控制CAD形考作业

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。MA TLAB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MA TLAB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MA TLAB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 = 3B= 2 2C=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MA TLAB命令窗口中应输入如下指令>> A=[4:4:18]，>> B=linspace (4,18,3)。

1 3

5 7

8.已知A=[1 2 3;5 6 7;9 10 11]，则A(:,[1 3])= 9 11。

1 0 1 0 1 0

9.已知A=[ 2 3 6;1 9 7]，B=[ 0 5 4;3 6 2]，则A>B= 0 1 1，A

1 0 0 1 1 1

10.已知A=[ 7 0 5;0 2 8]，B=[ 1 4 0;5 0 4]，则A&B= 0 0 1 ，A|B= 1 1 1 。

二、简答题

1.MATLAB软件系统主要有哪些部分组成？

答：MA TLAB系统主要由开发环境、数学函数库、MA TLAB语言、MA TLAB图形处理系统及外部应用程序接口组成。

2.启动MATLAB后，默认用户界面中包含哪些窗口元素？

答：启动MA TLAB程序后，进入MA TLAB工作界面，包括用于管理文件的工具条（图形用户界面）、命令窗口（Command Window）、当前文件夹窗口（Current Folder）、工作空间（Workspace）及历史命令窗口（Command History）等。

3.用哪些方法可以启动MATLAB的帮助系统？使用help命令和lookfor命令有什么区别？

答：点击桌面工具栏上的帮助按钮，或在命令窗口中键入helpbrowser命令，或使用任何工具栏上的help菜单，都可打开帮助浏览器。

help：在命令窗口中键入“help 函数名”，将显示指定函数的M文件说明和语法，对于MDL文件，将显示模型的描述；

lookfor：在命令窗口中键入“lookfor 关键字”，将按关键字搜索相关的M文件。

4.如果文件保存在D: \My Documents\My Work中，而当前文件夹路径为C:\MA TLAB，如何操作才能执行该文件？

答：选择菜单中的〖File〗→〖Set Path〗菜单项将D: \My Documents\My Work目录加入到MA TLAB 的搜索路径中，就可执行文件。

5.什么是M脚本文件？什么是M函数文件？两者之间有什么区别？

答：脚本文件也称为命令文件，是由一系列MA TLAB的命令行组成，既没有参数的输入也不返回输出参数。

MA TLAB软件中提供了很多工具箱，工具箱中的每一个函数其实就是一个M函数文件。M函数文件可以接受参数输入，并能返回输出参数。

脚本文件与函数文件的主要区别在于函数文件允许通过数值进行参数传递，函数文件使用局部变量而不是全局变量，函数文件的第一行必须是“函数声明行”，以关键词“function”进行声明，M函数文件名必须

与function声明的名称相同。

三、编程题

1.创建三变量A、B、C，其值分别为eye(2,3)，ones(1,2)，magic(3)，其中变量A、C 显示，变量B不显示。

解：clear

A=eye(2,3),

B=ones(1,2);

C=magic(3)

2.创建初始值为4，终止值为15，步长为4的向量D，元素个数为3的向量E，并对向量进行加、减、点积和叉积运算。

解：clear

D=[4:4:15];

E=linspace(4,15 ,3);

D+E

D-E

dot(D,E)

cross(D,E)

3.已知3×3维矩阵

257

324

159

F

??

??

=??

??

??

，做如下操作：

（1）寻访F矩阵的第8个元素；

（2）将F矩阵的第二行重新赋值为[5 8 3]；

（3）分别生成F矩阵的对角矩阵和上三角矩阵；

（4）抽取F矩阵的第二行、第三行，第二列、第三列生成新的矩阵G。解：clear

F=[2 5 7;3 2 4;1 5 9];

F(8)

F(2,:)=[5 8 3]

diag(F)

triu(F)

G=F(2:3,2:3)

4.已知矩阵

3012

1024

0101

K

??

??

=??

??

-

??

和

2013

0404

6001

L

??

??

=??

??

??

