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R07.02.02.02 · 任务小类

系统建模与控制设计

System modeling & control design

Build Simulink/Modelica block diagrams and tune controllers to specs.

20 条本项目编写的提案 · 分类 v1.1 · 新增基准运行 0 次。下方验证方式与部分得分规则是设计,不是执行结果。

典型应用
MATLAB/Simulink · OpenModelica · Dymola
小类 GUI 需求标签
HY · 混合

任务提案 · 20

展开查看完整原文与建议检查方式;两种界面均保留提案英文原文。

R07.02.02.02-T01 Simulink: mass-spring-damper step response matching analytic overshoot

原始指令

In Simulink, build output/msd.slx from blocks (Integrators, Gains, Sum, Step): m = 1 kg, k = 20 N/m, c = 2 N·s/m, 1 N step at t = 0, 10 s, fixed-step 1 ms. Log position to the workspace variable x and save.

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建议验证方式

Grader runs sim('msd') headless: overshoot and peak time within 1% of analytic; get_param inspection finds Integrator/Gain blocks with the parameters (no MATLAB Function/Transfer Fcn shortcut, no add_block-built model: Simulink model history 'LastModifiedBy' GUI session).

建议部分得分

30% block structure; 20% solver settings; 50% response matches.

R07.02.02.02-T02 Simulink: reproduce a PID + saturation loop from a diagram image

原始指令

Rebuild the closed loop shown in input/diagram.png (PID with derivative filter, rate limiter, saturation ±10, plant 5/(s²+3s+5), sensor delay 0.05 s) in Simulink as output/loop.slx with the parameter values printed in the image, and log y.

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建议验证方式

Simulated y vs reference trace RMSE < 1e-3 for the step and for a hidden ramp input; block types and connection topology equal to reference (graph isomorphism of block types).

建议部分得分

40% topology; 20% parameters; 40% trace RMSE.

R07.02.02.02-T03 Simulink: break an algebraic loop with a Unit Delay

原始指令

input/loop_alg.slx reports an algebraic loop in the discrete controller (Ts = 0.01 s). Insert a Unit Delay at the location that preserves the intended difference equation in input/controller_eq.pdf, run, and save output/loop_fixed.slx.

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建议验证方式

Model compiles with no algebraic-loop diagnostic; exactly one Unit Delay added at the reference signal path; output trace matches the difference equation implementation (RMSE < 1e-9).

建议部分得分

30% loop removed; 40% correct location; 30% output matches.

R07.02.02.02-T04 Simscape Electrical: RC low-pass with −3 dB at 1 kHz

原始指令

In Simscape Electrical, build an RC low-pass (choose R and C from E12 values) with −3 dB at 1 kHz ±5%, drive with a swept sine, and use Model Linearizer or frequency response estimation to save the Bode magnitude at 1 kHz to output/bode.json.

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建议验证方式

Model uses Simscape Resistor/Capacitor blocks with E12 values; grader linearises: |H(1 kHz)| = −3 ±0.3 dB; reported value matches.

建议部分得分

40% physical circuit; 20% E12 values; 40% magnitude at 1 kHz.

R07.02.02.02-T05 Simulink PID Tuner: meet overshoot, settling and phase-margin specs

原始指令

For plant G(s) = 1/(s(s+2)) in input/servo.slx, tune the PID Controller block with PID Tuner so overshoot < 10%, 2% settling < 2 s, phase margin > 45°, and control effort |u| < 20 for a unit step. Save gains in the block.

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建议验证方式

Grader simulates and linearises the saved model: all four specs met; gains stored in the PID block (not workspace variables set by script).

建议部分得分

25% overshoot under 10 pct; 25% settling < 2 s; 25% phase margin > 45°; 25% |u| < 20.

R07.02.02.02-T06 OpenModelica: DC motor with gearbox and load from MSL components

原始指令

In OMEdit, build output/MotorDrive.mo from Modelica Standard Library components: DC PM motor (parameters in input/motor.pdf), ideal gear ratio 12, inertia load 0.02 kg·m², 24 V step. Simulate 2 s and save load speed.

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OpenModelica · OMEdit
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建议验证方式

Grader compiles with omc: model uses MSL DCPM/IdealGear/Inertia components (component types check); final speed and time constant within 1% of reference.

建议部分得分

40% component structure; 20% parameters; 40% response.

