控制系统CAD 作业2

控制系统CAD作业二

《控制系统CAD》课程的平时作业共布置4次记分作业，每次作业满分2.5分，共10分。

在完成记分作业的前提下，辅导教师还可根据学生学习的实际情况，再布置一些有针对性

的作业，作为对记分作业的补充，供学生更好地掌握学习内容。

一、填空题

1．在MATLAB命令窗口中键入_Simulink______命令可打开Simulink图形化设计环境。

2．引出信号支线的方法是按住鼠标_右______键，在需要增加分支的地方拉出引线；也可在按

下___Ctrl____键的同时，在分支点按住鼠标__左_____键拉出引线。

3．已知系统传递函数的增益为4.5，零点为-2+j，极点为0，-3和-1+j，则零、极点模型模块参

数设置对话框中的“Zeros”框内应填入_[-2+j-2-j]______，“Poles”框内应填入_[0 -3 -1-j -1+j]______，“Gain”框内应填入_4.5______。

4．用零、极点模型表示系统结构时，若没有零点只有极点，则需要在零、极点模型模块参数设

置对话框将“Zeros”向量设为___[ ]____。

5．已知单位负反馈系统的开环传递函数为

()

8

4

1

2+

+

=

s

s

s

G

，若要完成以下的系统仿真分析；

利用Simulink求系统的单位阶跃响应、用示波器显示仿真结果、将结果输出到MATLAB的工作空间，则需要用到的模块有Sources库的__Step_____模块、Continuous库的__Transfer Fcn_____模块、Math Operations库的__Sum_____模块、Sinks库的____To Workspace___模块和___Scope____模块。

6．利用Continuous库的Transfer Fcn模块表示传递函数

()

s

s

s

G

2

25

2+

=

时，其参数

设置对话框中“Numertor coefficient（分子多项式）”框内应填入___[25]____，“Denominator coefficient(分母多项式)”框内应填入__[1 2 0]_____。

7．利用已存在系统模型的部分结构建立子系统，则Simulink会自动添加__输入_____模块和___输出____模块来表示子系统的输入端口和输出端口。

8．创建子系统、封装子系统和编辑已封装的子系统所用的菜单命令分别为[__Create Subsystem_____]、[__Mask Subsystem…_____]和__Edit Mask_____]。

9．在仿真参数设置对话框中可选择求解器类型，可供选择的类型有__可变步长_____模式和_固定步长______模式。

10．选择可变长模式时仿真步长会随模型的动态特性而变化，并提供_误差控制______和____过零检测___两种功能，而固定步长模式则不提供。

11．在线性定常系统中，常用的数学模型有__传递函数多项式模

型_____、__传递函数的零极点增益模型_____、___状态空间模型____和__频率响应数据模型_____等。

12．说明以下函数的功能：

（1）tf2zp（）：传递函数多项式模型转换为零极点模型 _______；

（2）zp2tf（）：_零极点模型转换为传递函数多项式模型______；

（3）tf2ss（）：___传递函数多项式模型转换为状态空间模型____；

（4）ss2tf（）：_状态空间模型转换为传递函数多项式模型______；

（5）zp2ss（）：___零极点模型转换为状态空间模型____；

（6）ss2zp（）：___状态空间模型转换为零极点模型____。

二、编程题

1．已知系统的传递函数为

()

8

3

5

1

4

7

2

4

6

2

+

+

+

+

+

=

s

s

s

s

s

s

G

，在MATLAB中应用两种方法建立系统的传

递函数多项式模型。

(1)clear

num=[7 4 1];

den=[1 0 5 0 3 0 8];

G=tf(num,den)

(2)clear

s=tf('s');

G=(7*s^2 + 4*s + 1)/(s^6+5*s^4 +3*s^2 + 8)

2．已知系统的传递函数为

()()()

()

()()()1

5

3

2

1

3

1

4

2

3

2

3

2

4

3

2

2

+

+

+

+

+

+

+

+

+

=

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

G

，在MATLAB中建立系统的

传递函数多项式模型。

clear

num=conv(conv([3 2],[1 3]),[2 4 1]);

den=conv(conv(conv([1 0 3],[2 0 3 5 1]),conv([1 1],[1 1])),[1 1]); G=tf(num,den)