，查找出K大于L的元素，K不等

于L的元素，及K|L、K&L的值。

解：clear

K=[3 0 1 2;1 0 2 4;0 -1 0 1 ];

L=[2 0 1 3;0 4 0 4;6 0 0 1];

K>=L

K~=L

K|L

K&L

5. 分别用for 和while 循环语句编写程序，求401i y i ==∑的值。

解：for 语句：

clear

sum=0;

for i=1:40

sum=sum+i^0.5;

end

y=sum

while 语句：

clear

sum=0;i=1;n=40;

while i<=n

sum=sum+i^0.5;

i=i+1;

end

y=sum

控制系统CAD课程形考作业三参考答案

第5章 一、填空题 1. 在控制系统时域分析时，常用的时域动态性能指标有：上升时间 tr 、 _________、 _________ 和 ___________ 。（峰值时间咯调节时间ts 、超调量b%） 2. MATLAB 中step （）函数是 _________________ 函数。它可以用来 _________________________ 或 求取 _____________________ 。（单位阶跃响应、绘制单位阶跃响应波形图，输出量的数值向量） 3. impulse 函数不带输出变量时，可在当前窗口中直接绘制出系统的 ----------------------- 。 （单位冲激响应曲线） 4. 在MATLAB 中，欲求取系统的时域性能，可以利用鼠标和菜单的操作，在单位阶跃 响应曲线上求取，也可以 _________________ 求取。（编制简单程序） 5. 要判别系统的稳定性，可使用的 MATLAB 函数有 _____________ ____________ ________ 和 ------- 四个函数。若要直接求出系统闭环特征方程的根，应使用 ---------------- 函数。 (roots()、zpkdata()、tf2zp()、pzmap()、roots()) 控制系统CAD 作业3 姓 名: 学 号: 得 分: 教师签名：

6.若在Simulink仿真集成环境中分析系统在斜坡信号和阶跃信号作用下系统的稳态误 差，在Simulink建模时，可分别选用 模块作为系统的输入信号模块。(Step、 Ramp) 二、写出下列程序(命令)的功能或执行结果 1. >> G=zpk([],[-1+3*l,-1-3*i],3) >> step(G) 绘制岀G(s)二 (s 1—3j)(s 1 3j) 的单位阶跃响应曲线 2. num=7*[1,5];de n=con v([1,0,0]. con v([1,10],[1,1])); [gm,pm,wg,wc]=margi n(nu m,de n) 7(s 5) 求系统G(s)=飞_—_ ----------- 的幅值裕度和相角裕度 s 2 (s+10)(s+1) 3. num=5*[1,5,6];de n=[1,6,10,8]; impulse (nu m,de n);grid on ; 求三阶系统 的G(s^ 5(s2 5s 6) 3 2 单位阶跃响应和单位冲激响应。 s 6s 10s 8 三、编程题 ■n2 1.典型二阶系统传递函数为：G(s) 2n2，阻尼比Z的值为0.4，试编制 s +2r00n s +灼n 程序绘制出自然振荡角频率3n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;clear

开放大学-CAD绘图实训 形考作业1

综合形成性考核实训作业 学号 098 姓名新松 课程代码120037 课程名称计算机绘图员（机械）实训 第 1 次任务 共 1 次任务

任务容： 一：单项选择题。（20分） 1、世界坐标系原点的位置，将 (A) 始终在绘图区域的左下角 (B) 由UCS命令设定 (C) 由LIMITS命令对绘图界限的设置来确定 (D) 由ZOOM命令设定 2、在AutoCAD中，用户坐标系是 (A) 禁止使用的 (B) 由用户根据需要设定，数量不限 (C) 和世界坐标系完全相同 (D) 用户只能设定一个 3、对于正在操作的命令要想终止它，需 (A) 按Ctrl-C键 (B) 按Esc键 (C) 单击标准工具条上的Undo按钮 (D) 按空格键 4、将某一图层关闭，则该图层 (A) 不能显示和编辑 (B) 不能显示、编辑和输出 (C) 不能输出 (D) 不能显示、编辑和输出，也不参加重新生成运算 5、关于AutoCAD操作界面命令提示窗口，正确的描述是（） (A) 命令提示窗口仅能显示三行文本 (B) 命令提示窗口只能位于操作界面的下方(C) 命令提示窗口用于显示用户输入信息及反馈信息 (D) 命令提示窗口既可显示文本也可显示图形 6、单击（）功能键，可以调出独立的命令文本窗口。 (A) F1 (B) F2 (C) F5 (D) F6 7、AutoCAD软件的模板文件缺省的文件扩展名是（）。 (A) DWT (B) DWG (C) MNX (D) SHX 8、在状态栏中，打开（）模式用于绘制水平和铅垂直线。 (A) 捕捉模式 (B) 栅格模式 (C) 极轴模式 (D) 正交模式 9、选择对象时，若需将窗口和部分在窗口的对象都选中，则应执行如下操作（）。 (A) 输入字符W (B) 输入字符C (C) 输入“All” (D) 输入字符P 10、若圆或圆弧是用多边形显示的，执行（）命令后则可以光滑曲线显示。 (A) 重画Redraw (B) 重生成Regen(C) 重做Redo (D) 缩放Zoom 11、用（）命令可以绘制不规则的光滑曲线，在机械图样中，常用它画波浪线。 (A) 多段线Pline (B) 样条曲线Spline (C) 圆Circle (D) 构造线Xline 12、在对既有叠加又有切挖的组合体进行建模时，各基本体应该（）操作。 (A) 先交集再差集 (B) 先差集再并集 (C) 先差集现交集 (D) 先并集再差集 13、若要在实体上切出斜面，通常使用剖切（Slice）命令的（）选项。 (A) 三点 (B) 当前UCS的XY平面 (C) 当前UCS的ZX平面 (D) 当前UCS的YZ平面 14、布尔运算交、并、差的操作对象为 (A) 已建立的几个实体模型 (B) 已建立的几个表面模型 (C) 已建立的几个表面模型或实体模型 (D) 已建立的几个线框模型、表面模型或实体模型 15、（）是AutoCAD 2008默认工作界面。 (A) 三维建模 (B) 二维草图与注释 (C) AutoCAD经典 (D) 二维图形 16、用WBLOCK命令进行图块存盘，可以保存的对象为 (A) 用BLOCK命令定义的块(B) 由用户选择保存的对象 (C) 整个图形 (D) 以上均可 17. 下列命令中，（）命令单独使用便可获取当前UCS中三维实体的二维轮廓图。 (A) 设置视图Solview (B) 设置图形Soldraw (C) 设置轮廓Solprof (D) 以上三个都可以

