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1、12010 系统建模与仿真课笔答试题1、简述系统仿真的含义与计算机仿真的定义，并指出二者的关系。答：(1)系统仿真的含义：系统仿真技术是以相似性原理为依据，以信息技术和系统技术及应用领域相关专门技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型为实际或设想的系统进行动态试验研究的一门多学科综合的技术性学科。(2)计算机仿真是一种在计算机上“复现”真实系统的活动。它依赖间接相似原则，将系统模型通过一定的算法，建立能为计算机所接受和能够在计算机上运行的仿真模型。(3)两者之间的关系：系统仿真是以计算机仿真为主要手段，通过在计算机上运行模型来再现系统的运动过程，从而认识系统规律，系统仿真技术通常也称
2、作计算机仿真技术。2、简述系统仿真的依据（原理） 。答：系统仿真最基本的依据是相似性原理。许多不同事物的行为与特性之间都存在着相似性现象。按照唯物辩证法来讲，任何现实存在的事物都是共性和个性的统一，矛盾的普遍性与特殊性的统一。共性寓以个性之中，特殊性之中存在着普遍性。相似性正是这一唯物辩证法基本原理的反映。众多科学家的发明或发现都应用到相似性原理。系统仿真中主要关注如下的相似关系：几何相似、环境相似、性能相似、思维相似和生理相似。 （课本第 7、8 页）3、简述 COMSOL Multiphysics 的主要特点，它与 MATLAB 有何关系？（课本 23 页）答：主要特点：（1）求 解 多
3、场 问 题 = 求 解 方 程 组 ， 用 户 只 需 选 择 或 者 自 定 义 不 同 专 业的 偏 微 分 方 程 进 行 任 意 组 合 便 可 轻 松 实 现 多 物 理 场 的 直 接 耦 合 分 析 。 （ 2） 完 全 开 放的 架 构 ， 用 户 可 在 图 形 界 面 中 轻 松 自 由 定 义 所 需 的 专 业 偏 微 分 方 程 。 （ 3） 任 意 独 立函 数 控 制 的 求 解 参 数 ， 材 料 属 性 、 边 界 条 件 、 载 荷 均 支 持 参 数 控 制 。 （ 4） 专 业 的 计算 模 型 库 ， 内 置 各 种 常 用 的 物 理 模 型 ， 用
4、 户 可 轻 松 选 择 并 进 行 必 要 的 修 改 。 （ 5） 内嵌 丰 富 的 CAD 建 模 工 具 ， 用 户 可 直 接 在 软 件 中 进 行 二 维 和 三 维 建 模 。 （ 6） 全 面 的第 三 方 CAD 导 入 功 能 ， 支 持 当 前 主 流 CAD 软 件 格 式 文 件 的 导 入 。 （ 7） 强 大 的网 格 剖 分 能 力 ， 支 持 多 种 网 格 剖 分 ， 支 持 移 动 网 格 功 能 。 （ 8） 大 规 模 计 算 能 力 ， 具 备Linux、 Unix 和 Windows 系 统 下 64 位 处 理 能 力 和 并 行 计 算 功
5、能 。 （ 9） 丰 富 的 后 处理 功 能 ， 可 根 据 用 户 的 需 要 进 行 各 种 数 据 、 曲 线 、 图 片 及 动 画 的 输 出 与 分 析 。 （ 10）多 国 语 言 操 作 界 面 ， 易 学 易 用 ， 方 便 快 捷 的 载 荷 条 件 ， 边 界 条 件 、 求 解 参 数 设 置 界 面 。两 者 关 系 ： COMSOL Multiphysics 起 源 于 MATLAB 的 Toolbox， 最 初 命 名 为 2Toolbox 1.0。 后 来 改 名 为 Femlab 1.0（ FEM 为 有 限 元 ， LAB 是 取 自 于 Matlab）
6、，这 个 名 字 也 一 直 沿 用 到 Femlab 3.1。 从 2003 年 3.2a 版 本 开 始 ， 正 式 命 名 为 COMSOL Multiphysics， 目 前 最 新 版 本 为 2008 年 发 布 的 3.5a。 到 现 在 ， COMSOL Multiphysics已 经 成 为 一 套 很 完 善 的 通 用 数 值 分 析 软 件 。 Matlab 与 comsol 两者可以完全兼容，可以互相导入，但是要注意 COMSOL 的安装位置必须在 MATLAB 安装位置的目录下。4、如果你在用 MATLAB 命令画图时，想给纵轴加上标签，但不会拼写实现该功能的命令（