3．已知系统的传递函数为

()()

()()3

2

2

1

2

2-

-

+

-

=

s

s

s

s

s

G

，在MATLAB中用两种方法建立系统的零、

极点增益模型。

(1)clear

z=[1];p=[-2,3,-1];k=2;

G=zpk(z,p,k)

(2)clear

s = zpk('s');

G=2*(s-1)/((s+2)*(s^2-2*s-3))

4．已知系统的传递函数为

()

1

3

4

2

3

2

2

3

4

2

+

+

+

+

+

+

=

s

s

s

s

s

s

s

G

，在MATLAB中应用两种方法将TF模型

转换为ZPK模型。

(1)Clear

num=[2 1 3];

den=[1 2 4 3 1];

G=tf(num,den);

G=zpk(G)

(2)clear

num=[2 1 3];

den=[1 2 4 3 1]; [z,p,k]=tf2zp(num,den) G=zpk(z,p,k)

5．已知系统的传递函数为

()()

()

()()()5

6

1

6

4

2

2

2

2

2

+

+

-

-

-

+

=

s

s

s

s

s

s

s

G

，在MATLAB中用两种方法将ZPK

模型转换为TF模型。

(1)clear

z=[-2,-2,+2];p=[1,1,-1,-5,-6^0.5,6^0.5];k=1; G=zpk(z,p,k);

G=tf(G)

(2)clear

z=[-2,-2,+2]';p=[1,1,-1,-5,-6^0.5,6^0.5];k=1; [num,den]=zp2tf(z,p,k)

G=tf(num,den)

6．已知两个子系统的传递函数分别为

()()

()

()()

32242222

2

1--++-=

s s s s

s s G ，

()142351

322345

242++++++++=s s s s s s s s s G ，在MATLAB 中将两个子系统串联连接生成新系统。

clear

z=[2];p=[-2i,2i,-2,-2,-1,3];k=2; G1=zpk(z,p,k); num=[1 0 2 3 1]; den=[1 5 3 2 4 1]; G2=tf(num,den); G=series(G1,G2)

7．已知两个系统的传递函数分为

()()

()()411323

1++-=s s s s G ，()1242452422+++++=s s s s s s G ，在MATLAB 中将两个子系统并联连接生成新系统。 clear

z=[1];p=[-1,-1,-1,2i,- 2i];k=3; G1=zpk(z,p,k); num=[5 4 2]; den=[1 0 4 2 1]; G2=tf(num,den); G=parallel(G1,G2)

8．已知两个系统的传递函数分为

()()()()()4531221+---+=

s s s s s s G ，()()2122+++=s s s s G ，在MATLAB

中将两个子系统正、负反馈连接生成新系统。 clear

z=[-2 1];p=[3 1 4];k=1; num=[1 1]; den=[1 1 2]; G2=tf(num,den); Ga=feedback(G1,G2,1) Gb=feedback(G1,G2)

三、选择题

1．已知单位负反馈系统的开环传递函数为

1

()

(1)

G s

s s

=

+，利用Simulink求系统的单位阶跃响应

时，不需要下列模块中的哪一种？（D）

2．能将Simulink中的结果数据导出到MATLAB工作空间的模块是（C）

四、判断题

1．Simulink将建模时所需的功能模块按其功能划分到不同的模块库中，因此任一模块都有唯一对应的模块库。（错）

2．Simulink对子系统的封装功能不仅增强了模型的可读性，而且还大大简化了子系统的参数设置，在仿真前只需打开子系统编辑窗口，对其中的每个模块分别进行参数设置就可以了。（错）3．利用Simulink进行系统建模和仿真的一般步奏是：调用各模块库中的模块建立仿真模型，设置各模块参数及全局仿真参数后运行仿真，并根据系统的性能要求调整参数，输出结果。（对）第二次记分作业：第12周前完成