控制CAD形考作业第二部分

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 函数文件通常由函数声明行、H1行、函数帮助文本、注释禾廿 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 7 8. 已知A=[1 23;5 6 7;9 10 11]，则A(:,[1 3])= _9 11—。 1 0 1 0 1 0 9. 已知A=[ 2 3 6;1 9 7]，B=[ 0 5 4;3 6 2]，则A>B= 0 11 ，A

控制系统CAD课程形考作业四参考答案

控制系统CAD 作业4 第7章 一、填空题 1. 0 () ()()y A G j x ωωω= =称为系统的幅频特性，它描述系统对__不同频率________输入信号的稳态响应_幅值_________衰减（或放大）的特性。()()G j φωω=∠称为系统的____相频特性______特性，它描述系统对不同频率输入信号的稳态响应，相位滞后（0φ<）或超前（0φ>）的特性。 2. 若sys 为系统传递函数，在函数[mag,phase,w]=bode(sys)中，函数的返回值mag 和phase 分别表示 频率特性的幅频值 和 相位 。 3. 若sys 为系统传递函数，函数margin (sys)的功能是： 绘制系统的Bode 图 ，它和函数bode(sys)的区别在于： 所绘制的Bode 图上带有稳定裕量标记 。 4. 若sys 为系统传递函数，函数nyguist (sys)的功能是：绘制系统的Nyquist 曲 线 。 二、简答题 1. 已知单位负反馈系统的开环传递函数为：()(1)(5) K G s s s s = ++，利用bode()函数可分 别绘制出K 取不同值时系统的Bode 图如题图7-1所示，请根据Bode 图，分析系统开环增益K 对系统稳定性的影响。

（系统的幅频特性曲线随着K 的增大，位置提高，因此曲线2所对应的K 相对较大，从图中还可知，曲线2所对应的幅值裕量约为-10（dB ），相位裕量约为-23度，对应的闭环系统为不稳定。） 2. 在上题的Bode 图中，简述用鼠标移动的方法求取稳定裕量的步骤。 [在Bode 图曲线上任意一点用鼠标左键单击，曲线上便会标注出“■”，同时系统会显示单击点的对数幅频（或相频）值以及对应的频率。此时若按住鼠标左键并拖动图中的“■”，则显示的数据随着“■”位置的改变而变化。 在开环对数频率特性上，幅值裕量的定义为：20lg ()k g h G j ω=-，（ωg 是相角 φ(ω)=-180o 的频率） 相位裕量的定义为：()()c γ?ωπ=--。（ωc 是20lg ()0k G j ω=的频率），据此即可求出系统的幅值裕量和相位裕量] 三、编程题 1. 若系统的单位阶跃响应为：49()1 1.80.8 (0)t t y t e e t --=-+>，试求系统的频率特性表 达式（提示：利用MATLAB 符号运算功能，分别对输入、输出信号进行拉氏变换，并对结果化简，MATLAB 中的拉氏变换函数为laplace()）。 syms t s w; Y=1-1.8*exp(-4*t)+0.8*exp(-9*t); R=1; YS=laplace(Y,t,s); RS=laplace(R,t,s); GS=YS/RS; M a g n i t u d e (d B ) 10 10 10 P h a s e (d e g ) Bode Diagram Frequency (rad/sec) 题图7-1 不同K 取值下的系统Bode 图

