控制系统计算机仿真作业

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简单控制系统python仿真实验

计算机基础理论实验四简单控制系统python仿真实验学号：13 姓名：陈严实验日期：2012/5/24实验目的：学习计算机仿真的方法。

实验内容：1.建立test.py文件，运行test.py,分析实验结果；2.为每一行代码写一个注释系统如上图，鼓风机吹出风需要经过阀门才能到达风轮；而风轮的转速会影响到杠杆位置间接影响到阀门开度。

鼓风机的输入为正作用；风轮以至阀门的影响为负作用（或负反馈）。

代码：#coding=utf-8#系统参数a=0.1b=1.0#系统结构，F：鼓风机的风力; F1：实际输入风力；W：风轮转速def WW(): return a*F1 //*每次输入的风力def FF1(): return F-b*W //*杠杆所得到的力#初始条件F1=2 //*实际输入风力为2W=0.2 //*风轮转速为0.2转每秒print F1,W //*输入实际风力和转速#鼓风机风力正常F=2.2 //*鼓风机的风力为2.2 print "鼓风机风力",F //*输出鼓风机的风力#随着时间增加for t in xrange(20): //*返回一个迭代序列F1,W=FF1(),WW() //*将风力和转速进行更新print F1,W //*输出更新后的风力和转速#鼓风机风力偏大F=2.3 //*当鼓风机的风力为2.3时print "鼓风机风力",F#随着时间增加for t in xrange(20): //*返回迭代列20次F1,W=FF1(),WW() //*再次更新print F1,W //*输出实际风力和转速#鼓风机风力偏小F=2.2 //*当风力为2.2时print "鼓风机风力",F#随着时间增加for t in xrange(20): //*在f=2.2时，再次迭代 F1,W=FF1(),WW()print F1,W实验结果：从结果上，风力偏小时，感觉风轮转速W有点振荡;风力偏大时，比较平稳如果装个matplotlib画个曲线图就更好了风力偏小时，分析结果:转速是风力F的函数，当感觉风轮转速W有点振荡;风力偏大时，比较平稳二者之间成正相关。

(完整版)控制系统数字仿真题库

控制系统数字仿真题库一、填空题1. 定义一个系统时，首先要确定系统的边界；边界确定了系统的范围，边界以外对系统的作用称为系统的输入，系统对边界以为环境的作用称为系统的输出。

