1、. “自動控制系統計算機仿真“習題參考答案1-1 什么是仿真？ 它的主要優點是什么？它所遵循的根本原則是什么？ 答：所謂仿真，就是使用其它相似的系統來模仿真實的需要研究的系統。計算機仿真是指以數字計算機為主要工具，編寫并且運行反映真實系統運行狀況的程序。對計算機輸出的信息進展分析和研究，從而對實際系統運行狀態和演化規律進展綜合評估與預測。它是非常重要的設計自動控制系統或者評價系統性能和功能的一種技術手段。 仿真的主要優點是：方便快捷、本錢低廉、工作效率和計算精度都很高。它所遵循的根本原則是相似性原理。1-2 你認為計算機仿真的開展方向是什么？答：向模型更加準確的方向開展，向虛擬現實技術，以及高

2、技術智能化、一體化方向開展。向更加廣闊的時空開展。1-3 計算機數字仿真包括哪些要素？它們的關系如何？答：計算機仿真的三要素是：系統研究的對象、模型系統的抽象、計算機仿真的工具和手段。它們的關系是相互依存。2-1 控制算法的步長應該如何選擇？答：控制算法步長的選擇應該恰當。如果步長太小，就會增加迭代次數，增加計算量；如果步長太大，計算誤差將顯著增加，甚至造成計算結果失真。2-2 通?？刂葡到y的建模有哪幾種方法？答：1機理建模法；2實驗建模法；3綜合建模法。2-3 用歐拉法求以下系統的輸出響應在1上，時的數值解。， 解：輸入以下語句 繪制的曲線圖2-4 用二階龍格-庫塔法對2-3題求數值解，并且

3、比擬兩種方法的結果。解：輸入以下語句 繪制的曲線圖經過比擬兩種方法的結果，發現它們幾乎沒有什么差異。3-1 編寫兩個m文件，分別使用for和while循環語句計算。解：第1個m文件， 第2個m文件 運行結果都是3-2 求解以下線性代數方程：解： 輸入語句 計算結果3-3 矩陣，試分別求出A陣和B陣的秩、轉置、行列式、逆矩陣以及特征值。解：求矩陣的秩、行列式、逆矩陣、特征值的函數分別為：rank( ), det( ), inv( ), eig( )。求矩陣轉置的命令為“.。求出A陣的秩為3、轉置為、行列式為、逆矩陣以及特征值；求出B陣的秩為3、轉置為、行列式為、逆矩陣以及特征值。3-4 對于3-

4、3題中的陣和陣，在mand窗口中分別求出、矩陣為中每個元素平方組成的矩陣、矩陣為陣乘以陣、矩陣為陣和陣數組乘積即：對應元素分別相乘的積構成的矩陣。解：輸入命令， ，計算結果為， ， ， 3-5 *系統的閉環傳遞函數如下，試用roots命令來判斷系統的穩定性。解：輸入命令 計算結果如下，系統不穩定3-6 求復數矩陣的轉置C1與共軛轉置C2。解：輸入語句計算結果4-1 *系統的傳遞函數為使用MATLAB求出狀態空間表達式和零極點模型。解：輸入語句計算機返回說明該系統的狀態空間表達式為 ， 該系統的零極點模型為 4-2 *單輸入單輸出系統：試求該系統狀態空間表達式的對角線標準形。解：輸入語句 計算結

5、果說明該系統狀態空間表達式的對角線標準形為 ， 4-3 求出以下系統的傳遞函數， 解：輸入語句 計算結果說明該系統的傳遞函數為5-1 *一單位負反應控制系統，其開環傳遞函數為它的輸入信號為，試使用Simulink構造其仿真模型，并且觀察其響應曲線。解：在Simulink環境下構造仿真模型如下階躍信號Step的設置如下 響應曲線如下5-2 將5-1題中的閉環控制系統封裝成一個子系統。解：按住鼠標右鍵拖拽，方框包括了閉環系統局部，松開右鍵后，選擇“create subsystem，建立了系統模型以及子系統模型如下。6-1 分別采用求取特征值的方法和亞普諾夫第二法判別下面系統的穩定性。解：1求特征值

6、法，輸入命令計算結果為可見，矩陣A的特征值實部均為負，因此系統穩定。 2采用亞普諾夫第二法， 輸入命令計算結果顯然，P陣的各階主子式均為正定，系統穩定。6-2 *單位負反應系統的開環控制系統的傳遞函數為1繪制系統的根軌跡；2當時，繪制系統的Bode圖，判斷系統的穩定性，并且求出幅值裕度和相角裕度。解：1輸入以下命令，計算機繪制出系統根軌跡 2輸入命令 計算機繪制系統Bode圖，并且計算出幅值裕度和相角裕度，顯然閉環系統穩定7-1 *單位負反應控制系統的開環傳遞函數為請設計一個串聯校正控制器，要求系統性能指標如下：相角裕度，開環增益，穿越頻率。解：1根據題目要求，可以選擇。則開環傳遞函數為2使用

7、命令margin( )，計算開環傳遞函數的穩定裕量，輸入命令：得出：，系統不穩定，采用滯后-超前校正。3采用滯后-超前校正，建立m文件如下12運行后，計算出 于是，校正后的系統開環傳遞函數為得出校正以后的系統：，。根本上到達系統要求7-2 *過程控制系統如圖7-32所示，請使用Ziegler-Nichols經歷整定公式設計PID控制器，使系統的動態性能最正確。圖7-32 習題7-2圖解：采用Ziegler-Nichols經歷公式，構造的Simulink仿真模型，以及仿真結果曲線如下。8-1 建立一個籠型異步電機軟啟動線電壓逐漸加大，直至額定值的仿真模型。解：構造系統的Simulink仿真模型如下列圖所示其中不妨選擇異步電機設置為使用3個控制電壓源，其中一個設置如下A，B，C三相正弦波信號源的相位分別設置為，和0。仿真運行結果為8-2 如何在電力電路中獲得一個的純電阻模塊？解：1從SimPowerSystems/Elements模塊集中拖拽出一個“Parallel RLC Branch，并且設置R為2、L為inf、C為0。或：2從SimPowerSystems/Elements模塊集中拖拽出一個“Series RLC Branch，并且設置R為2、L為0、C為inf。8-3 如何在電力電路中獲得一個的純電感模塊？解：1從SimPowerSystems/Elements模塊