控制系统cad形考作业(新)

目录 控制系统CAD作业1 (1) 第1章 (1) 第2章 (3) 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 (16) 第5章 (16) 第6章 (20) 控制系统CAD作业4 (25) 第7章 (25) 第8章 (30)

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 design , 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。

控制系统CAD课程形考作业二参考答案复习课程

控制系统CAD 作业2 第3章 一、填空题 1. 在MA TLAB 的命令窗口中键入simulink 命令可打开Simulink 图形化设计环境。 2. 引出信号支线的方法是按住鼠标 右 键，在需要增加分支的地方拉出引线；也可在按下 Ctrl 键的同时，在分支点按住鼠标 左 键拉出引线。 3. 已知系统传递函数的增益为 4.5，零点为-2±j ，极点为0、-3和-1±j ，则零极点模型模块的参数设置对话框内“Zeros ”框应填入 [-2+j -2-j] ；“Poles ”框应填入 [0 -3 -1-j -1+j] ；“Gain ”框应填入 4.5 。 4. 用零极点模型表示系统结构时若没有零点只有极点，需要在零极点模型模块的参数设置对话框将“Zeros”向量设为 [] 。 5. 已知单位负反馈系统的开环传递函数为： 21 ()48 G s s s = ++，若要完成以下的系统仿 真分析：（1）利用Simulink 求系统的单位阶跃响应；（2）用示波器显示仿真结果；（3）将结果输出到MATLAB 的工作空间，则需要用到的模块有Sources 库的 Step 模块、

Continuous 库的 Transfer Fcn 模块、Math Operations 库的 Sum 模块、Sinks 库的 To Workspace 模块和 Scope 模块。 6. 利用Continuous 库的Transfer Fcn 模块表示传递函数2 25 ()2G s s s = +时，其参数设置对话框中“Numertor coefficient （分子多项式）”框应填入 [25] ，“Denominator coefficient （分母多项式）”框应填入 [1 2 0] 。 7. 利用已存在系统模型的部分结构建立子系统，则Simulink 会自动添加输入 模块和 输出 模块来表示子系统的输入端口和输出端口。 8. 创建子系统、封装子系统、编辑已封装的子系统所用的菜单命令分别为〖 Create Subsystem 〗、〖 Mask Subsystem … 〗、〖 Edit Mask 〗。 9. 在仿真参数设置对话框中可选择求解器（Solver ）类型，可供选择的类型有 可变步 长 模式和 固定步长 模式。 10. 选择可变步长模式时仿真步长随模型的动态特性变化，提供 误差控制 和 过零检测 两种功能，而固定步长模式则不提供。 二、选择题 1. 已知单位负反馈系统的开环传递函数为：1 ()(1) G s s s =+，利用Simulink 求系统的单位阶跃响应时，不需要下列模块中的哪一种？（D ） A. B.

开放大学-CAD绘图实训形考作业1.