2．系统的三大要素为：实体、属性和活动。

3．人们描述系统的常见术语为：实体、属性、事件和活动。

4．人们经常把系统分成四类，它们分别为：连续系统、离散系统、采样数据系统和离散-连续系统。

5、根据系统的属性可以将系统分成两大类：工程系统和非工程系统。

6．根据描述方法不同，离散系统可以分为：离散时间系统和离散事件系统。

7. 系统是指相互联系又相互作用的实体的有机组合。

8．根据模型的表达形式，模型可以分为物理模型和数学模型二大类，其中数学模型根据数学表达形式的不同可分为二种，分别为：静态模型和动态模型。

9、采用一定比例按照真实系统的样子制作的模型称为物理模型，用数学表达式来描述系统内在规律的模型称为数学模型。

10．静态模型的数学表达形式一般是代数方程和逻辑关系表达式等，而动态模型的数学表达形式一般是微分方程和差分方程。

11．系统模型根据描述变量的函数关系可以分类为线性模型和非线性模型。

12 仿真模型的校核是指检验数字仿真模型和数学模型是否一致。

13．仿真模型的验证是指检验数字仿真模型和实际系统是否一致。

14．计算机仿真的三个要素为：系统、模型与计算机。

15．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。

16．系统仿真根据模型种类的不同可分为：物理仿真、数学仿真和数学-物理混合仿真。

17．根据仿真应用目的的不同，人们经常把计算机仿真应用分为四类，分别为：系统分析、系统设计、理论验证和人员训练。

18．计算机仿真是指将模型在计算机上进行实验的过程。

19. 仿真依据的基本原则是:相似原理。

20. 连续系统仿真中常见的一对矛盾为计算速度和计算精度。

21．保持器是一种将离散时间信号恢复成连续信号的装置。

22．零阶保持器能较好地再现阶跃信号。

《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。

“控制系统计算机仿真”实验教学改革

决问题能力。ｌ
制系统仿真方法、采样控制系统仿真方法以及快速数字仿真。课程安排在四年级第七学期，共计３学２
时。由于学时较少，不少教授该课程的学校忽视了
实验方式与基本要求：（）学生必须认真做好１
课前预习，了解实验目的和要求、原理步骤及注意
事项；（）实验方式为运用ＭＡＴＬ２Ａ附真软件在计算机上进行建模和仿真；（）实验课一般１为一３人
实验教学环节，从而导致理论与实践脱节，学生的
中国电力教育２０年第５０６期
维普资讯
教改视角
维普资讯
教改视角一一
ＪＡＯＧＡＩＪＡＯＩＳＨ院
王雪松
程玉虎
马小平
巩敦卫
系统仿真是根据真实系统的物理模型或数学模
型，利用计算机或实物、半实物，建造一个模拟系统，在模拟系统上进行观测、实验和分析，从而达到认识、理解和控制真实系统的目的。控制系统计算机仿真是一门建立在控制理论、数值方法、计算机技术、系统工程和控制工程基础上的综合性实验学科，它已成为自动控制学科的一支分支ｎ目 ¨。前，近乎所有的高品质的控制都离不开系统仿真研究。利用仿真工具对控制系统进行设计与仿真，可
在新的课程体系中，新增了６学时的综合性个实验环节。新增实验环节的目的在于：理论与实践
相结合，通过实验教学来验证和巩固所学的理论知识，训练学生正确使用ＭＡＴＬ仿真软件，掌握基ＡＢ

控制系统计算机仿真课程设计

控制系统计算机仿真课程设计前言计算机仿真作为一个重要的工具，在控制系统的设计和实现中发挥着重要作用。

本文将介绍控制系统计算机仿真课程设计的内容和步骤，并结合一个实际的案例阐述如何利用计算机仿真技术进行控制系统设计。

设计内容和步骤设计内容控制系统计算机仿真课程的设计内容通常包括以下几个方面：1.系统建模：选择合适的控制模型，建立数学模型和仿真模型。

2.系统分析：分析系统的稳态和暂态响应，优化控制系统的性能。

3.控制器设计：设计合适的控制器结构和参数，实现闭环控制。

4.系统仿真：利用计算机仿真软件进行系统仿真，并分析仿真结果。

5.实验验证：通过实验验证仿真结果的正确性，进一步优化控制系统的性能。

设计步骤控制系统计算机仿真课程的设计步骤可以分为以下几个部分：1.系统建模掌握控制系统建模方法，能够从实际物理系统中抽象出控制对象、控制器等模型，建立相应的数学模型和仿真模型。