R07.02.02.02-T07 Dymola: room thermal model with PI heating to comfort spec

原始指令

In Dymola with the Modelica Buildings library, build a single-zone room (geometry and constructions in input/room.pdf) with a radiator controlled by a PI on air temperature; tune so the zone stays within 20–22 °C for the 3-day weather file, with heating energy reported.

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Dymola · Modelica Buildings
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建议验证方式

Grader simulates the saved model: comfort violation degree-hours ≤ 1 Kh; heating energy within 5% of reference; Buildings components used.

建议部分得分

30% room model; 20% controller; 30% comfort; 20% energy.

R07.02.02.02-T08 Stateflow: traffic-light controller with pedestrian request

原始指令

Add a Stateflow chart to input/junction.slx implementing the timing in input/traffic_spec.pdf (green 25 s, amber 4 s, all-red 2 s, pedestrian request shortens green to ≥ 8 s remaining). Run the provided test harness.

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MATLAB/Simulink · Stateflow
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建议验证方式

Grader runs 6 hidden test scenarios (pedestrian at various times) and checks light-state timelines exactly; chart must be Stateflow (not MATLAB Function).

建议部分得分

30% base cycle; 40% pedestrian behaviour; 30% hidden scenarios.

R07.02.02.02-T09 Simulink: discretise a controller and generate embedded C

原始指令

Convert the continuous controller subsystem in input/motor_ctrl.slx to discrete at 1 kHz (Tustin), set fixed-step solver, single-precision data types, and generate ERT C code for the subsystem with Embedded Coder; the closed loop must still meet the overshoot spec.

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MATLAB/Simulink · Embedded Coder
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WP06 · 代码 / 工程
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建议验证方式

Model: discrete blocks at 1e-3, single types; generated code compiles (gcc) and its SIL output matches model output (max error < 1e-4); closed-loop overshoot < 8%.

建议部分得分

30% discretisation; 20% data types; 30% code generated and compiles; 20% SIL equivalence.

R07.02.02.02-T10 Simulink: LQR for a nonlinear cart-pole

原始指令

Using input/cartpole_nonlinear.slx, design an LQR from the linearised model (Control System Toolbox), implement it as state feedback in the model, and achieve pole angle < 2° and cart within ±0.3 m under a 1 N, 0.1 s impulse at t = 1 s.

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MATLAB/Simulink · Control System Toolbox
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建议验证方式

Grader simulates the saved nonlinear model with the disturbance: max |θ| < 2°, |x| < 0.3 m, force within actuator limit 15 N; K matrix stored in the Gain block.

建议部分得分

30% linearisation/LQR; 20% implementation; 50% specs met.

R07.02.02.02-T11 OpenModelica: inverted pendulum with MultiBody animation

原始指令

Build a cart-pendulum in OMEdit using Modelica.Mechanics.MultiBody (prismatic + revolute joints, bodies per input/pendulum.pdf) with a PD on angle, simulate 5 s from 5° initial angle, and save the animation result.

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OpenModelica · OMEdit
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建议验证方式

Grader compiles and simulates: angle settles below 0.5° by t = 3 s; MultiBody components used (World, Prismatic, Revolute, BodyShape).

建议部分得分

40% multibody structure; 20% controller; 40% response.

R07.02.02.02-T12 Scilab Xcos: PI tank-level control

原始指令

In Scilab Xcos, build the tank-level loop from input/tank.pdf (nonlinear outflow √h, pump saturation 0–5 L/s) with a PI controller and anti-windup, simulate a level setpoint step 0.5→1.2 m, and save output/tank.zcos with the response exported to CSV.

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Scilab Xcos
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建议验证方式

Grader runs the diagram with scilab-cli: overshoot < 5%, settling < 120 s; anti-windup structure present (saturation feedback); CSV matches simulation.

建议部分得分

30% plant model; 30% PI with anti-windup; 40% response specs.

R07.02.02.02-T13 Simulink: cascaded motor current and speed loops with anti-windup

原始指令

In input/bldc_drive.slx (averaged motor model), design inner current and outer speed PI loops with saturation and back-calculation anti-windup meeting input/drive_spec.pdf (current BW ≥ 1 kHz, speed overshoot < 5%, recovery from load step < 50 ms).

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建议验证方式

Grader linearises inner loop for bandwidth and simulates speed step + load step; all specs; anti-windup verified by forcing saturation (no integrator windup overshoot > 10%).