综合形成性考核实训作业 学号20150030000098 姓名李新松 课程代码120037 课程名称计算机绘图员（机械）实训 第 1 次任务 共 1 次任务

任务内容： 一：单项选择题。（20分） 1、世界坐标系原点的位置，将 (A) 始终在绘图区域的左下角(B) 由UCS命令设定(C) 由LIMITS命令对绘图界限的设置来确定(D) 由ZOOM命令设定 2、在AutoCAD中，用户坐标系是 (A) 禁止使用的(B) 由用户根据需要设定，数量不限(C) 和世界坐标系完全相同 (D) 用户只能设定一个 3、对于正在操作的命令要想终止它，需 (A) 按Ctrl-C键(B) 按Esc键(C) 单击标准工具条上的Undo按钮(D) 按空格键 4、将某一图层关闭，则该图层 (A) 不能显示和编辑(B) 不能显示、编辑和输出(C) 不能输出(D) 不能显示、编辑和输出，也不参加重新生成运算 5、关于AutoCAD操作界面命令提示窗口，正确的描述是（） (A) 命令提示窗口仅能显示三行文本(B) 命令提示窗口只能位于操作界面的下方(C) 命令提示窗口用于显示用户输入信息及反馈信息(D) 命令提示窗口既可显示文本也可显示图形 6、单击（）功能键，可以调出独立的命令文本窗口。 (A) F1 (B) F2 (C) F5 (D) F6 7、AutoCAD软件的模板文件缺省的文件扩展名是（）。(A) DWT (B) DWG (C) MNX (D) SHX 8、在状态栏中，打开（）模式用于绘制水平和铅垂直线。 (A) 捕捉模式(B) 栅格模式(C) 极轴模式(D) 正交模式 9、选择对象时，若需将窗口内和部分在窗口内的对象都选中，则应执行如下操作（）。 (A) 输入字符W (B) 输入字符C (C) 输入“All”(D) 输入字符P 10、若圆或圆弧是用多边形显示的，执行（）命令后则可以光滑曲线显示。 (A) 重画Redraw (B) 重生成Regen(C) 重做Redo (D) 缩放Zoom 11、用（）命令可以绘制不规则的光滑曲线，在机械图样中，常用它画波浪线。 (A) 多段线Pline (B) 样条曲线Spline (C) 圆Circle (D) 构造线Xline 12、在对既有叠加又有切挖的组合体进行建模时，各基本体应该（）操作。 (A) 先交集再差集(B) 先差集再并集(C) 先差集现交集(D) 先并集再差集 13、若要在实体上切出斜面，通常使用剖切（Slice）命令的（）选项。 (A) 三点(B) 当前UCS的XY平面(C) 当前UCS的ZX平面(D) 当前UCS的YZ平面 14、布尔运算交、并、差的操作对象为 (A) 已建立的几个实体模型(B) 已建立的几个表面模型(C) 已建立的几个表面模型或实体模型(D) 已建立的几个线框模型、表面模型或实体模型 15、（）是AutoCAD 2008默认工作界面。 (A) 三维建模(B) 二维草图与注释(C) AutoCAD经典(D) 二维图形 16、用WBLOCK命令进行图块存盘，可以保存的对象为 (A) 用BLOCK命令定义的块(B) 由用户选择保存的对象(C) 整个图形(D) 以上均可 17. 下列命令中，（）命令单独使用便可获取当前UCS中三维实体的二维轮廓图。

控制系统CAD课程形考作业一参考答案

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：、 和三种控制方式，其中控制精度最高的是 控制方式。（按给定值操纵的开环控制、按偏差调节的闭环（反馈）控制、带补偿调节的复合控制、带补偿调节的复合控制） 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，其首先必须满足的最基本要求。（稳定） 3.控制系统的设计包含和设计两方面内容。（分析） 4.控制系统的仿真依据模型的种类不同，可分为、和三种形式。（物理仿真、数学仿真、混合仿真） 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 design , 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MA TLAB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.MA TLAB的变量名必须以开始，其后可以是任何、 和的组合。MA TLAB区分字母的，同一变量名中字母的大小写会被认为是不同的变量 （英文字母、字母、数字、下划线、大小写） 2.MA TLAB提供三种常用变量，即、和。 （局部变量、全局变量、特殊变量） 3.在MA TLAB语言中，运算符可以分为三类，即、和 。 （算术运算符、关系运算符、逻辑运算符） 4.M函数文件通常由、、、和 五部分组成。 （函数声明行、H1 行、函数帮助文本、注释、函数体） 5.说明以下指令的功能： （1）figure：（2）hold：

控制CAD形考作业

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。MA TLAB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MA TLAB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MA TLAB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 = 3B= 2 2C=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MA TLAB命令窗口中应输入如下指令>> A=[4:4:18]，>> B=linspace (4,18,3)。 1 3 5 7 8.已知A=[1 2 3;5 6 7;9 10 11]，则A(:,[1 3])= 9 11。 1 0 1 0 1 0 9.已知A=[ 2 3 6;1 9 7]，B=[ 0 5 4;3 6 2]，则A>B= 0 1 1，A