7、见了却能认得它） ，请写出迅速找到该命令的帮助文本的操作步骤。答：给纵轴加上标签该命令首字母应该是 y，在 matlab 命令提示符“”后面输入 y；按键盘上的 Tab 键，在弹出的窗口中观察查找，找到 ylabel 命令；在命令提示符“”后输入 doc ylabel，即可得到该命令的帮助文本。5、 MATLAB 中的关系操作与逻辑操作有何特点？（课本 74 页）答：关系操作特点：（1）关系操作的运算符命令主要包括：小于、小于等于、大于、大于等于、等于、不等于几种。 （2）在关系操作中，标量可以与任何维数组进行比较，比较在此标量与数组每个元素之间进行，因此比较结果将与被比较数组同维。 （3）当
8、比较中没有标量时，关系符两端进行比较的数组必须维数相同。比较在两数组相同位置上的元素间进行，因此比较结果将与被比较数组同维。逻辑操作特点：（1）逻辑操作的运算符命令主要包括：与、或、非、异或几种。 （2）在逻辑操作中，标量可以与任何维数组进行逻辑运算，运算比较在标量与数组每个元素之间进行，因此运算结果将与参与运算的数组同维。 （3）当逻辑运算中没有标量时，参与运算的数组必须维数相同。运算在两数组相同位置上的元素间进行，因此运算结果数组必定和参与运算的数组同维。6、已知 B=12:-1:1 。要求：（1）使用 reshape 函数将 B 分别变为一个 4 行 3 列的矩阵 A 和一个 3 行 4
9、 列的矩阵 F；（2）将 A“上下翻转”得出 C，将 A“左右翻转”得出 D； （3）求矩阵 A 与 F 的乘积 E。请写出完成上述功能的命令及其执行结果。答:（1）命令：A=reshape(B,4,3)3结果：A =12 8 411 7 310 6 29 5 1命令：F= reshape(B,3,4)结果：F =12 9 6 311 8 5 210 7 4 1（2）C=flipud(A)C =9 5 110 6 211 7 312 8 4D=fliplr(A)D =4 8 123 7 112 6 101 5 9(3)E=A*FE =272 200 128 56239 176 113 5020
10、6 152 98 44173 128 83 387、已知一个线性定常连续系统传递函数的分子与分母多项式系数可分别表示为：num=5:-1:3，den=1:9 4请先用多项式运算函数求出该系统的极点向量，再用线性连续系统的模型转化函数求出该系统的零极点模型（本题只写命令，不写执行结果） 。答：num=5:-1:3;den=1:9;r,p,k=residue(num,den)zeros,poles,k=tf2zp(num,den)8、写出 MATLAB 程序控制流程命令中实现 多分支控制的两种不同命令，分支较多时用哪一种命令较好？答：if. elseend 和 switchcaseswitch c
11、ase 好9、写出 MATLAB 程序控制流程命令中实现 循环控制的两种不同命令，事先无法确定循环次数时用哪一种命令？答：for .end 命令 和 whileend 命令事先无法确定循环次数时使用 whileend 命令。10、用红色绘制曲线 。x 的取值范围为 -4,6，均匀取 201 个点。要求两个坐标轴分别加上标注“x ”与 “cosx+x-1”。 答：x=linspace(-4,6,201);y=cos(x)+x-1;plot(x,y, r)xlabel(x);ylabel(cosx+x-1)11、用红色绘制曲线 。x 的取值范围为-4,6，均匀取 201 个点。要求两个坐标轴分别加
12、上标注“x ”与 “ ”。 答：x=linspace(-4,6,201);y=sin (x)-2x+3;plot(x,y, r)xlabel(x);ylabel(sin x-2x+3)12、在 MATLAB 与 Simulink 中， “ode45”是什么意思？它能作为函数调用吗？如果能，写出调用的基本格式。答：ode45 是 matlab 中采用 RungeKutta 数值积分方法求解微分方程的一种常用方法，分别采用 4 阶与 5 阶 Tayor 级数计算每个积分步长终端的状态变量近似值，并把这两个阶次=+-cos1ysin-2+3y5不同的级数的近似值相减，用得到的差值作为计算误差的判断标
13、准。可以调用，格式为t,Y=ode45(odefun,tspan,y0)(参数说明）13、何谓“代数环” 与“ 过零事件 ”？请简述其含义。当方程两边都出现同一个变量时，即产生了代数环。当 Simulink 中存在非模型延迟时，通常会产生代数环。比如，传感器将输出信号反馈到输入端。代数环（algebraic loop)发生在两个或多个模块在输入端口具有信号直接传递而形成反馈的情况时，直接传递的模块在不知输入端口的值的情况下无法计算出输出端的值，也就是现在时刻的输出是依赖现在时刻的输入值来计算的。当这种情况出现时 simulink 会在每一次迭代言算完成时，去决定它是否会有解。代数回路会减缓仿真执行的速度并可能会没有解。