建议部分得分

25% current-loop BW; 25% speed overshoot; 25% load recovery; 25% anti-windup.

R07.02.02.02-T14 Dymola: series-hybrid powertrain fuel use over a drive cycle

原始指令

Build a series-hybrid powertrain in Dymola (engine-generator map, battery, motor, vehicle from input/vehicle.json) with a thermostat SOC strategy (40–70%), run the WLTC Class 3 cycle, and report fuel consumption (L/100 km) and final SOC.

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建议验证方式

Grader simulates the saved model: speed tracking error < 1 km/h RMS; fuel within 3% of reference; SOC within the band throughout and final SOC ±2 points.

建议部分得分

20% tracking; 30% strategy behaviour; 30% fuel; 20% SOC.

R07.02.02.02-T15 Simulink Model Linearizer: loop margins of an existing design

原始指令

Open input/flight_pitch.slx, use Model Linearizer to linearise the open loop at the marked loop-opening point at the trim condition, and report gain and phase margins and crossover frequency to output/margins.json.

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建议验证方式

Margins within ±0.5 dB / ±1° and crossover ±2% of reference linearisation at the correct loop-opening point (a wrong point gives clearly different values).

建议部分得分

30% correct I/O points; 70% three numbers.

R07.02.02.02-T16 OpenModelica: fix an unbalanced heating-system model

原始指令

input/HeatSys.mo fails to compile in OMEdit ('system is structurally singular / 2 more equations than variables'). Using the diagram view, find and fix the wrong connections and the duplicated fixed-temperature source so the model balances and matches input/expected.csv.

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建议验证方式

omc check passes (balanced); simulation output RMSE < 0.1 K vs expected.csv; connection diff vs reference fixes only the seeded faults.

建议部分得分

40% model balances; 40% output matches; 20% minimal changes.

R07.02.02.02-T17 Simulink: Kalman filter on a noisy position sensor

原始指令

In input/tracker.slx, add a discrete Kalman Filter (Control System Toolbox block) for the constant-velocity model with noise covariances from input/noise.json so position RMSE vs truth drops by ≥ 60% relative to the raw sensor.

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建议验证方式

Grader simulates with 3 hidden noise seeds: RMSE reduction ≥ 60% each; Kalman Filter block present with consistent A, C, Q, R.

建议部分得分

30% model matrices; 20% covariances; 50% RMSE reduction.

R07.02.02.02-T18 Simscape Multibody: two-link arm trajectory tracking under 1 mm

原始指令

Build a 2-link planar arm in Simscape Multibody (links from input/arm.json), with computed-torque or PD+gravity control, tracking the end-effector circle in input/trajectory.csv (r = 0.15 m, 2 s period) with max error < 1 mm after the first period.

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建议验证方式

Grader simulates 6 s: max Cartesian error after t = 2 s < 1 mm (scaled credit to 5 mm); torque limits ±30 N·m respected; Multibody joints/solids used.

建议部分得分

30% multibody model; 20% controller; 50% tracking error (scaled).

R07.02.02.02-T19 Simulink Test: harness and five requirement-based test cases

原始指令

For subsystem 'CruiseLogic' in input/cruise.slx, create a Simulink Test harness and a test file with five test cases covering the requirements in input/cruise_reqs.pdf (engage, disengage on brake, speed limits, resume, fault), each with verify statements. All must pass.

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建议验证方式

Grader runs the test file: 5 tests pass; mutation check: on a seeded faulty CruiseLogic variant ≥ 4 of 5 tests fail (tests are meaningful).

建议部分得分

20% harness; 40% five passing tests; 40% mutation detection.

R07.02.02.02-T20 Control pair of T05: tune the servo PID with pidtune from a script

原始指令

Control pair of T05. Without opening Simulink's GUI, write scripts/tune_servo.m that uses pidtune/set_param to meet the same four specs for input/servo.slx and saves the gains into the PID block.

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code · 代码与命令
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2 / 5

建议验证方式

Same spec checks as T05 on the saved model; reported as the scripted baseline for the GUI tuning task.

建议部分得分

25% overshoot under 10 pct; 25% settling < 2 s; 25% phase margin > 45°; 25% |u| < 20.

已有研究映射

以下沿用研究目录中的基准与小类映射,不是逐题标注、执行记录或产品背书。

同工作流族的小类