2.系统分析使用数学分析方法，分析系统的稳态和暂态响应，评估控制系统的性能。

包括评估系统的稳定性、快速性、抗干扰性等。

3.控制器设计使用控制理论，设计合适的控制器结构和参数，实现闭环控制。

掌握 PID、根轨迹、频域等控制器设计方法，能够根据系统要求选择合适的控制器。

4.系统仿真使用计算机仿真软件，进行系统仿真，验证控制系统的性能和预测实际系统行为。

掌握仿真软件的使用方法，能够进行仿真实验设计、仿真模型编写、仿真实验执行等。

5.实验验证在实验室、车间等实际环境中，利用实验设备和仪器对控制系统进行实验验证，验证仿真结果的正确性。

并通过实验优化控制器参数，提高控制系统的性能。

实例分析在本节中，我们将结合一个实际的案例，介绍控制系统的计算机仿真课程设计。

案例背景某高速公路入口处的车道管理系统由计算机控制，通过红绿灯控制车辆的通行。

系统从入口指示车辆能否进入高速公路，在出口将车辆计数和收费。

由于车辆的流量较大，系统的控制效果受到影响，需要进行优化。

“过程控制系统”的计算机仿真实验教学

要目的是使学生通过实验熟悉Ｍａｌ的使用方法，ｔｂａ
（）１燃烧炉蒸汽压力控制和燃料空气比值控制
Ａ
燃料流量被空对象为：（一击Ｇ）
１０５Ｔ１
燃料流量至蒸汽压力关系为：Ｏ）一３Ｇ蒸汽压力至燃料流量关系为：（）ｌＧｓ一
收稿日：０６Ｏ７修回日：ｏ６１０期２Ｏ —１一１｝期２ｏ —１３第一作者：方清城（９９）男，１６－，广东揭阳人，实验师，从事电力电子技术与控制系统的实验教学。
Hale Waihona Puke 统组成：蒸汽压力控制系统、燃料空气比值控制系统和炉膛负压控制系统。其原理方框图如图１所示。
１２系统辩识．
１基于Ｓｍｕｉｋ实验仿真ｉｌｎ
Ｓｍｌｋｉｕｉ是一种用于实现计算机仿真的软件ｎ工具，它是Ｍａｌｔｂ的一个附加组件，ａ用来提供一个系统级的建模与动态仿真工作平台。仿真实验的主
Ｓｓｅ，ｔｉｐｐｒｎｒｄｃｓｔｄ１ｒｃｓｏｔｏｓｓｅｂｏｔｒａｌｂＳｍｕｉｋｙｔｍｈｓａｅｔｕｅｍｏｅａｐｏｅｓｎｒ１ｙｔｍｙｓｆｉｏｏｃｗａｅＭｔ／ｉｌ．Ｔｈｉａｎｅｓｍｕ
Ｅｘｅｉｎａａｈｎｆ“ ｒｃｓｎｒｌＳｓｅ ”ＢａｅｎＳｍｕａｉｎｐｒｍｅｔｌＴｅｃｉｇｏＰｏｅｓＣｏｔｏｙｔｍｓｄｏｉｌｔｏ
ＦＮｎ－ｈｎ，Ｕｈｎ－ａｇＡＧＱｉｇｅｅｇＬＯＺｏｇｌｎｉ

控制工程基础-控制系统的计算机仿真

电子工程
计算机仿真在电子工程中用于模拟电路系统和数字系统的行为，进行电路设计和优化。
04 控制系统的计算机仿真
控制系统的数学模型
线性时不变系统
描述系统的动态行为，通过微分方程、差分方程等数学表达式表示。
传递函数
描述系统输入与输出之间的关系，通过传递函数进行描述。
状态空间模型
描述系统的动态行为，通过状态方程和输统
开环控制系统是指系统中没有反馈回路的系统，输入信号直接作用于受控对象，输出信号与输入信号之间的关系是固定的。
线性控制系统
线性控制系统是指系统中各元件之间的关系可以用线性方程描述的系统。
闭环控制系统
闭环控制系统是指系统中具有反馈回路的系统，输出信号通过反馈回路回到输入端，控制器根据反馈信号调整输入信号，以实现控制目标。
03
计算机资源的限制
大规模的控制系统仿真可能需要较高的计算机资源，如内存和计算能力。
未来发展方向与展望
混合仿真
结合物理实验和计算机仿真，以提高仿真的准确性和可信度。
多尺度仿真
考虑系统不同尺度的特性和行为，以更全面地模拟和控制复杂系统。
高性能计算
利用高性能计算机和并行计算技术，提高大规模控制系统的仿真效率。
智能化仿真
结合人工智能和机器学习技术，实现自适应和智能化的仿真和控制。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
多输入多输出系统仿真
总结词
多输入多输出系统是指具有多个输入信号和多个输出信号的控制系统。
详细描述
多输入多输出系统在工业控制中应用广泛，如机器人、飞行器等。通过计算机仿真，可以模拟系统的动态行为，分析系统的稳定性和性能，优化控制策略。

