对坐标B. 平面坐标C. 相对坐标D. 用户坐标正确答案：D5. 在MATLAB工作空间中，表示圆周率的特殊变量是（）。
A. piB. ansC. iD. eps正确答案：A6. 下列哪条指令是求矩阵的行列式的值（）。
A. invB. diagC. detD. eig正确答案：C7. 在CAD网络系统中，以下说法不正确的是（）。
A. 设计资料可以共享B. 硬件可以共享C. 电脑文件可以共享D. 可以方便管理设计进度正确答案：C8. i=2; a=2i;b=2*i;c=2*sqrt(-1);程序执行后；a, b, c的值分别是（）。
A. a=4,b=4,c=2.0000iB. a=4,b=2.0000i, c=2.0000iC. a=2.0000i, b=4,c=2.0000iD. a=2.0000i,b=2.0000i,c=2.0000i正确答案：C9. 在循环结构中跳出循环，执行循环后面代码的命令为（）。
A. returnB. breakC. continueD. keyboard正确答案：B10. figure命令的作用是（）。
控制系统数字仿真与CAD习题
控制系统计算机仿真及辅助设计课程上机作业1月5日上机作业一：2-1 思考题：（1）数学模型的微分方程，状态方程，传递函数，零极点增益和部分分式五种形式，各有什么特点？（2）数学模型各种形式之间为什么要互相转换？（3）控制系统建模的基本方法有哪些？他们的区别和特点是什么？（4）控制系统计算机仿真中的“实现问题”是什么含意？（5）数值积分法的选用应遵循哪几条原则？（1）微分方程是直接描述系统输入和输出量之间的制约关系，是连续控制系统其他数学模型表达式的基础。
状态方程能够反映系统内部各状态之间的相互关系，适用于多输入多输出系统。
传递函数是零极点形式和部分分式形式的基础。
零极点增益形式可用于分析系统的稳定性和快速性。
利用部分分式形式可直接分析系统的动态过程。
（2）不同的控制系统的分析和设计方法，只适用于特定的数学模型形式。
（3）控制系统的建模方法大体有三种：机理模型法，统计模型法和混合模型法。
机理模型法就是对已知结构，参数的物理系统运用相应的物理定律或定理，经过合理的分析简化建立起来的各物理量间的关系。
该方法需要对系统的内部结构和特性完全的了解，精度高。
统计模型法是采用归纳的方法，根据系统实测的数据，运用统计规律和系统辨识等理论建立的系统模型。
该方法建立的数学模型受数据量不充分，数据精度不一致，数据处理方法的不完善，很难在精度上达到更高的要求。
混合法是上述两种方法的结合。
（4）“实现问题”就是根据建立的数学模型和精度，采用某种数值计算方法，将模型方程转换为适合在计算机上运行的公式和方程，通过计算来使之正确的反映系统各变量动态性能，得到可靠的仿真结果。
（5）数值积分法应该遵循的原则是在满足系统精度的前提下，提高数值运算的速度和并保证计算结果的稳定。
2-2.用matlab语言求下列系统的状态方程、传递函数、零极点增益、和部分分式形式的模型参数，并分别写出其相应的数学模型表达式：(1) G（s）=324327242410355024s s ss s s s+++++++(2) Equation Section (Next).X=2.25 -5 -1.25 -0.542.25 -4.25 -1.25 -0.2520.25 -0.5 -1.25 -121.25 -1.75 -0.25 -0.75 0X⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦uy=[0 2 0 2] X解：（1）程序代码如下：clear;clc;num=[1 7 24 24];den=[1 10 35 50 24];[Z,P,K]=tf2zp(num,den);[A,B,C,D]=zp2ss(Z,P,K);[R,P1,H]=residue(num,den);G1=tf(num,den)G2=zpk(Z,P,K)G3=ss(A,B,C,D)程序的输出结果如下：Transfer function:s^3 + 7 s^2 + 24 s + 24---------------------------------s^4 + 