10.已知A=[ 7 0 5;0 2 8]，B=[ 1 4 0;5 0 4]，则A&B= 0 0 1 ，A|B= 1 1 1 。 二、简答题 1.MATLAB软件系统主要有哪些部分组成？ 答：MA TLAB系统主要由开发环境、数学函数库、MA TLAB语言、MA TLAB图形处理系统及外部应用程序接口组成。 2.启动MATLAB后，默认用户界面中包含哪些窗口元素？ 答：启动MA TLAB程序后，进入MA TLAB工作界面，包括用于管理文件的工具条（图形用户界面）、命令窗口（Command Window）、当前文件夹窗口（Current Folder）、工作空间（Workspace）及历史命令窗口（Command History）等。 3.用哪些方法可以启动MATLAB的帮助系统？使用help命令和lookfor命令有什么区别？ 答：点击桌面工具栏上的帮助按钮，或在命令窗口中键入helpbrowser命令，或使用任何工具栏上的help菜单，都可打开帮助浏览器。 help：在命令窗口中键入“help 函数名”，将显示指定函数的M文件说明和语法，对于MDL文件，将显示模型的描述； lookfor：在命令窗口中键入“lookfor 关键字”，将按关键字搜索相关的M文件。 4.如果文件保存在D: \My Documents\My Work中，而当前文件夹路径为C:\MA TLAB，如何操作才能执行该文件？ 答：选择菜单中的〖File〗→〖Set Path〗菜单项将D: \My Documents\My Work目录加入到MA TLAB 的搜索路径中，就可执行文件。 5.什么是M脚本文件？什么是M函数文件？两者之间有什么区别？ 答：脚本文件也称为命令文件，是由一系列MA TLAB的命令行组成，既没有参数的输入也不返回输出参数。 MA TLAB软件中提供了很多工具箱，工具箱中的每一个函数其实就是一个M函数文件。M函数文件可以接受参数输入，并能返回输出参数。 脚本文件与函数文件的主要区别在于函数文件允许通过数值进行参数传递，函数文件使用局部变量而不是全局变量，函数文件的第一行必须是“函数声明行”，以关键词“function”进行声明，M函数文件名必须

控制系统cad形考作业

控制系统cad形考 作业

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控制系统CAD课程形考作业一参考答案

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: _______________ 和 __________________ 三种控制方式，其中控制精度最高的是 _________________ 控制方式。（按给定值操纵的开环控制、按偏差调节的闭环（反馈）控制、带补偿调节的复合控制、带补偿 调节的复合控制） 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 __________ 的最基本要求。（稳定） 3. 控制系统的设计包含 ___________ 和设计两方面内容。（分析） 4. 控制系统的仿真依据模型的种类不同， 可分为 ___________ 、 __________ 和 ________ 三 种形式。（物理仿真、数学仿真、混合仿真） 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 控制系统CAD 作业1 姓 名: 学 号: 得 分: 教师签名：

经验公式就可以十分容易地设计岀来。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年代岀现了控制系统的计算机 辅助设计(computer-aided cont⑹system design , 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，构建岀系统的数学模型，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________________ 开始，其后可以是任何 _________ 、________

控制系统CAD课程形考作业四参考答案

《控制系统CAD 》形成性考核册 控制系统 CAD作业 4姓名：学号：得分：教师签名： 第 7 章一、填空题 y () __不同频率 ________输入信 1.A() G ( j ) 称为系统的幅频特性，它描述系统对 x 0 号的稳态响应 _幅值 _________衰减（或放大）的特性。( )G ( j ) 称为系统的____ 相频特性 ______特性，它描述系统对不同频率输入信号的稳态响应，相位滞后（0 ）或超前（0 ）的特性。 2.若 sys 为系统传递函数，在函数 [mag,phase,w]=bode(sys) 中，函数的返回值mag 和 phase 分别表示频率特性的幅频值和相位。 3.若sys 为系统传递函数，函数margin(sys) 的功能是：绘制系统的Bode 图，它和函数bode(sys)的区别在于：所绘制的Bode 图上带有稳定裕量标记。 4.若 sys 为系统传递函数，函数 nyguist (sys) 的功能是：绘制系统的 Nyquist曲 线。 二、简答题 1.已知单位负反馈系统的开环传递函数为：G ( s) K ，利用 bode()函数可分s ( s 1)( s 5) 别绘制出 K 取不同值时系统的Bode 图如题图7-1 所示，请根据 Bode 图，分析系统开环增益K对系统稳定性的影响。

