[工学]冶金工程计算机控制与仿真习题.doc

第一章 1、 什么是仿真？它的主要优点是什么？它所遵循的基本原则是什么？ 答：所谓仿真，就是使用其它相似的系统来模仿真实的需要研究的系统。计算机仿真是指以数字计算机为主要工具，编写并且运行反映真实系统运行状况的程序。对计算机输出的信息进行分析和研究，从而对实际系统运行状态和演化规律进行综合评估与预测。它是非常重要的设计自动控制系统或者评价系统性能和功能的一种技术手段。 仿真的主要优点是：方便快捷、成本低廉、工作效率和计算精度都很高。它所遵循的基本原则是相似性原理。 2、计算机数字仿真包括哪些要素？它们的关系如何？ 答：计算机仿真的三要素是：系统——研究的对象、模型——系统的抽象、计算机——仿真的工具和手段。它们的关系是相互依存。 仿真的定义及仿真技术的特殊作用； 所谓特殊作用，就是其他技术很难达到或者无法取代的作用。主要有以下几个方面： 过程系统通常属于大型工业系统．其流程复杂、投资巨大、生产连续性强。从经济利益和安全性出发，一般不允许征真实系统上进行试验研究，即必须借助于仿真手段。 计划中或设计中的过程系统．现实世界中尚不存在，只有通过仿真手段进行试验研究。 高质量的仿真模型具有预测性。应用现代高速大容量仿真计算机，人们可以在短时间内预测实际过程系统数月甚至数年时间中所发生的现象和事件，这是仿真技术“超时空”的优点。 实际过程系统根本不允许作的试验。如超极限运行、破坏性试验、事故分析等等，利用仿真技术不会造成任何损失，是最安全的试验研究方法。 仿真试验研究主要在仿真机上进行。与真实系统试验相比，除了安全以外还能大大节省原材料、能源消耗和人力资源等。 仿真技术通常用软件形式体现，用软盘、磁带或激光盘作载体，传递复制极为方便。软件还是一种可以在“信息高速公路”甚至电话线中传送的资源，这是仿真技术便于传播推广的一大优势。 第二章 MATLAB语言的基础知识 1、 编写两个m文件，分别使用for和while循环语句计算。 2、求解以下线性代数方程： 3、 已知矩阵 ， 试分别求出A阵和B阵的秩、转置、行列式、逆矩阵以及特征值。 4、求复数矩阵的转置C1与共轭转置C2。 5、 控制算法的步长应该如何选择？ 【参考答案】 1、 编写两个m文件，分别使用for和while循环语句计算。 解：第1个m文件， 第2个m文件 运行结果都是 2、求解以下线性代数方程： 解： 输入语句 计算结果 3、 已知矩阵 ， 试分别求出A阵和B阵的秩、转置、行列式、逆矩阵以及特征值。 解：求矩阵的秩、行列式、逆矩阵、特征值的函数分别为：rank( ), det( ), inv( ), eig( )。求矩阵转置的命令为“.’ ”。 求出A阵的秩为3、转置为、行列式为、逆矩阵以及特征值； 求出B阵的秩为3、转置为、行列式为、逆矩阵以及特征值。 4、 求复数矩阵的转置C1与共轭转置C2。 解：输入语句 计算结果 5、 控制算法的步长应该如何选择？ 答：控制算法步长的选择应该恰当。如果步长太小，就会增加迭代次数，增加计算量；如果步长太大，计算误差将显著增加，甚至造成计算结果失真。 第三章 过程建模 1、 简要阐述过程数学模型的建模方法和各自特点； 下图为一阶惯性环节加纯延迟过程对象的阶跃信号和阶跃响应图形，传递函数为，试在图上标出该传递函数的各个参数。（15分） 【参考答案】 1、 简要阐述过程数学模型的建模方法和各自特点； 建立被控对象的数学校型，一般可采用多种方法，大致可分为机理法和测试法两类。 (1)机理法建摸 用机理法建模就是根据生产过程中实际发生的变化机理，写出各种有关的平衡方程如：物质平衡方程，能量平衡方程，动量平衡方程以及反映流体流动、传热、传质、化学反应等基本规律的运动方程，特性参数方程和某些设备的特性方程等，从中获得所需的数学模型。 用机理法建模时，有时也会出现模型中某些参数难以确定的情况或用机理法建模太烦琐，这时可以用测试的方法来建模。 (2)测试法建模 测试法一般只用于建立输入输出模型。它是根据工业过程的翰人和输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。它的主要特点是把被研究的工业过程视为一个黑匣子，完全从外特性上测试和描述它的动态性质，因此不需要深入攀握其内部机理。然而，这并不意味着可以对内部机理毫无所知。。丰富的验前知识无疑会有助于成功地用测试法建立数学校型。那些内部机理尚未被人们充分了解的过程，例如复杂的生化过程，也是难以用测试法建立其动态数学模型的。 下图为一阶惯性环节加纯延迟过程对象的阶跃信号和阶跃响应图形，