10 s^3 + 35 s^2 + 50 s + 24Zero/pole/gain:(s+1.539) (s^2 + 5.461s + 15.6)-------------------------------(s+4) (s+3) (s+2) (s+1)a =x1 x2 x3 x4 x1 -3 -1.414 0 0x2 1.414 0 0 0x3 1 1.088 -7 -3.464x4 0 0 3.464 0b =u1x1 1x2 0x3 0x4 0c =x1 x2 x3 x4 y1 1 1.088 -1.539 1.038d =u1y1 0Continuous-time model.（2）程序代码如下：clear;clc;A=[2.25 -5 -1.25 -0.52.25 -4.25 -1.25 -0.250.25 -0.5 -1.25 -11.25 -1.75 -0.25 -0.75];B=[4220];C=[0 2 0 2];D=0;[num,den]=ss2tf(A,B,C,D);[Z,P,K]=ss2zp(A,B,C,D);[R,P1,H]=residue(num,den);G1=tf(num,den)G2=zpk(Z,P,K)G3=ss(A,B,C,D)程序输出结果如下：Transfer function:4 s^3 + 14 s^2 + 22 s + 15--------------------------------------s^4 + 4 s^3 + 6.25 s^2 + 5.25 s + 2.25Zero/pole/gain:4 (s+1.5) (s^2 + 2s + 2.5)--------------------------(s+1.5)^2 (s^2 + s + 1)a =x1 x2 x3 x4x1 2.25 -5 -1.25 -0.5x2 2.25 -4.25 -1.25 -0.25x3 0.25 -0.5 -1.25 -1x4 1.25 -1.75 -0.25 -0.75b =u1x1 4x2 2x3 2x4 0c =x1 x2 x3 x4y1 0 2 0 2d =u1y1 0Continuous-time model.2-3.用欧拉法求下面系统的输出响应y(t)在0≤t≤1上，h=0.1时的数值。
《控制系统仿真与CAD》习题集
《控制系统仿真与CAD》习题集第1章仿真软件——MATLAB1-1：利用MATLAB的文本文件求函数y=1-2：利用MATLAB的函数文件，求函数：2??y1=3x1+x2+x3 ?2=??y3xxx?123?2x3在x=?4时的值。
在x1=?2,x2=3,x3=1时的值。
1-3：利用图形窗口分割方法将下列极坐标方程：ρ=sin(2θ)cos(2θ)用四种绘图方式画在不同的窗口中。
1-4：绘制函数图形：y(t)=1?2e?tsin(t)（0≤t≤30）且在x轴写上“Time”标号，y轴写上“Amplitude”标号，图形的标题为“Decaying-oscillating Exponential”。
1-5：求S=∑i的值。
i=11001-6：求满足∑i>1000的最小m值。
i=1m1-7：分别利用for和while循环语句求满足S=∑i2<1000的m 的最大值。
i=1m1-8：求函数f(x)=3x?x3的最小值。
1-9：求以下非线性方程组的解。
?sinx+y2+lnz?7=0?3 ?3x+2y?z+1=0?x+y+z?5=0?1-10：求以下线性方程组的解。
?x?y=0 ?xy60+?=???(0)=0下的解。
1-11：求下列微分方程在初始条件x(0)=1,x??????+x=0 x?(1?x2)x?12?1-13：对于矩阵A=??，MATLAB以下四条命令：34??1-12 ：求积分y=∞?x∫e2/2dx的解。
A.^0.5;A^0.5;sqrt(A);sqrtm(A)所得结果相同吗？哪些结果是复数矩阵？1-14：一个3位整数各位数字的立方和等于该数本身则称该数为水仙花数，输出100~999之间的全部水仙花数。
1-15：编写函数文件求半径为r的圆的面积和周长。
1-16：已知y=1111+2+2+????2，当n=100时，求y的值。
