计算机仿真题库

0 7. 已知系统的状态方程为 x = 1 ，则该系统是稳定的，其特征值为 −1 ± 3 j 。 s1,2 = x − − 1 1 2
8. 控制系统的分析与设计方法可以分为：时域法、频域法。 9. 根据仿真时间与系统实际时钟的关系， 控制系统仿真可以分为： 实时仿真、 亚实时仿真、 超实时仿真。 10. 判断系统稳定性的方法主要有：极点法、特征值法、李雅普诺夫第二法等。 11. 常用的离散化方法主要有：简单替换法、双线性变换法、零阶或一阶保持器法。 12. 根据采样周期的选择不同，采样控制系统仿真可以分为：同步采样、异步采样。
1 −2 ，则该系统是稳定的，其特征值为 −1 ± 7 j 。 13. 已知系统的状态方程为 x = x s1,2 = 2 −2
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14. Matlab 常见的程序控制结构包括：顺序结构、选择结构、循环结构。 15. A=[-1.95, -1.25, 1.45, 1.85]，分别用 fix、ceil、floor、round 函数对其取整，得到的结果分 别为[-1,-1,1,1]、[-1,-1,2,2]、[-2,-2,1,1]、[-2,-1,1,2]。 16. 产生 4 阶全 0 矩阵的命令为：zeros(4)；产生 3 阶全 1 方阵的命令为：ones(3)。 17. 标点符号； （分号）可以使命令行不显示运算结果；%（百分号）用来表示该行为注释 行。 18. 用 if 判断语句判断 80>=x>60，在 Matlab 中 if 语句后的判断应写为：x<=80 & x>60。 19. 为了使两个 plot 的图形在同一个坐标显示，可以使用 hold on 命令进行图形保持；可以 使用 grid on 命令为图形添加网格。 20. Matlab 的工作空间中有三个变量 v1, v2, v3，要将它们保存到文件 my_data.mat 中的命令 为 save my_data.mat ； 要将 my_data.mat 中的变量读取到 Matlab 工作空间的指令为 load_data.mat。 21. Matlab 中提供的三种基本逻辑运算为：与(&)、或( | )、非( ~ )。 22. 计算机仿真的三要素为：系统、模型、计算机。 23. 简述龙格-库塔法的基本思想。 用几个点上的函数值的线性组合来代替泰勒展开式中的各阶导数，然后按泰勒级数展开 确定其中的系数，这样既可以避免计算高阶导数，又能提高积分的精度及截断误差阶数。 24. 简述计算机仿真的基本步骤。 根据仿真目的确定仿真方案；建立系统的数学模型；选择合适的仿真方法，建立仿真模 型；编写仿真程序并进行程序调试；10 x 3 − y 5 e − x v = -2:0.2:2; [x,y] = meshgrid(v);
(
)
2
− y2
的梯度并绘图。
z=10*(x.^3-y.^5).*exp(-x.^2-y.^2); [px,py] = gradient(z,.2,.2); contour(x,y,z) hold on quiver(x,y,px,py) hold off 45. z = xe − x
2
− y2
，当 x 和 y 的取值范围均为-2 到 2 时，用建立子窗口的方法在同一个图形窗
口中绘制出三维线图、网线图、表面图和带渲染效果的表面图。 [x,y]=meshgrid([-2:.2:2]); z=x.*exp(-x.^2-y.^2); mesh(x,y,z) subplot(2,2,1), subplot(2,2,2), subplot(2,2,3), title('surf (x,y,z)') subplot(2,2,4), surf(x,y,z), shading interp title('surf (x,y,z), shading interp') 46. 做一个花瓶，如图示。 （提示：做一个旋转体表面，调入一幅图像对该表面进行彩绘， 即用图像的色图索引作为表面体的色图索引） plot3(x,y,z) mesh(x,y,z) surf(x,y,z) title('plot3 (x,y,z)') title('mesh (x,y,z)')
由图可知：
43. 有一正弦衰减数据 y=sin(x).*exp(-x/10)，其中 x=0:pi/5:4*pi，用三次样条法进行插值。 x0=0:pi/5:4*pi; y0=sin(x0).*exp(-x0/10); x=0:pi/20:4*pi; y=spline(x0,y0,x); plot(x0,y0,'or',x,y,'b')
33. 用图示表示建模与仿真的基本组成与相互关系（即仿真三要素） ，并加以说明。