《控制系统CAD 》形成性考核册 Bode Diagram 50 )2 B1 d ( e0 d u n g a M -50 -90 -135 ) g e d ( -180 e s a h P -225 -270 -101 101010 Frequency (rad/sec) 题图 7-1不同 K 取值下的系统 Bode图 （系统的幅频特性曲线随着K 的增大，位置提高，因此曲线 2 所对应的K 相对较大，从图中还可知，曲线2所对应的幅值裕量约为-10（dB），相位裕量约为-23 度，对应的闭环系统为不稳定。） 2.在上题的 Bode 图中，简述用鼠标移动的方法求取稳定裕量的步骤。 [在 Bode 图曲线上任意一点用鼠标左键单击，曲线上便会标注出“■ ”，同时系统会显示单击点的对数幅频（或 相频）值以及对应的频率。此时若按住鼠标左键并拖动图中的“■ ”，则显示的数据随着“■ ”位置的改变而变化。 o 在开环对数频率特性上，幅值裕量的定义为：h20 lg G k ( j g ) ，（ ωg是相角φ(ω)=-180的频率） 相位裕量的定义为：( c ) () 。（c是 20 lg G k ( j )0 的频率），据此即可求出系统的幅值裕量和相 ω位裕量] 三、编程题 1. 若系统的单位阶跃响应为： 4 t9 t ，试求系统的频率特性表y ( t ) 1 1.8 e0.8 e( t 0) 达式（提示：利用 MA TLAB 符号运算功能，分别对输入、输出信号进行拉氏变换，并对结果化简， MA TLAB 中的拉氏变换函数为laplace()）。 syms t s w; Y=1-1.8*exp(-4*t)+0.8*exp(-9*t); R=1; YS=laplace(Y,t,s); RS=laplace(R,t,s); GS=YS/RS;

控制系统CAD课程形考作业三参考答案

第5章 一、填空题 1.在控制系统时域分析时，常用的时域动态性能指标有：上升时间t r、、 和。（峰值时间t m、调节时间t s、超调量σ%） 2.MA TLAB中step()函数是函数。它可以用来或求取。（单位阶跃响应、绘制单位阶跃响应波形图，输出量的数值向量） 3.impulse函数不带输出变量时，可在当前窗口中直接绘制出系统的。（单位冲激响应曲线） 4.在MA TLAB 中，欲求取系统的时域性能，可以利用鼠标和菜单的操作，在单位阶跃响应曲线上求取，也可以求取。（编制简单程序） 5.要判别系统的稳定性，可使用的MA TLAB函数有、、和 四个函数。若要直接求出系统闭环特征方程的根，应使用函数。 （roots()、zpkdata()、tf2zp()、pzmap()、roots()） 6.若在Simulink仿真集成环境中分析系统在斜坡信号和阶跃信号作用下系统的稳态误差，在Simulink建模时，可分别选用和模块作为系统的输入信号模块。（Step、Ramp） 二、写出下列程序（命令）的功能或执行结果

1. >> G=zpk([],[-1+3*I,-1-3*i],3) >> step(G) 绘制出3 ()(13)(13) G s s j s j = +-++的单位阶跃响应曲线 2. num=7*[1,5];den=conv([1,0,0], conv([1,10],[1,1])); [gm,pm,wg,wc]=margin(num,den) 求系统) 1)(10()5(7)(2 +++= s s s s s G 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8 106)65(5)(23 2 +++++= s s s s s s G 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：2 2 2 ()2n n n G s s s ωζωω= ++，阻尼比ζ的值为0.4，试编制 程序绘制出自然振荡角频率ωn 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;clear wn=[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=1:5 num=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

控制CAD形考作业第六部分

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.根据给定的根轨迹增益向量K ，绘制系统sys 的部分根轨迹的MA TLAB 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。 ⑴ ()(0.21)(0.51) K G s s s s =++ (2) (1)()(21)K s G s s s +=+ (1) num=1;den=[conv(conv([1 0],[0.2 1]),[0.5 1])] sys=tf(num,den); rlocus(sys); -20-15-10-505 -15-10 -5 5 10 15 Root Locus Real Axis I m a g i n a r y A x i s (2) num=[1 2];den=[conv([1 0],[2 1])] sys=tf(num,den); rlocus(sys);

-7-6-5-4-3-2-101 -2-1.5 -1 -0.5 0.51 1.5 2 Root Locus Real Axis I m a g i n a r y A x i s 2. 已知控制系统的开环传递函数为32324)37k s s G s s s s ++=++（，试用MALAB 分析该系统的根轨迹的起点和终点。 num=[1 1 0 4]; den=[1 3 7 0]; G=tf(num,den); rlocus(G)； p=roots(den) z=roots(num) p = -1.5000 + 2.1794i -1.5000 - 2.1794i z = -2.0000 0.5000 + 1.3229i 0.5000 - 1.3229i