计算机仿真练习题

一、已知微分方程及初值如下，将其化成状态空间表达式，并给出状态变量的初值。

二、设一物理系统为求其可观标准型实现并给出状态变量初值。

三、设求其标准型实现。

四、现给定一个二阶系统的传递函数，求仿真数学模型。

计算步长为T=1s 。

五、在一个数字驾驶仪中有一个数字校正环节，它的采样周期，它的脉冲传递函数为（1）若用来进行数字仿真，求用差分方程来表示的仿真模型。

（2）今要求仿真时，那么仿真模型应当怎样变化呢？六、R —L —C 串联电路，建立该系统的微分方程。

求状态空间表达式七、传递函数为求其单位阶跃响应表达式，计算系统的过渡过程调节时间，分析系统的性能特点()()()()()()4020100023127222233=====++=++uu y y y t u dt du dt u d dt dy dt y d dt y d (),1216716174232+++++=s s s s s s G 12.01)()()(2++==s s s x s y s G s Ts 04.0=⎪⎭⎫ ⎝⎛--==64.098.062.2)()()(z z z u z y z D s Ts 04.0=s s T 1.0'=。

R L Ur Uc210)(+=s s G八、机械位移系统，由弹簧—质量—阻尼器构成。

分析仿真系统九、已知某控制系统的微分方程为：将其分别表示为传递函数、一阶微分方程组和状态空间描述。

十、已知某控制系统的传递函数为：将系统模型转换为状态空间描述和一阶微分方程组描述。

十一、已知一阶系统的微分方程为、初始条件，取仿真步长h=x ，分别用欧拉法、梯形法和龙格—库塔法计算十二、某数字控制系统，其输入为单位阶跃，即r (t )=1(t )，采样周期T =Xs 。

试求系统在各采样时刻的输出y (k ) 。

y (位移)(阻尼器阻力)(弹簧力)F ) u dtdu y dt dy dt y d 10265.222+=++34285)()()(232+++++==S S S S S s U s Y s G。