2123n1-17：利用函数的递归调用，求n!。
《控制系统数字仿真与CAD(第3版)》张晓华(习题解答)第1章思考题解答-姚100715
思考题：由于赵师兄的原始ADAMS文件找不到，实验没能进行，在现有条件下给出解答如下：- ，给定小球位置为0.3m，分初始条件为小球位置为-0.3m，棒的倾角为10别减小和增加小球质量为0.03kg，0.05kg，0.07kg时得到小球位置和棒的倾角仿真分析曲线如图1所示。
a) 小球位置曲线b) 棒的倾角曲线图1 小球位置和棒倾角仿真曲线从图1中可以看出，当小范围的增加或减小小球质量时，小球位置曲线就出现很大的稳态误差，并且调节时间也变大很多，当小球质量增加到0.09kg时控制器不能起到使控制系统稳定的作用，如图2所示，这说明用状态反馈设计的控制器对小球质量变化的鲁棒性很差。
- ，给定小球位置为0.3m，棒初始条件为小球位置为-0.3m，棒的倾角为10的长度和质量分别为M=0.375kg，L=0.8m；M=0.5kg，L=1m； L=1m，M=0.8kg；M=0.8kg，L=1.2m；M=1kg，L=1.2m；时仿真分析曲线如图3，4所示。
通过图3，4在不同棒的长度和质量的情况下，小球位置和棒倾角的仿真曲线可以看出，当棒质量和长度增加为M=0.5kg，L=1m时系统还能较好的稳定，系统性能也较好。
说明用状态反馈设计的控制器对棒质量和长度改变有一定的鲁棒性，但是当M=0.8kg，L=1m时小球位置曲线出现了超调量，调节时间增大。
当M=0.8m，L=1.2m位置和角度曲线都出现了振荡，系统仍能稳定，但调节时间已达到80s左右，当棒质量和长度增加到M=1kg，L=1.2m时，系统不能稳定，说明全状态反馈控制器对棒质量和长度的小范围改变具有一定的鲁棒性，但还是不理想。
a) 小球位置曲线b) 棒的倾角曲线图2 小球位置和棒倾度仿真曲线a) 小球位置曲线b) 小球位置曲线放大图图3 小球位置仿真曲线a) 棒的倾角曲线b) 棒的倾角曲线放大图图4 棒的倾角仿真曲线。
控制系统数字仿真第二章习题答案word资料11页
控制系统数字仿真与CAD第二章习题答案2-1 思考题：（1）数学模型的微分方程，状态方程，传递函数，零极点增益和部分分式五种形式，各有什么特点？（2）数学模型各种形式之间为什么要互相转换？（3）控制系统建模的基本方法有哪些？他们的区别和特点是什么？（4）控制系统计算机仿真中的“实现问题”是什么含意？（5）数值积分法的选用应遵循哪几条原则？答：（1）微分方程是直接描述系统输入和输出量之间的制约关系，是连续控制系统其他数学模型表达式的基础。
状态方程能够反映系统内部各状态之间的相互关系，适用于多输入多输出系统。
传递函数是零极点形式和部分分式形式的基础。
零极点增益形式可用于分析系统的稳定性和快速性。
利用部分分式形式可直接分析系统的动态过程。
（2）不同的控制系统的分析和设计方法，只适用于特定的数学模型形式。
（3）控制系统的建模方法大体有三种：机理模型法，统计模型法和混合模型法。
机理模型法就是对已知结构，参数的物理系统运用相应的物理定律或定理，经过合理的分析简化建立起来的各物理量间的关系。
该方法需要对系统的内部结构和特性完全的了解，精度高。
统计模型法是采用归纳的方法，根据系统实测的数据，运用统计规律和系统辨识等理论建立的系统模型。
该方法建立的数学模型受数据量不充分，数据精度不一致，数据处理方法的不完善，很难在精度上达到更高的要求。
混合法是上述两种方法的结合。
（4）“实现问题”就是根据建立的数学模型和精度，采用某种数值计算方法，将模型方程转换为适合在计算机上运行的公式和方程，通过计算来使之正确的反映系统各变量动态性能，得到可靠的仿真结果。
（5）数值积分法应该遵循的原则是在满足系统精度的前提下，提高数值运算的速度和并保证计算结果的稳定。
