1、控制程序CAD期末考试历届考试题目录控制系统CAD作业1 1第1章 1第2章 2控制系统CAD作业2 7第3章 7第4章 9控制系统CAD作业3 13第5章 13第6章 16控制系统CAD作业4 21第7章 21第8章 25控制系统CAD作业1第1章一、填空题1. 按控制信号传递的路径不同，可将控制系统划分为：按给定值操纵的开环控制 、按偏差调节的闭环（反馈）控制和带补偿调节的复合控制三种控制方式，其中控制精度最高的是带补偿调节的复合控制控制方式。2. 对自动控制系统性能的基本要求可以归纳为“稳、快、准”三个方面，一个系统要能正常工作，其首先必须满足稳定的最基本要求。3. 控制系统的设计包含分
2、析和设计两方面内容。4. 控制系统的仿真依据模型的种类不同，可分为物理仿真、数学仿真和混合仿真三种形式。二、简答题1. 简述控制系统CAD的发展历程，并简单分析控制系统CAD 和机械CAD或建筑CAD的相同点和区别。早期的控制系统设计可以由纸笔等工具容易地计算出来，如 Ziegler 与 Nichols 于1942年提出的 PID 经验公式就可以十分容易地设计出来。随着控制理论的迅速发展，光利用纸笔以及计算器等简单的运算工具难以达到预期的效果，加之在计算机领域取得了迅速的发展，于是20世纪70年代出现了控制系统的计算机辅助设计 (computer-aided control system de
3、sign , CACSD)方法。近三十年来，随着计算机技术的飞速发展，各类CACSD 软件频繁出现且种类繁多，其中MATLAB已成为国际控制界的标准分析和辅助设计软件。控制系统CAD 和机械CAD或建筑CAD的相同点是均是借助计算机软件进行设计；不同的是设计对象不同，其中控制系统CAD是借助计算机对控制系统进行仿真和设计，机械CAD是借助计算机对机械结构进行设计和计算，建筑CAD借助计算机辅助设计建筑结构，设计对象的不同决定了其各自使用的软件也不尽不同。2. 什么是控制系统的计算机仿真？控制系统的计算机仿真是利用计算机对控制系统进行数学仿真。数学仿真就是根据实际系统中各个变化量之间的关系，构建
4、出系统的数学模型，并利用此模型进行分析研究。数学仿真的关键在于数学模型的构建和求解。数学仿真具有经济、方便和灵活的优点，它的主要工具是计算机，故又称计算机仿真。而控制系统的计算机仿真就是以控制系统的数学模型为基础，借助计算机对控制系统的特性进行实验研究。第2章一、填空题1. MATLAB的变量名必须以英文字母开始，其后可以是任何字母、数字和下划线的组合。MATLAB区分字母的大小写，同一变量名中字母的大小写会被认为是不同的变量2. MATLAB提供三种常用变量，即局部变量、全局变量和特殊变量。3. 在MATLAB语言中，运算符可以分为三类，即算术运算符、关系运算符和逻辑运算符。4. M函数文件
5、通常由函数声明行、H1 行、函数帮助文本、注释和函数体五部分组成。5. 说明以下指令的功能： （1）figure：创建图形窗口（2）hold：保留现有图形 （3） plot：绘制曲线（4）grid：添加网格线6. 在MATLAB命令窗口中输入指令 A B C = deal(6+3*(7-3)/6, ones(2,2)*2, 4)，执行后的结果为：A = 3 B= 2 2 C=4 2 2 7. 若要分别生成初始值为4，终止值为18，步长为4的数组A及元素个数为4的数组B，在MATLAB命令窗口中应输入如下指令 A=4:4:18， B=linspace (4,18,3)。 1 3 5 78. 已知
6、A=1 2 3;5 6 7;9 10 11，则A(:,1 3)= 9 11 。 1 0 1 0 1 09. 已知A= 2 3 6;1 9 7，B= 0 5 4;3 6 2，则AB= 0 1 1 ，A=LK=LK|LK&L5. 分别用for和while循环语句编写程序，求的值。解：for语句：clearsum=0;for i=1:40 sum=sum+i0.5;endy=sumwhile语句：clearsum=0;i=1;n=40;while i G=zpk(,-1+3*I,-1-3*i,3) step(G)绘制出的单位阶跃响应曲线2. num=7*1,5;den=conv(1,0,0,conv