控制系统数字仿真试题库完整

控制系统数字仿真题库填空题1.定义一个系统时.首先要确定系统的；边界确定了系统的范围.边界以外对系统的作用称为系统的 .系统对边界以外环境的作用称为系统的。

1.定义一个系统时.首先要确定系统的边界；边界确定了系统的范围.边界以外对系统的作用称为系统的输入.系统对边界以外环境的作用称为系统的输出。

2．系统的三大要素为：、和。

2．系统的三大要素为：实体、属性和活动。

3．人们描述系统的常见术语为：、、和3．人们描述系统的常见术语为：实体、属性、事件和活动。

4．人们经常把系统分成四类.分别为：、、和4．人们经常把系统分成四类.它们分别为：连续系统、离散系统、采样数据系统和离散-连续系统。

5、根据系统的属性可以将系统分成两大类：和。

5、根据系统的属性可以将系统分成两大类：工程系统和非工程系统。

6．根据描述方法不同.离散系统可以分为：和。

6．根据描述方法不同.离散系统可以分为：离散时间系统和离散事件系统。

7. 系统是指相互联系又相互作用的的有机组合。

7. 系统是指相互联系又相互作用的实体的有机组合。

8．根据模型的表达形式.模型可以分为和数学模型二大类.期中数学模型根据数学表达形式的不同可分为二种.分别为：和。

8．根据模型的表达形式.模型可以分为物理模型和数学模型二大类.期中数学模型根据数学表达形式的不同可分为二种.分别为：静态模型和动态模型。

9．连续时间集中参数模型的常见形式为有三种.分别为：、和。

9．连续时间集中参数模型的常见形式为有三种.分别为：微分方程、状态方程和传递函数。

10、采用一定比例按照真实系统的样子制作的模型称为 .用数学表达式来描述系统内在规律的模型称为。

10、采用一定比例按照真实系统的样子制作的模型称为物理模型.用数学表达式来描述系统内在规律的模型称为数学模型。

11．静态模型的数学表达形式一般是方程和逻辑关系表达式等.而动态模型的数学表达形式一般是方程和方程。

11．静态模型的数学表达形式一般是代数方程和逻辑关系表达式等.而动态模型的数学表达形式一般是微分方程和差分方程。

控制系统数字仿真与CAD习题全答案

(1) G （ s） =
s 3 + 7 s 2 + 24 s + 24 s 4 + 10 s 3 + 35s 2 + 50 s + 24
(2)
2.25 -5 -1.25 -0.5 4 2 . 2.25 -4.25 -1.25 -0.25 X= X + u 0.25 -0.5 -1.25 -1 2 1.25 -1.75 -0.25 -0.75 0
第一章习题 1-1 什么是仿真？什么是仿真？它所遵循的基本原则是什么？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。 1-2 在系统分析与设计中仿真法与解析法有何区别？在系统分析与设计中仿真法与解析法有何区别？各有什么特点？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，计算。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面性等因素的影响，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？数字仿真包括那几个要素？其关系如何？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，数学模型与计算机。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？为什么说模拟仿真较数字仿真精度低？其优点如何？。其优点如何？。答：由于受到电路元件精度的制约和容易受到外界的干扰，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，结果可信度高。（3）能快速求解微分方程。模拟计算机运行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

控制系统计算机仿真(matlab)实验五实验报告

实验五控制系统计算机辅助设计一、实验目的学习借助MATLAB 软件进行控制系统计算机辅助设计的基本方法，具体包括超前校正器的设计，滞后校正器的设计、滞后－超前校正器的设计方法。

二、实验学时：4 学时三、实验原理1、PID 控制器的设计PID 控制器的数学模型如公式（5-1）、（5-2）所示，它的三个特征参数是比例系数、积分时间常数（或积分系数）、微分时间常数（或微分系数），因此PID 控制器的设计就是确定PID 控制器的三个参数：比例系数、积分时间常数、微分时间常数。

Ziegler （齐格勒）和Nichols （尼克尔斯）于1942提出了PID 参数的经验整定公式。

其适用对象为带纯延迟的一节惯性环节，即：s e Ts Ks G τ-+=1)( 5-1式中，K 为比例系数、T 为惯性时间常数、τ为纯延迟时间常数。

在实际的工业过程中，大多数被控对象数学模型可近似为式（5-1）所示的带纯延迟的一阶惯性环节。

在获得被控对象的近似数学模型后，可通过时域或频域数据，根据表5-1所示的Ziegler-Nichols 经验整定公式计算PID 参数。

表控制器的参数。

假定某被控对象的单位阶跃响应如图5-4所示。

如果单位阶跃响应曲线看起来近似一条S 形曲线，则可用Ziegler-Nichols 经验整定公式，否则，该公式不适用。

由S 形曲线可获取被控对象数学模型（如公式5-1所示）的比例系数K 、时间常数T 、纯延迟时间τ。

通过表5-1所示的Ziegler-Nichols 经验整定公式进行整定。

如果被控对象不含有纯延迟环节，就不能够通过Ziegler-Nichols 时域整定公式进行PID 参数的整定，此时可求取被控对象的频域响应数据，通过表5-1 所示的Ziegler-Nichols 频域整定公式设计PID 参数。