2-2.用matlab语言求下列系统的状态方程、传递函数、零极点增益、和部分分式形式的模型参数，并分别写出其相应的数学模型表达式：(1) G（s）=324327242410355024s s ss s s s+++++++(2).X=2.25 -5 -1.25 -0.542.25 -4.25 -1.25 -0.2520.25 -0.5 -1.25 -121.25 -1.75 -0.25 -0.75 0X⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦u y=[0 2 0 2] X（1）解：（1）状态方程模型参数:编写matlab程序如下>> num=[1 7 24 24];>> den=[1 10 35 50 24];>> [A B C D]=tf2ss(num,den)得到结果：A=-10 -35 -50 -241 0 0 00 1 0 00 0 1 0⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦,B=1⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦,C=[]1 7 24 24,D=[0]所以模型为:.X=-10 -35 -50 -241 0 0 00 1 0 00 0 1 0⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦X+1⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦u,y=[]1 7 24 24X(2)零极点增益:编写程序>> num=[1 7 24 24];>> den=[1 10 35 50 24];>> [Z P K]=tf2zp(num,den)得到结果Z= -2.7306 + 2.8531 , -2.7306 - 2.8531i ,-1.5388P= -4, -3 ,-2 ,-1K=1(3) 部分分式形式:编写程序>> num=[1 7 24 24];>> den=[1 10 35 50 24];>> [R P H]=residue(num,den)得到结果R= 4.0000 ,-6.0000, 2.0000, 1.0000P= -4.0000, -3.0000 , -2.0000 ,-1.0000H=[]G(s)=46214321 s s s s-+++++++（2）解：（1）传递函数模型参数：编写程序>> A=[2.25 -5 -1.25 -0.52.25 -4.25 -1.25 -0.250.25 -0.5 -1.25 -11.25 -1.75 -0.25 -0.75]；>> B=[4 2 2 0]';>> C=[0 2 0 2];>> D=[0];>> [num den]=ss2tf(A,B,C,D)得到结果num = 0 4.0000 14.0000 22.0000 15.0000den =1.0000 4.0000 6.2500 5.2500 2.2500(2) 零极点增益模型参数:编写程序>> A=[2.25 -5 -1.25 -0.52.25 -4.25 -1.25 -0.250.25 -0.5 -1.25 -11.25 -1.75 -0.25 -0.75]；>> B=[4 2 2 0]';>> C=[0 2 0 2];>> D=[0];>> [Z,P,K]=ss2zp(A,B,C,D)得到结果Z =-1.0000 + 1.2247i -1.0000 - 1.2247i -1.5000P= -0.5000 + 0.8660i -0.5000 - 0.8660i -1.5000 -1.5000K = 4.0000表达式()() ()()() 4s+1-1.2247i s+1+1.2247i ()s+0.5-0.866i s+0.5+0.866i s+1.5 G s=（3）部分分式形式的模型参数：编写程序>> A=[2.25 -5 -1.25 -0.52.25 -4.25 -1.25 -0.250.25 -0.5 -1.25 -11.25 -1.75 -0.25 -0.75]； >> B=[4 2 2 0]';>> C=[0 2 0 2];>> D=[0];>> [num den]=ss2tf(A,B,C,D)>> [R,P,H]=residue(num,den)得到结果R = 4.0000 -0.0000 0.0000 - 2.3094i 0.0000 + 2.3094iP = -1.5000 -1.5000 -0.5000 + 0.8660i -0.5000 - 0.8660i H =[]2-3.用欧拉法求下面系统的输出响应y(t)在0≤t ≤1上，h=0.1时的数值。
