控制系统数字仿真复习资料汇总.doc

一、简答【书】1.仿真定义及遵循的原则?定义:用模型(物理模型或数学模型)代替实际系统进行实验和研究.原则:相似原理,即几何相似、环境相似和性能相似.【书】2.仿真分类,特点?(1)按模型的性质分类:物理仿真,主要运用几何相似,环境相似条件,构成物理模型进行实验研究数字仿真,应用几何相似,环境相似原理,按照真实系统的数学关系,构成系统的数学模型进行实验研究数学物理混合仿真,在对某些系统的研究中,把数学模型与物理模型或实物联接在一起进行实验.这种仿真具有数学与物理仿真的共同优点,当然费用也必将大大增加.(2)按计算机仿真采用的计算机分类:模拟仿真,利用模拟计算机作为仿真工具,模拟仿真更接近于实际连续系统.数字仿真, 利用数字计算机作为仿真工具,最大优点是计算精度高,与模拟仿真相比,运算速度较慢.数字-模拟混合仿真,利用混合计算机作为仿真工具,综合了数字仿真和模拟仿真的优点,克服了它们各自缺点,适宜于快速仿真的研究.(3)按时间标尺的比值分类实时仿真非实时仿真【书】3.连续系统数字仿真步骤?建立描述系统的数学模型将数学模型转为仿真模型编写仿真程序验证确认模型仿真试验,记录并分析试验结果【书】4.系统仿真技术为什么得到广泛应用?系统仿真技术作为分析,综合各类系统的一种有力的工具和手段,目前已被广泛地应用于几乎所有的科学技术领域.仿真技术在系统分析,综合方面的应用.利用仿真技术可以在不影响生产的条件下,分析系统的工作状态,预防事故放生,寻求改进薄弱环节,以提高系统的性能和运行效率.仿真技术在仿真器方面的应用.将会带来明显的技术和经济效益.仿真技术在技术咨询和预测方面的应用.对于有些实际物理世界不可能存在或难以实现,但有必要研究的系统,仿真技术也扮演着极其重要的角色.【书】5.欧拉计算公式?*6.梯形法(二阶龙格-库塔法)公式?*7. 四阶龙格-库塔法公式?式中:*8.积分方法的选择(仿真算法如何选取)?计算精度,受三个因素影响:截断误差,舍入误差和它们的积累情况.计算速度,决定于在给定积分时间内,积分次数和每次积分所需的时间.数值计算的稳定性,对于已知是稳定的连续系统,当某种数值积分方法进行仿真计算时,数值解的稳定性必须保证,否则计算结果将失去真实意义.【书】9.解决仿真速度问题,三种措施?硬件措施,采用高速计算机.软件措施,采用执行速度快的语言.算法措施,研究并采用适合于快速仿真的仿真算法.【书】10.对于快速仿真算法有两点基本要求?每一步的计算量要小.算法具有良好的计算稳定性,在保证一定的仿真精度情况下,允许采用较大的计算步长.【书】11.时域矩阵法特性分析?时域矩阵法适用于采样控制系统和连续控制系统.对于采样开环系统,此法不仅是准确的,而且是恒稳的.此法由g(t)来计算响应,不因系统的阶次增高而加大计算量.高阶系统求解g(t)=L-1G(s)是较困难的,此时也可考虑对每个环节分别求g(t)，然后逐级求解,但是计算量将因环节数目的增加而加大.*12.离散相似法数学仿真思想?系统中典型环节与系统矩阵A,B,C,D的定义.根据不同环节求出离散系统的系数矩阵,到控制系统的状态方程:确定不同环节之间的连接关系与外加信号与系统内典型环节的连接关系.根据连接矩阵W和外部连接矩阵W.则某一个环节系统的输入和其他环节系统的输出之间关系可以表示为加入非线性环节如死区滞后等.【书】13.积分步长的选择?步长过大,截断误差增大,计算精度降低,甚至数值积分不稳定.步长过小,积分次数增大,计算速度降低.步长过小,积分次数增大,舍入误差增大,计算精度降低.二、MATLAB基础知识1.永久变量ans:计算结果的默认变量名, 存放最近一次无赋值变量语句的运算结果.inf:无限大,1/0nan NaN:非数值,不确定值,0/0pi,圆周率2.关系运算符 大于; = 大于或等于; = 等于; = 不等于;3.逻辑运算符与函数| & 或 与 非 all( ) any( )4.冒号表达式v=s1:s2:s3 初值、步长、终值,s2为1可省5.矩阵元素操作A(:,j)表示取A矩阵的第j列全部元素；A(i,:)表示A矩阵第i行的全部元素；A(i,j)表示取A矩阵第i行、第j列的元素。