如果被控对象含有纯延迟环节，可通过pade 命令将纯延迟环节近似为一个四阶传递函数模型，然后求取被控对象的频域响应数据，应用表5-1求取PID 控制器的参数。

控制系统仿真期末考试题及答案

《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？它所遵循的基本康JM是什么？答：所谓仿耳，畝是使用其它相似的系统来樓仿曳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■出的信息进行分析和研究，从而对实际系统运行状杏和演化规律进行編合评估与预测.它是非的设计自动控制系统或甘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、成本低巌、工作效車和计算II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？各；向模型更加准确的方向发展，向虐拟现实技术，以及高技术智能化、一体化方向发尺.向更加广■的时空发展.1-3计算机敷字仿真包括■些要素？它们的关系如何？答，计算机仿真的三要素是：系一丸的对象、模一系统的抽象、计算机一真的工具和手段.它＜1的关系是相互依存.2-1控制算法的步长应该如何选择？«：控制算法步长的选择应该怡当.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，计算碳養将显著堆加，甚至造成计算结杲失真.2-2通常控制系统的建模有■几种方法？4t. i\ *»、1、绘厶2-2通常控制系统的建模有■几种方法？I）机理建模法,2）实鲨麓模法；3）综合建模法.2-3用欧拉法求以下系统的■出响应）•（/）在0W/W1上"0.1时的效值解・y + y = 0, y(0) = 0.8解，输入以下语句dt=0. 1; X set stepy=0.8; % set initial valuefor 1=1:10;尸y-y拿dt; yl (i+l)=y;endt=0:0. 1:1; yl (1)=0. 8;plot (t,yl)2-4用二阶龙格库塔法对2・3恳求敬值解.并且比较两种方法的结杲.解：•入以下语句 dt=O. 1: X set rtopy=0. 8. kl=-0. 8; k2=-0. 8. X set initial value for i«l: 10;y=y+(dt/2)•(kl+k2); k2=-y. yl(i*l)=y; endt=0:0. 1:1, yl (1)=0. 8.plot (t^yl) 经过比较两种方法的结杲•发现它们几乎汉有什么差别•2<X)3-1編写两个m 文件.分别使用for 和Mhile 循环语句计算工mi解：■入语句A=(l 0 2;1 1 3;3 1 2); B=(2;l;l]; X=inv(A) *B3-3已知矩阵"0 1 3'■ ■2 1 8A= 1 2 1,B= 4 1 4.5 4 23 3 2 ■ ■试分别求出A 阵和B 阵的秩、转豪、行列式.逆矩阵以及特征值.解■第1个m 文件，尸0;for k=l:200;尸s+k'3;enddispCThe SUM is*), s5=0; k=l;Th© sum iswhile k<=200;s=s+k"3; k=k+l; s =enddispCThe is 9), s 4040100003- 2求解以下钱性代敷方程:计算结果0.4000 -1.80000. 8000 绘制的曲践图第2个m 文件运行结果祁是求矩阵的秩、行列式.逆矩阵、特征值的函效分别为* rank(), det( ), inv( ), ei R ( )•求矩阵转覽的命令为S0 1 5求出A 阵的秩为3、转事为A = 1 2 4 、行列式为-15、逆矩阵3 1 2 ■ ■■ 0 -0.6667 0.3333"6.1926'A'* = -0.21 -0.2 以及转征值eig(A) =-30.4033330.06670.8074 ■ ■2 4 3求出 R 阵的秩为3、转■为B r = 113、行列式为56、逆矩阵8 4 23-4对于3・3題中的A 阵和B 阵.在Command 窗口中分别求出C 二AS D 矩阵为A 中每个元素平方俎成的矩阵、E 矩阵为A 阵杲以B 阵、F 矩阵为A 阵和B 阵敷组桑积(即，对应元素分别相桑的积构成的矩阵). 解：输入命令，：=A '2 ,XA.・2 , E=A*B , F=A. »B ,计算结果为 c =D =E =F =16 14 7 0 1 9 13 1010 0 1 24 7 9 7 14 1 13 a18 4 2 4 14212392516♦321560,151243- 5已知某系统的闭环传逼函效①(S)如下，试用mots (〉命令来判斷系统的稳定性.3r + 23 + 5<j>( $)= ----------------------------s 5 + 2/ +4$' +5/ + 7$+ 6解*输入命令R=roots([1 2 4 5 7 6]) 计算结果如下.礙统不■定0.4477 + 1.390810.4477 ・ 1. 3908丄 -0. 8749 + 1.29921 -0. 8749 ・ l ・2992i -1. 