智慧树答案控制系统仿真与CAD知到课后答案章节测试2022年
第一章1.答案:错2.给图形添加标题的命令函数是答案:title第二章1.传递函数到状态空间模型的转换是不唯一的，而状态空间到传递函数的转换是唯一的。
答案:对2.MATLAB中实现将零极点增益模型转换为状态空间模型的命令函数是zpk2ss。
答案:错3.MATLAB中将两个系统串联的命令函数是parallel。
答案:错4.MATLAB中实现两个系统反馈连接的命令函数是feedback。
答案:对5.在MATLAB中，实现两个系统非单位反馈连接的命令函数是答案:feedback第三章1.MATLAB中系统的斜坡响应绘制函数为ramp。
答案:错2.闭环系统的稳定性取决于闭环极点的分布。
答案:对3.用于考察系统对于恒值信号的跟踪能力的输入信号是答案:阶跃信号4.在MATLAB中用于绘制连续系统在复平面内零极点图的命令函数是答案:pzmap5.以下指标中不属于二阶系统阶跃响应指标的是答案:给定值第四章1.利用rlocus函数绘制根轨迹要用系统的闭环模型。
答案:错2.根轨迹都在复平面的左半平面，则闭环系统一定是稳定的。
答案:对3.绘制根轨迹图调用rlocus函数用的是开环模型。
答案:对4.rlocus函数返回的第一个输出变量是开环增益。
答案:错5.rlocfind函数返回的第一个输出变量是开环增益答案:对第五章1.波特图是线性时不变系统的传递函数对频率的半对数坐标图，利用波特图可以看出系统的频率响应。
答案:对2.利用奈奎斯特稳定性判据判断系统的稳定性可以使用MATLAB中的bode函数。
答案:错3.闭环系统稳定的充要条件为奈奎斯特曲线逆时针包围临界点（-1, j0）的圈数等于开环传递函数位于s右半平面的极点个数。
答案:对4.MATLAB函数中，可用于幅值裕度和相位裕度计算的是bode答案:错5.以下MATLAB函数中，可用于绘制奈奎斯特图的是答案:nyquist第六章1.线性定常系统状态完全能控的充要条件是能控性判定矩阵是满秩的。
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1-1什么是仿真？它所遵循的基本原则是什么？答：仿真是建立在控制理论，相似理论，信息处理技术和计算技术等理论基础之上的，以计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，并借助专家经验知识，统汁数据和信息资料对试验结果进行分析和研究，进而做出决策的一门综合性的试验性科学。
它所遵循的基本原则是相似原理。
1-2在系统分析与设计中仿真法与解析法有何区別？各有什么特点？答：解析法就是运用已掌握的理论知识对控制系统进行理论上的分析，il•算。
它是一种纯物理意义上的实验分析方法，在对系统的认识过程中具有普遍意义。
由于受到理论的不完善性以及对事物认识的不全而性等因素的影响，其应用往往有很大局限性。
仿真法基于相似原理，是在模型上所进行的系统性能分析与研究的实验方法。
1-3数字仿真包括那几个要素？其关系如何？答：通常情况下，数字仿真实验包括三个基本要素，即实际系统，数学模型与让算机。
由图可见，将实际系统抽象为数学模型，称之为一次模型化，它还涉及到系统辨识技术问题，统称为建模问题：将数学模型转化为可在计算机上运行的仿真模型，称之为二次模型化，这涉及到仿真技术问题，统称为仿真实验。
1-4为什么说模拟仿真较数字仿真精度低？其优点如何？o答：由于受到电路元件精度的制约和容易受到外界的下•扰，模拟仿真较数字仿真精度低但模拟仿真具有如下优点：（1）描述连续的物理系统的动态过程比较自然和逼真。
（2）仿真速度极快，失真小，结果可信度髙。
（3）能快速求解微分方程。
模拟汁算机运行时0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无关。
（4）可以灵活设置仿真试验的时间标尺，既可以进行实时仿真，也可以进行非实时仿真。
（5）易于和实物相连。