7、(1,10,1,1);gm,pm,wg,wc=margin(num,den)求系统的幅值裕度和相角裕度3. num=5*1,5,6;den=1,6,10,8;impulse(num,den);grid on ;求三阶系统的单位阶跃响应和单位冲激响应。三、编程题1. 典型二阶系统传递函数为：，阻尼比的值为0.4，试编制程序绘制出自然振荡角频率n从1变化到10（每次递增2）的单位阶跃响应曲线，并对系统的动态性能的变化作定性分析。clc;clf;clearwn=1,3,5,7,9; % 自然振荡角频率dr=0.4; % 阻尼比t=linspace(0,20,200); % 将时间t在0-20间200
8、等分hold on; % 打开图形叠加功能（同一个坐标上画多条曲线) for j=1:5num=wn(j)2;den=1,2*dr*wn(j),0; % 开环传递函数分母多项式系数Gk=tf(num,den); % 求得开环传递函数Gb=feedback(Gk,1); % 求得闭环传递函数step(Gb);grid; % 画图gtext(strcat(wn=,num2str(j) % 添加鼠标文字注释，strcat()为字符串连接函数 end随着自然振荡角频率n的增大，系统的响应速度加快。2. 设单位反馈系统的开环传递函数：，试求系统的单位阶跃响应的性能指标、tS（2误差带）。clc;clea
9、rnum=49;den=1 10.5 0;Gk=tf(num,den) % 求得开环传递函数Gb=feedback(Gk,1,-1) % 求得单位反馈的闭环传递函数y,t=step(Gb); % 求取单位阶跃响应% 计算调节时间Cend=dcgain(Gb); % 求取系统的终值n=length(t); % 求得仿真时间t序列的长度while(y(n)0.98*Cend)&(y(n)num=7 7;den=conv(conv(1 0,1 3),1 4 5);Gk=tf(num,den);Gb=feedback(Gk,1,-1)Transfer function: 7 s + 7-s4 + 7
10、s3 + 17 s2 + 22 s + 7r=roots(1 7 17 22 7)r = -4.0287 -1.2632 + 1.5198i -1.2632 - 1.5198i -0.4449闭环特征根的实部均为负，系统稳定。rss=tf(1 0,0 1); Kv=dcgain(rss*Gk) essv=1/Kvessv = 2.1429第6章一、填空题1. 所谓根轨迹，是指控制系统开环传递函数的某一参数（如开环增益）从零变化到无穷大时，闭环特征根在s平面上移动的轨迹。2.根轨迹法的实质就是依据反馈系统中开、闭环传递函数间的关系，由开环传递函数的零、极点直接寻求闭环根轨迹的总体规律。3.根据给
11、定的根轨迹增益向量K，绘制系统sys的部分根轨迹的MATLAB函数是rlocus(sys,k)。4.计算与根轨迹上任一闭环极点相对应的根轨迹增益的MATLAB函数是rlocfind ()。二、编程分析题（以下练习题须将绘制的根轨迹打印后，粘贴在每题下方）1. 已知单位反馈系统的开环传递函数，试用MALAB编程绘出系统根轨迹。 (2) (1) num=1;den=conv(conv(1 0,0.2 1),0.5 1)sys=tf(num,den);rlocus(sys);(2) num=1 2;den=conv(1 0,2 1)sys=tf(num,den);rlocus(sys);2. 已知控制系统的开环传递函数为，试用MALAB分析该系统的根轨迹的起点和终点。num=1 1 0 4
