控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與cad全習(xí)題答案

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1、第一章習(xí)題1-1什么是仿真？它所遵循的基本原則是什么？答：仿真是建立在控制理論，相似理論，信息處理技術(shù)和計(jì)算技術(shù)等理論基礎(chǔ)之上的，以計(jì)算機(jī)和其他專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)真實(shí)或假想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，并借助專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和信息資料對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和研究，進(jìn)而做出決策的一門綜合性的試驗(yàn)性科學(xué)。它所遵循的基本原則是相似原理。1-2在系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)中仿真法與解析法有何區(qū)別？各有什么特點(diǎn)？答：解析法就是運(yùn)用已掌握的理論知識(shí)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行理論上的分析，計(jì)算。它是一種純物理意義上的實(shí)驗(yàn)分析方法，在對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)過程中具有普遍意義。由于受到理論的不完善性以及對(duì)

2、事物認(rèn)識(shí)的不全面性等因素的影響，其應(yīng)用往往有很大局限性。仿真法基于相似原理，是在模型上所進(jìn)行的系統(tǒng)性能分析與研究的實(shí)驗(yàn)方法。1-3數(shù)字仿真包括那幾個(gè)要素？其關(guān)系如何？答:通常情況下，數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)包括三個(gè)基本要素，即實(shí)際系統(tǒng)，數(shù)學(xué)模型與計(jì)算機(jī)。由圖可見，將實(shí)際系統(tǒng)抽象為數(shù)學(xué)模型，稱之為一次模型化，它還涉及到系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)問題，統(tǒng)稱為建模問題；將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為可在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的仿真模型，稱之為二次模型化，這涉及到仿真技術(shù)問題，統(tǒng)稱為仿真實(shí)驗(yàn)。1-4為什么說模擬仿真較數(shù)字仿真精度低？其優(yōu)點(diǎn)如何？。答：由于受到電路元件精度的制約和容易受到外界的干擾，模擬仿真較數(shù)字仿真精度

3、低但模擬仿真具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）描述連續(xù)的物理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程比較自然和逼真。（2）仿真速度極快，失真小，結(jié)果可信度高。（3）能快速求解微分方程。模擬計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)各運(yùn)算器是并行工作的，模擬機(jī)的解題速度與原系統(tǒng)的復(fù)雜程度無關(guān)。（4）可以靈活設(shè)置仿真試驗(yàn)的時(shí)間標(biāo)尺，既可以進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，也可以進(jìn)行非實(shí)時(shí)仿真。（1）易于和實(shí)物相連。1-5什么是CAD技術(shù)？控制系統(tǒng)CAD可解決那些問題？答：CAD技術(shù)，即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign）,是將計(jì)算機(jī)高速而精確的計(jì)算能力，大容量存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)的能力與設(shè)計(jì)者的綜合分析，邏輯判斷以及創(chuàng)造性思維結(jié)合起來，用以快速

4、設(shè)計(jì)進(jìn)程，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的技術(shù)。控制系統(tǒng)CAD可以解決以頻域法為主要內(nèi)容的經(jīng)典控制理論和以時(shí)域法為主要內(nèi)容的現(xiàn)代控制理論。此外，自適應(yīng)控制，自校正控制以及最優(yōu)控制等現(xiàn)代控制測(cè)略都可利用CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)有效的分析與設(shè)計(jì)。1-6什么是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)？它與仿真技術(shù)的關(guān)系如何？答：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種綜合了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，多媒體技術(shù)，傳感器技術(shù)，顯示技術(shù)以及仿真技術(shù)等多種學(xué)科而發(fā)展起來的高新技術(shù)。1-7什么是離散系統(tǒng)？什么是離散事件系統(tǒng)？如何用數(shù)學(xué)的方法描述它們？答：本書所講的“離散系統(tǒng)”指的是離散時(shí)間系統(tǒng)，即系統(tǒng)中狀態(tài)變量的變化僅發(fā)生在一組離散時(shí)刻上的系統(tǒng)。它一

5、般采用差分方程，離散狀態(tài)方程和脈沖傳遞函數(shù)來描述。離散事件系統(tǒng)是系統(tǒng)中狀態(tài)變量的改變是由離散時(shí)刻上所發(fā)生的事件所驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的輸入輸出是隨機(jī)發(fā)生的，一般采用概率模型來描述。1-8如圖1-16所示某衛(wèi)星姿態(tài)控制仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，試說明：（1）若按模型分類，該系統(tǒng)屬于那一類仿真系統(tǒng)？（2）圖中“混合計(jì)算機(jī)”部分在系統(tǒng)中起什么作用？（3）與數(shù)字仿真相比該系統(tǒng)有什么優(yōu)缺點(diǎn)？答：（1）按模型分類，該系統(tǒng)屬于物理仿真系統(tǒng)。（2）混合計(jì)算機(jī)集中了模擬仿真和數(shù)字仿真的優(yōu)點(diǎn)，它既可以與實(shí)物連接進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，計(jì)算一些復(fù)雜函數(shù)，又可以對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行反復(fù)迭代計(jì)算。其數(shù)字部分用來模擬

6、系統(tǒng)中的控制器，而模擬部分用于模擬控制對(duì)象。（4）與數(shù)字仿真相比，物理仿真總是有實(shí)物介入，效果逼真，精度高，具有實(shí)時(shí)性與在線性的特點(diǎn)，但其構(gòu)成復(fù)雜，造價(jià)較高，耗時(shí)過長(zhǎng)，通用性不強(qiáng)。第二章習(xí)題2-1思考題：（1）數(shù)學(xué)模型的微分方程，狀態(tài)方程，傳遞函數(shù)，零極點(diǎn)增益和部分分式五種形式，各有什么特點(diǎn)？（2）數(shù)學(xué)模型各種形式之間為什么要互相轉(zhuǎn)換？（3）控制系統(tǒng)建模的基本方法有哪些？他們的區(qū)別和特點(diǎn)是什么？（4）控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真中的“實(shí)現(xiàn)問題”是什么含意？（5）數(shù)值積分法的選用應(yīng)遵循哪幾條原則？答：（1）微分方程是直接描述系統(tǒng)輸入和輸出量之間的制約關(guān)系，是連續(xù)控制系統(tǒng)其他

7、數(shù)學(xué)模型表達(dá)式的基礎(chǔ)。狀態(tài)方程能夠反映系統(tǒng)內(nèi)部各狀態(tài)之間的相互關(guān)系，適用于多輸入多輸出系統(tǒng)。傳遞函數(shù)是零極點(diǎn)形式和部分分式形式的基礎(chǔ)。零極點(diǎn)增益形式可用于分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和快速性。利用部分分式形式可直接分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程。（2）不同的控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法，只適用于特定的數(shù)學(xué)模型形式。（3）控制系統(tǒng)的建模方法大體有三種：機(jī)理模型法，統(tǒng)計(jì)模型法和混合模型法。機(jī)理模型法就是對(duì)已知結(jié)構(gòu)，參數(shù)的物理系統(tǒng)運(yùn)用相應(yīng)的物理定律或定理，經(jīng)過合理的分析簡(jiǎn)化建立起來的各物理量間的關(guān)系。該方法需要對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性完全的了解，精度高。統(tǒng)計(jì)模型法是采用歸納的方法，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)測(cè)的數(shù)

8、據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)規(guī)律和系統(tǒng)辨