1-5什么是CAD技术？控制系统CAD可解决那些问题？答：CAD技术，即计算机辅助设计（Computer Aided Design），是将计算机高速而精确的计算能力, 大容量存储和数据的能力与设讣者的综合分析，逻辑判断以及创造性思维结合起来，用以快速设计进程，缩短设计周期，提髙设计质量的技术。
控制系统CAD可以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。
此外，自适应控制，自校正控制以及最优控制等现代控制测略都可利用CAD技术实现有效的分析与设计。
1-6什么是虚拟现实技术？它与仿真技术的关系如何？答：虚拟现实技术是一种综合了计算机图形技术，多媒体技术，传感器技术，显示技术以及仿真技术等多种学科而发展起来的高新技术。
1-7什么是离散系统？什么是离散事件系统？如何用数学的方法描述它们？答：本书所讲的“离散系统”指的是离散时间系统，即系统中状态变量的变化仅发生在一组离散时刻上的系统*它一般采用差分方程.离散状态方程和脉冲传递函数来描述。
离散事件系统是系统中状态变量的改变是由离散时刻上所发生的事件所驱动的系统。
这种系统的输入输出是随机发生的，一般采用概率模型来描述。
1-8如图1-16所示某卫星姿态控制仿真实验系统，试说明：（1）若按模型分类，该系统属于那一类仿真系统？（2）图中“混合汁算机”部分在系统中起什么作用？（3）与数字仿真相比该系统有什么优缺点？答：（1）按模型分类，该系统属于物理仿真系统“（2）混合计算机集中了模拟仿真和数字仿真的优点，它既可以与实物连接进行实时仿真，计算一些复杂函数，又可以对控制系统进行反复迭代讣算。
其数字部分用来模拟系统中的控制器，而模拟部分用于模拟控制对象。
（4）与数字仿真相比，物理仿真总是有实物介入，效果逼真，精度高，具有实时性与在线性的特点, 但其构成复杂，造价较髙，耗时过长，通用性不强。
2-1思考题：（1） 数学模型的微分方程，状态方程，传递函数，零极点增益和部分分式五种形式，各有什么特点？ （2） 数学模型各种形式之间为什么要互相转换？（3） 控制系统建模的基本方法有哪些？他们的区别和特点是什么？ （4） 控制系统计算机仿真中的“实现问题”是什么含意？ （5） 数值积分法的选用应遵循哪几条原则？答:（1）微分方程是直接描述系统输入和输出量之间的制约关系，是连续控制系统其他数学模型表 达式的基础。
状态方程能够反映系统内部各状态之间的相互关系，适用于多输入多输出系统匚传递 函数是零极点形式和部分分式形式的基础。
零极点增益形式可用于分析系统的稳左性和快速性。
利 用部分分式形式可直接分析系统的动态过程。
（2）不同的控制系统的分析和设计方法，只适用于特左的数学模型形式。
（3〉控制系统的建模方法大体有三种：机理模型法，统汁模型法和混合模型法。
机理模型法就 是对已知结构，参数的物理系统运用相应的物理立律或左理，经过合理的分析简化建立起来的各物 理量间的关系。
该方法需要对系统的内部结构和特性完全的了解，精度髙。
统讣模型法是采用归纳 的方法，根据系统实测的数据，运用统讣规律和系统辨识等理论建立的系统模型。
该方法建立的数 学模型受数据咼不充分，数据精度不一致，数据处理方法的不完善，很难在精度上达到更髙的要求。
混合法是上述两种方法的结合。
（4） “实现问题"就是根拯建立的数学模型和精度，采用某种数值计算方法，将模型方程转换 为适合在计算机上运行的公式和方程，通过计算来使之正确的反映系统各变量动态性能，得到可靠 的仿真结果。
（5） 数值积分法应该遵循的原则是在满足系统精度的前提下，提髙数值运算的速度和并保证计 算结果的稳左。
2・2•用matlab 语言求下列系统的状态方程.传递函数.零极点增益、和部分分式形式的模型参数, 并分别写出其相应的数学模型表达式：G (S )" Z + 1053 +35?+505 + 24y=[0 2 0 2] X解：（1）状态方程模型参数:编写matlab 程序如下» » »'2.25-5 -1.25 -0.54'2.25 -4.25 -1.25 -0.25x + 20.25 -0.5 -1.25 -12 1.25 -1.75 -0.25 -0.75错误!未找到引用源。