控制CAD形考作业第四部分

第4章 一、填空题 1.在线性定常系统中，常用的数学模型有：微分方程及传递函数的多项式模型、传递函数的零极点 增益模型、状态空间模型和频率响应数据模型或者TF 、ZPK 、SS 、FRD 等。 2.说明以下函数的功能： （1）tf2zp()：传递函数多项式模型转换为零极点模型 （2）zp2tf()：零极点模型转换为传递函数多项式模型 （3）tf2ss()：传递函数多项式模型转换为状态空间模型 （4）ss2tf()：状态空间模型转换为传递函数多项式模型 （5）zp2ss()：零极点模型转换为状态空间模型 （6）ss2zp()：状态空间模型转换为零极点模型 二、编程题 1. 已知系统的传递函数为：2642741 ()538 s s G s s s s ++=+++，在MATLAB 中用两种方法建立 系统的传递函数多项式模型。 解： 方法一 clear num=[7 4 1]; % 分子多项式系数向量 den=[1 0 5 0 3 0 8]; % 分母多项式系数向量 G=tf(num,den) 方法二 clear s=tf('s'); % 将变量s 定义为传递函数模型 G1=(7*s^2 + 4*s + 1)/(s^6+5*s^4 +3*s^2 + 8) 2. 已知系统的传递函数为：22342(32)(3)(241) ()(3)(1)(2351) s s s s G s s s s s s ++++=+++++，在MA TLAB 中建立

系统的传递函数多项式模型。 解： clear num=conv(conv([3 2],[1 3]),[2 4 1]); den=conv(conv(conv([1 0 3],[2 0 3 5 1]),conv([1 1],[1 1])),[1 1]); G2=tf(num,den) 3. 已知系统的传递函数为：22(1) ()(2)(23) s G s s s s -=+--，在MATLAB 中用两种方法建立 系统的零极点增益模型。 解： 方法一 clear z=[1];p=[-2,3,-1];k=2; % 输入系统的零级、极点和增益 G3=zpk(z,p,k) 方法二 clear s = zpk('s'); % 将变量s 定义为零级点增益模型 G4=2*(s-1)/((s+2)*(s^2-2*s-3)) 4. 已知系统的传递函数为：243223 ()2431 s s G s s s s s ++=++++，在MA TLAB 中用两种方法将 TF 模型转换为ZPK 模型。 解： 方法一 clear num=[2 1 3]; % 分子多项式系数向量 den=[1 2 4 3 1]; % 分母多项式系数向量 G=tf(num,den); % 创建传递函数模型 G5=zpk(G) 方法二 clear num=[2 1 3]; % 分子多项式系数向量 den=[1 2 4 3 1]; % 分母多项式系数向量 [z,p,k]=tf2zp(num,den) G6=zpk(z,p,k)

控制CAD形考作业第五部分

控制系统CAD 作业3 第5章 一、填空题 1. 在控制系统时域分析时，常用的时域动态性能指标有：上升时间t r 、峰值时间t m 、 调节时间t s 和超调量σ%。 2. MATLAB 中step()函数是单位阶跃响应函数。它可以用来绘制单位阶跃响应波形图或求取输出量的数值向量。 3. impulse 函数不带输出变量时，可在当前窗口中直接绘制出系统的单位冲激响应曲线。 4. 在MATLAB 中，欲求取系统的时域性能，可以利用鼠标和菜单的操作，在单位阶跃响应曲线上求取，也可以编制简单程序求取。 5. 要判别系统的稳定性，可使用的MA TLAB 函数有roots()、zpkdata()、tf2zp()和 pzmap()四个函数。若要直接求出系统闭环特征方程的根，应使用roots()函数。 6. 若在Simulink 仿真集成环境中分析系统在斜坡信号和阶跃信号作用下系统的稳态误差，在Simulink 建模时，可分别选用Step 和Ramp 模块作为系统的输入信号模块。 二、写出下列程序（命令）的功能或执行结果 1. >> G=zpk([],[-1+3*I,-1-3*i],3) >> step(G) 绘制出3()(13)(13) G s s j s j = +-++的单位阶跃响应曲线 2. num=7*[1,5];den=conv([1,0,0], conv([1,10],[1,1])); [gm,pm,wg,wc]=margin(num,den) 求系统) 1)(10()5(7)(2+++=s s s s s G 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8 106)65(5)(232+++++=s s s s s s G 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：222 ()2n n n G s s s ωζωω=++，阻尼比ζ的值为0.4，试编制程序绘制出自然振荡角频率ωn 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;clear wn=[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=1:5 num=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ωn 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：249()10.5k G s s s =+，试求系统的单位阶跃响应的