控制系统数字仿真与CAD习题全答案
《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（）。
《控制系统数字仿真与CAD(第3版)》张晓华(习题解答)林乐天-球车问题解答
球车系统问题的解答1. 建模问题若给定球车系统的参数为小车质量3kg M =；小球质量2kg m =；圆弧轨道半径长0.9m R =；小球半径长0.1m r =；重力加速度取210m/s g =，则可进一步简化/线性化模型为40.28100.2x F F ϕϕϕ=-+⎧⎨=-⎩ (1) 对其进行拉氏变换得到系统的传递函数模型12222()0.2()()10() 5.414()()s G s F s s X s s G s s s Φ-⎧==⎪-⎪⎨-+⎪==⎪Φ⎩(2) 由传递函数模型得到系统动态结构图为图6-8 球车系统动态结构图由此可以得到球车系统状态方程为001000001004000.28010000.2x x F x x ϕϕϕϕ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ (3) 经过与一阶倒立摆的数学模型比较发现，如果将R r +看做倒立摆的半杆长，将()2[/]J R r r +看作是摆杆的转动惯量，则球车系统的数学模型与一阶倒立摆的数学模型完全相同。
因此，它们的传递函数的形式也完全相同。
这又一次证明了球车系统是一阶倒立摆系统的一种变形，所以对一阶倒立摆的控制方法是完全可以用在球车系统的控制上的。
2. 检测问题传统的位置测量方法，如光电编码器及旋转电位器等是无法应用在对本系统小球在弧形导轨上的位置测量上的。
所以必须考虑采用其它的测量方法。
一种合理的设计如下：小球是导电材料制成的，金属弧形导轨分为上下两层。
两层之间互相隔离，且它们都与小球相接触。
沿弧形导轨上层装有电阻线圈，在线圈的两端分别施加±5V 的电压。
输出端的负极在电阻线圈中央位置，输出端的正极为弧形导轨下层。
这样，小球与弧形导轨上下层共同构成了一个电位器，如下图所示。
当小球处于最左端位置时，输出端输出-5V电压，当小球处于最右端位置时，输出端输出+5V电压，输出电压的值与小球的位置呈线性关系。
控制系统数字仿真与CAD第三章习题[1].doc汇总
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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。
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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控制系统数字仿真 习题答案
第一章习题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？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？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？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计者的综合分析，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，提高设计质量的技术。
控制系统数字仿真离线作业 答案(有修改)
控制系统数字仿真离线作业
1什么是仿真，它所遵循的原则是什么？
2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？
3什么是CAD技术？控制系统CAD技术可以解决哪些问题？
4什么是虚拟现实技术？它与仿真技术的关系如何？
5为什么称计算机控制系统为采样控制系统或离散控制系统，其仿真有何特点通常把系统中的离散信号是脉冲序列形成的离散系统,称为采样控制系统或脉冲控制系统;而把数字序列形成的离散系统,称为采样控制系统或计算机控制系统.
采样系统中既有离散信号,又有连续信号. 采样开关接通时刻,系统处于闭环工作状态.而在采样开关断开时刻,系统处于开环工作状态.
特点：高精度,高可靠,有效抑制干扰,良好的通用性.
6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的模型参数，并分别写出其相应的数学模型表达式。
7单位反馈系统的开环传递函数如下
用MATLAB语句、函数求取系统闭环零极点，并求取系统闭环状态方程的可控标准型实现。
8某反馈控制系统的开环传递传递函数为
试绘制其根轨迹。
控制系统数字仿真题库(可编辑修改word版)
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。
23.一阶保持器能较好地再现斜坡信号。
控制系统数字仿真与CAD第五章习题答案
5-1 设控制系统的开环传递函数为2(1)()()(1)(416)K s G s H s s s s s +=-++试画出该系统的根轨迹。
解: 在Matlab 窗口中输入下列命令： num=[1 1]; a=[1 0]; b=[1 -1]; c=[1 4 16]; d=conv(a,b); den=conv(d,c); rlocus(num,den) grid on可得到系统的根轨迹如下图所示：5-2 某反馈控制系统的开环传递函数为()()()()24420KG s H s s s s s =+++ 试绘制其根轨迹。
解：在MATLAB 命令窗口中输入下列命令： num=1;den=conv(conv([1,0],[1,4]),[1,4,20]); rlocus(num,den) grid on 运行结果为：5-3.已知某系统传递函数为2180(1)100()11(1)[()20.31]40200200s W s s s s +=++⨯⨯+ 试绘制其伯德图。
解：分子分母同乘100*200得到280200(100)()(2.5100)(20.3200)200s W s s s s ⨯+=++⨯+在Matlab 窗口中输入下列命令：k=80*200; num=[1 100]; a=[2.5 100];b=[(1/200) 2*0.3 200]; den=conv(a,b); w=logspace(-1,1,100); [m,p]=bode(k*num,den,w); subplot(2,1,1);semilogx(w,20*log10(m)); grid;xlabel('Frequency(rad/sec)'); ylabel('Gain(dB)'); subplot(2,1,2); semilogx(w,p); grid;xlabel('Frequency(rad/s)'); ylabel('Phase(deg)');可绘制该系统的伯德图如下所示。
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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计者的综合分析，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，提高设计 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“混合计算机”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计算。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
（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。
第二章习题 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。
时性与在线性的特点，但其构成复杂，造价较高，耗时过长，通用性不强。
星光模拟器
地球模拟器
太阳模拟器
星敏感器
地球敏感器 太阳敏感器
射
频
模
射频敏感器
姿态控制系统电子装置
拟器陀螺源自指令译码器混合计算机 数字部分 接口 模拟部分
卫星动力学
角度读 出装置
三轴机械转台
力矩器
转台电子 驱动器
指令与控制台
题1-8卫星姿态控制仿真试验系统
第一章 习题 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？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？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？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
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：