X 二?+7?+245 + 24(1)num 二[1 7 24 24]; den=[l 10 35 50 24];[ABC D]=tf2ss(num, den)-10 得到结果：A 二1 0 0 -10所以模型为：X 二,c=[l7 24 24],D 二[0]7 24 24] X（2）零极点增益:编写程序7 24 24]; » » den=[l 10 35 50 24];num=L l 1 0u, y=[l 1 0 -35 0 -35>> [Z P K]=tf2zp(num, den)得到结果 Z 二-2.7306 + 2.8531 f -2. 7306 - 2. 8531i ,-1.5388P 二-4, -3 ,-2 ,-lK=1(3)部分分式形式:编写程序>> num 二[1 7 24 24];» den=[l 10 35 50 24]; » [R P H]二residue(num, den)得到结果 R 二 4. 0000 , -6. 0000, 2. 0000, 1. 0000P 二 -4. 0000, -3. 0000 , -2. 0000 ,-1. 0000 H<]-6 2----- + ------s + 3 $ + 2(2)解：(1)传递函数模型参数：编写程序>> A 二[2・25 -5 -1.25 -0.52. 25 -4.25 -1.25 -0. 25 0. 25 -0. 5 -1. 25 -11.25 -1.75 -0. 25 -0. 75]: » B 二[4 2 2 0]';» C 二[0 2 0 2];» D 二[0]; » [num den] =ss2tf (A, B, C, D)得到结果num =4. 0000 14. 000022. 0000 15. 0000den =1. 00004. 00006. 25005. 25002. 2500―4 s 3 + 14 s 2 + 22 s + 15G($) = -7 ---------- Z ------------ -------------------------s 4 +4S 3+6.25 S 2 + 5.25 s + 2.25(2) 零极点增益模型参数:编写程序>> A=[2. 25 -5 -1.25 -0.52. 25 -4.25 -1.25 -0. 250. 25 -0. 5 -1・ 25 -1 1.25 -1.75 -0. 25 -0.75]： » B 二[4 2 2 0]'; » C 二[0 2 0 2];» D 二[0]; » [Z, P, K]=ss2zp(A, B, C, D)得到结果 Z =-1. 0000 + 1. 2247i -1. 0000 - 1. 2247i-1. 5000P 二-0. 5000 + 0. 8660i-0.5000 - 0. 8660i-1. 5000-1. 5000K = 4. 0000表达式 G (沪 °空亠2247i)(s+l+1.2247i)(s+O.5-O.866i)(s+O.5+O.866i)(s+1.5)(3) 部分分式形式的模型参数：编写程序>> A 二[2. 25 -5 -1.25 -0.52. 25 -4.25 -1.25 -0. 250. 25 -0. 5 -1. 25 -11.25 -1.75 -0. 25 -0.75]； » B 二[4 2 2 0]'; » C 二[0 2 0 2]; 1 5+1» D二[0];» [num den]=ss2tf (A, B, C, D)» [R, P, H] =residue (num, den)得到结果R = 4. 0000 -0. 0000 0. 0000 - 2. 3094i 0. 0000 +2. 3094iP = -1. 5000 -1. 5000 -0. 5000 + 0. 8660i -0. 5000 - 0.8660i H 二[]—、 4 2.3094/ 2.3094ZG(s) = ----------- —------------------------ + -----------------------5 + 1.5 5+ 0.5 - 0.866/ 5 + 0.5 + 0.866/2-3.用欧拉法求下面系统的输出响应y(t)在OWtWl上，h=0.1时的数值。