1457-0.1786 B> 0.07140.1607 0.3929-0.0714-0.3571 0.4286-0.0536 -0.0357以及特征值eig(B)91606-2.0803+1.3363/ -2.0803-1.3363]3.6求期矩阵3 6+—的转置口与共純转置5解・输入语句C=[l+3<i 5-i 7+3»i;6+2<i 3+2“ 4-3<i];C1=C・‘C2=C计算结果Cl =C2 =1. 0000+ 3. OOOOi 6. 0000 +2. OOOOi 1.0000 -3. OOOOi 6.0000 - 2.OOOOi5. 0000-1.OOOOi 3. 0000 + 2. OOOOi 5.0000 + 1.00001 3.0000 - 2.000017. 0000+ 3.OOOOi 4.0000 - 3.OOOOi7.0000 - 3.00001 4.0000 + 3.000014-1某系统的传址函效为l・3y' + 2s + 3^"?+0.5?+1.2J +1使用MATLAB求出状杏空间表达式和零极点模型.解：■入语句sy»=tf(I1.3 2 3Ml 0.5 1.2 1]);|/VB.CJ)]-tCss(11.3 2 3].[1 0.5 1.2 1])i乙P.K)=lCzp([l・3 2 3).(1 0.5 1.2 ID计算机返回1.3000表明该系统的状杏空间表达式为该系统的手极点模型为C(・)_ 13(s + 0 7692 -1.311)(5 + 0.7692 +131/)(3 - 0」153 -1」6427)(5 — 0」1534 1」642/)(y + 0.7307)-0.5000 ・ 1.2000 -1.00001.0000 0 00 1.0000 0 -0.7692 十1.3100!•0.7092 ・ l.JlOOiP«0.1153^1.164210.1153 ・ l」642i•0.7307-0.5 1-1.2-「0X +丁0■1■■UMXX) 2.0000 3.0000 QX =4-2某单■入单输出系统* y + 6y+lly + 6y = 6//试求该系统状杰空间表达式的对角域标准形. 解，输入语句G-tf (⑹ J16116D ； G1=cimorUG ,'mod 汕)计算结果表明该系统状杰空间表达式的对角线标准形为n-d =A-[«l 0 1;1 -2 0;0 0 ・3]； B-(0;0;l]; 0(1 1 [fkdHrftflABC.D)0 -0.0000 1.0000 3.0000i 6 1165- 1基一单位负反馈控制系统.其开环传递函数为它的输入信号为r(/) = 2x|(/-o.5),试便用Shmilink 构造其仿真模型，并且观農其响应曲枚. 解：在Simulink 环境下构造仿真模型如下阶跃信号(Step)的设覽如下xl x2 X3 xl -3 0 0 X2 0 -2 0 x3 0 0 -1xl -7.762 x2 -9.798 X3 2.872Xl X2 X3yl 03865 0.61241.044■-3 0■ 0 -7.762"x0 一2 0 X + -9.7980 ■ 0-1 ■2.872 ■ ■y = [-0.3865 0.6124 L044]X■-1 0 1■()■1 -2 0 X +0 0■-3 ■1 •解：输入语句>• = [1 1 ()]X计算结果表明该系统的传递函效为G(S)=£ + 3f +6J 2+ 丨 ls +6s(s + l)4-3咬出以下系统的传遥函数响应曲找如下Step (hitput ■plilalexpiet vector pat&retcis <: l-£ .J• ■ ■• ■■.■■■■..■■■■•■••■■■■•■■■■■■■■■■■■■■■■■•■■■■・/ EmbU “ro crocstntd«t«eUon5-2 *5-1 fl 中的闭环控制系统封装成一个子系统.解：按住飢标右犍拖拽，方框包括了闭环系统部分.松开右键后.透择-create subsystem*,建立了系统模塑以及子系统模型如下.6- 1分别采用求取特征值的方法和李亚普诺夫第二法判别下面系统的稳定性•■_3 0 ■1■■ 一。

《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。

自动控制系统计算机仿真教案(30学时

《自动控制系统仿真》教案
教案
2015 -2016 学年第 2 学期
课程名称：自动控制系统仿真
课程编号： 074100264 学院、专业、年级：自动141、142
任课教师：梁芬
教师所在单位：电气工程系
中原工学院信息商务学院
课程简介
本课程通过讲授控制系统仿真的基本原理、方法和特点，以及仿真软件MATLAB（含Simulink）的典型仿真程序，使学生了解控制系统仿真技术的基本原理，掌握将控制系统理论、计算方法与计算机技术相结合的知识和技能，具备运用控制系统仿真技术对控制系统进行分析、辅助设计与仿真的能力。

本课程授课对象主要为自动化专业的本科生，学生通过学习为日后从事相关领域的工程技术工作、科学研究以及开拓新技术领域，打下坚实的基础。

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