A(i:i+m,:)表示取A矩阵第ii+m行的全部元素；A(:,k:k+m)表示取A矩阵第kk+m列的全部元素，A(i:i+m,k:k+m)表示取A矩阵第ii+m行内，并在第kk+m列中的所有元素。此外，还可利用一般向量和end运算符来表示矩阵下标，从而获得子矩阵。end表示某一维的末尾元素下标。6.函数结构 function 返回变量列表=函数名(输入变量列表) 函数体语句7.循环结构 for循环for i=v,循环结构体,end while循环while (条件式),循环结构体,end 8.转移结构 if (条件1)语句组1elseif (条件2) 语句组2 else %上面的条件均不满足时，执行下面的段落 语句组n+1 end 9.开关结构 switch 开关表达式 case 表达式1 语句段1 case 表达式2,表达式3,表达式m 语句段2 otherwise 语句段n end三、数字仿真1.数学模型表现形式传递函数模型 分子向量分母向量可用传递函数表示为 num=2,1;den=3,4,1;sys=tf(num,den);零极点模型零点向量极点向量 增益k可用零极点模型表示为 z=-0.5;p=-1/3,-1;k=0.67;sys=zpk(z,p,k)状态空间模型 A为系统矩阵 B为控制矩阵 C为输出矩阵 D为直接控制矩阵 A=0,1,0;0,0,1;-5,-20,-1; B=0;0;1; C=1,0,0; D=0; sys=ss(A,B,C,D)2.三种数学模型之间的转换状态空间ss 零极点 zpk(zpk) 传递函数tf 例:ss2tf3.结构图仿真(P34)矩阵形式A=B=C=D=连接矩阵 W反映了连接关系,表示第j个环节的输出对第i个环节的输入之间的连接关系,1表示连接,-1表示反号连接,表示具有反馈系数的连接,0表示没有直接连接关系. W0为外部连接矩阵.其向量形式 U(s)=WY(s)+W0Y0(s)四、试卷1.MATLAB基础知识R1=3,0,2;R2=0,3,5;R1&R2ans=? 0 0 1XX=10:-4:1XX? 10 6 2A1=12,3,6;4,1,2;A2=A1:1,2,3A2=? 12,3,6;4,1,2;1,2,3A1(:,2)= 所有行第二列赋值为空A1=? 12,6;4,2G1=0/0G1=? NANN=2S=eval(N+2)S=? 4E=abcV=123,EV=? 123,abca1=1,6;b1=2,0c1=a1+b1c1=? 3,6a2=11,12,13;14,15,16;17,18,10a2(2,2:3)=? 15,16a2(3)=? 17 第n行首值用函数将当前MATLAB工作空间中的变量X1保存到hh.mat文件中.save hh X1load hh已知系统状态空间表达式模型为用MATLAB表示上述状态方程模型,并写出将其转换为传递函数的命令格式?A=1,2;3,5B=1;1;C=1,1;D=0num,den=ss2tf(A,B,C,D)2.计算题已知系统状态空间模型,其中u,Y,X分别为输入,输出和状态变量,试分别写出系统的微分方程和传递函数方程? 微分方程 令 设系统方程为,用欧拉法求其值解? 步长h=0.5 , 0t,y=sss(0.5,20,1)写出在MATLAB命令窗口下调用ode23函数格式,其中h=0.5,t0,tf=0,10,初始状态x0,系统函数为fun.t,y=ode23(fun,0,10,x0 )11000偶数和?clearsum=0; for i=0:2:1000 sum=sum+i;end11000奇数和?clearsum=0;for i=1:2:999sum=sum+i; end四、问答题已知系统的结构图,用结构图仿真方法,回答下面问题?写出系统中典型环节传递矩阵A,B,C,D;A=B=C=D= 写出系统的连接矩阵W和外部连接矩阵W0；又 已知饱和非线性环节典型参数C=3,斜率K为1,画出此饱和非线性特性,并给出程序框图?【类型2】死区非线性,C=3,斜率K为17 / 7