系统是研究的对象，模型是系统的抽象，仿真是通过对模型的实验已达到研究系统的目 的。系统建模属于系统辨识的技术范畴，主要是根据基本定律及系统辨识等方法，采用面向 对象的建模方法，基于模型库实现模型平和与重用；仿真建模是利用许多新算法新软件，结 合模型与实验分离技术，即模型的数据驱动，将仿真问题分为模型与实验两部分；仿真实验 利用实验框架定义一组条件， 输出函数的定义与仿真模型分离开来， 并在此基础上进行检验 以解决问题。 34. 在 Matlab 中有几种建立矩阵的方法？各有什么优点？ 可以用四种方法建立矩阵： ①直接输入法，如 a=[2 5 7 3]，优点是输入方法方便简捷； ②通过 M 文件建立矩阵，该方法适用于建立尺寸较大的矩阵，并且易于修改； ③由函数建立，如 y=sin(x)，可以由 MATLAB 的内部函数建立一些特殊矩阵； ④通过数据文件建立，该方法可以调用由其他软件产生数据，如 Excel 表格文件。 35. 在 Matlab 中进行算术运算时，数组运算和矩阵运算各有什么要求？数组运算和矩阵运 算的运算符有什么区别？ 进行数组运算的两个数组必须有相同的尺寸。 进行矩阵运算的两个矩阵必须满足矩阵运 算规则，如矩阵 a 与 b 相乘（a*b）时必须满足 a 的列数等于 b 的行数。在加、减运算时数 组运算与矩阵运算的运算符相同，乘、除和乘方运算时，在矩阵运算的运算符前加一个点即 为数组运算，如 a*b 为矩阵乘，a.*b 为数组乘。 36. 在 Matlab 中什么是图形句柄？图形句柄有什么用途？ 图形句柄是每个图形对象从产生时起就被赋予的一个唯一的标识。 利用图形句柄既可以 操纵一个已经存在的图形对象的属性， 也可以在建立图形对象时指定属性的值， 特别是对指 定对象句柄的操作不会影响同时存在的其他对象，这是非常有用的。 37. 命令文件与函数文件的主要区别是什么？ （1）命令文件是一系列命令的组合，函数文件的第一行必须用 function 说明； （2）命令文件没有输入参数，也不用返回参数，函数文件可以接受输入参数，也可以 返回参数； （3）命令文件处理的变量为工作空间变量，函数文件处理的变量为函数内部的局部变 量，也可以处理全局变量。 38. 如果 x 是一个结构型数组，如何观察其中的内容？ 结果数组用于存储一组相关的数据元素 （域） ， 这些元素可以是不同类型、 不同尺寸的， 结构数组不能用数组编辑器观察和修改其中的元素。 对于明为 x 的结构型数组， 可以直接键 入 x 以观察其中所包含的域名及内容，也可以键入 x.域名观察指定域名的内容。 39. 什么是仿真？仿真遵循的原则时什么？
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1. 计算机仿真的三个基本活动是：系统建模、仿真建模、仿真实验。 2. 根据模型不同可以将控制系统仿真分为：物理仿真、数字仿真、半实物仿真。 3. 离散相似法采样周期的选择应该满足香农定理（采样定理） 。 4. 仿真误差主要包括：截断误差、舍入误差。 5. 串联校正主要包括：串联超前校正、串联滞后校正、串联超前-滞后校正。 （步长用 h 表示） 6. 欧拉截断误差为 O(h2)，二阶龙格-库塔法的截断误差为 O(h3)。
25. 请比较数值积分法与离散相似法的区别。 数值积分法比较成熟，精度较高，但计算公式复杂，计算量大，适合离线仿真；而离散 相似法计算公式简单，计算量小，速度快，但精度较低，适合在线仿真。 26. 物理仿真 以真实系统的物理性质和几何形状相似为基础而其他性质不变来构造系统的物理模型， 并在物理模型上进行实验的过程称为物理仿真，也称为实体仿真。其优点在于直观、形象； 缺点在于模型改变困难，实验限制较多，投资较大。 27. 虚拟现实 虚拟现实是用高科技手段构造出来的一种人工环境，它具有模仿人的视觉、听觉、触觉 等感知功能的能力，具有使人可以亲身体验沉浸在这种虚拟环境并与之相互作用的能力。 28. 多媒体仿真 将数字、文字、声音、图形、图像和动画等各种媒体有机组合，并与先进的计算机通信 和广播电视技术相结合，形成一个可组织、存储、操纵和控制多媒体信息的集成环境和交互 系统的仿真技术。 29. 根据系统的动态特性，一般可以将系统做哪些分类？ 根据系统的动态特性，可以将系统分为： （1）连续系统和离散系统。时间和各个组成部 分的变量都具有连续形式的系统称为连续系统； 全部或一些组成部分的变量具有离散信号形 式的系统称为离散系统。 （2）线性或非线性系统。如果微分方程的系数是常数或者仅仅是自 变量的函数， 则为线性微分方程， 其符合叠加性原理， 可分为线性定常系统， 线性时变系统； 非线性系统用非线性微分方程表示，其不符合叠加原理。 （3）确定系统和随机系统。确定系 统可以用确定的数学模型进行描述， 输出和输入变量之间有完全确定的函数关系； 随即系统 则指系统内部或环境变量发生不确定变动， 会影响输出变量。 （4） 单变量系统和多变量系统。 这是对输入输出变量个数而言的。 30. 在连续系统的数字仿真中， 仿真算法的选择一般为考虑什么？常用的仿真算法有哪些？ 在连续系统的数字仿真中，选择仿真算法一般会考虑求解精度、速度、数值稳定性、自 启动能力、步长等。常用的仿真方法有：欧拉法、四阶龙格-库塔法、离散相似法等。欧拉 法属于自启动算法，适用于线性系统和非线性系统，方法简单，但误差的积累导致求解精度 降低。四阶龙格库塔法也属于自启动算法，适用于线性和非线性系统，支持单步长和可变步 长，求解速度和精度较高，但仿真时间较长。离散相似法一般用于状态方程，按环节离散相 似法可用于非线性系统，按系统离散相似法仅限于线性系统。 31. 什么是实时仿真？什么情况下需要进行实时仿真？它在算法上有什么要求？ 实时仿真是指仿真模型的时间比例尺等于系统原模型的时间比例尺的一类仿真，对系统 进行仿真试验时，如果仿真系统有实物，由于实物和人是按真实时间变化和运动的，因此就 需要进行实时仿真。实时仿真要求仿真系统接收实时动态输入，并产生实时动态输出，输入 和输出通常为固定采样时间间隔的数列。 32. 什么是数值稳定性问题？如何保证计算中的数值稳定性？ 所谓的数值稳定性问题，是指在扰动影响下，其计算过程中误差的积累是否受到控制的 问题。要保证数值稳定性，应遵循两条原则： （1）保证计算稳定； （2）有一定的计算精度来 选择合理的计算步长。