春自动控制统课设题目

自动控制系统课程设计题目

题目1：

已知一光源自动跟踪系统，利用帆板上一对光敏元件检测光能，当帆板偏离光源时，光敏元件产生电压差并通过放大后驱动电机转动，使太阳能帆板对准光源，如图示，其中，电机电枢总电阻Ra=1.75欧，总电感La=2.83mH ，电机转子旋转产生的电动势Uv=Kv*W ，Kv=0.093，w 为转子角速度；电动机产生的电磁力矩为T=Kt*I ，Kt=0.09；电动机及负载的转动惯量J=30e-6；阻力矩为TL=B*w ，其中B=0.005。

要示：

1) 分析系统工作过程，建立数学模型，并画出结构图。

所用公式：dt dw J

T T L e =-

dt dI

L IR U U a

v +=- 其中，输入信号为电压U ，输出信号为角频率w

2) 系统跟踪阶跃响应的时间为0.5秒，超调量为小于5%，设计校正系统

题目2：

下面为单闭环直流调速系统原理图

其中，A 为放大器，GT 为触发装置，UPE 为晶闸管三相桥式整流装置，M 为被控的直流电动机，TG 为测速发电机，Un*为给定电压信号，Un 为反馈信号，Uc 为控制信号，Ud 为电动机电枢电压，Id 为电枢电流，n 为电动机转速。

已知，放大器A 的放大倍数是Ka=21，GT 和UPE 总的传递函数为1

0167.044

)(1+=

s s G ，电

动机的传递函数为1

075.0001275.019

.5)(22++=

s s s G ，反馈环节可看做一个比例环节，比例

系数为Ktg=0.02。

要求：设计调节器，使得系统稳定，并有足够好的动态性能，超调量小于20%，调节时间小于1s 。

题目3：

磁盘驱动器必须保证磁头的精确位置，并减小参数变化和外部振动对磁头定位造成的影响。作用于磁盘驱动器的扰动包括物理振动、磁盘转轴轴承的磨损和摆动，以及元器件老化引起的参数变化等。下图为磁盘驱动器示意图和磁头控制系统框图：

已知被控制对象（电机和驱动臂）的传递函数为)

1000)(20(5000

)(++=

s s s s G ，传感器传递

函数H(s)=1。要求：设计控制器Gc （s ），使系统稳定，并满足调节时间小于0.5s ，超调量小于10%。

题目4：

火星漫游车转向控制：1997年7月4日，以太阳能为动力的“逗留者”号火星漫游车在火星上着陆，全车重10.4KG ，可由地球上发出的路径控制信号实施遥控。车上的两组车轮以不同的速度运行，以便实现整个装置的转向。

上图为火星漫游车转向控制系统框图，G （s ）为动力传动系统与漫游车的传递函数，为

)

5)(2()(1

++=

s s s K s G ，反馈H(s)=1。要求：设计校正装置，选择合适的K1的值，在确保

系统稳定的条件事，使系统对斜坡输入的稳态误差小于或等于输入指令幅度的24%。

题目5：

一种采用电磁力驱动的磁悬浮列车的构造如下：

其运行速度可达480km/h ，载客量为400人。但是磁悬浮列车的正常运行需要在车体与轨道之间保持0.635cm 的气隙。设车体与悬浮线圈的传递函数为2

)

2(4

)(+-=

s s s G ，系统为单位负反馈，试设计校正装置Gc （s ），要求：系统稳定，对单位阶跃输入的稳态跟踪误差为零，系统的动态性能较好。（气隙为被控变量）

题目6：

雕刻机控制系统如图：

y 轴

z 轴

其x 轴方向配有两台驱动电机，用来驱动雕刻针运动，另外还各有一台单独的电机用于在y 轴和z 轴方向驱动雕刻针。雕刻机x 轴方向位置控制系统中，其电机、螺杆、雕刻针支撑杆整体的传递函数为)

2

)(1(1

)(++=

s s s s G ，单位负反馈。设计控制器，要求：系统相

位裕度为40左右，超调量小于25%，调节时间小于15s 。

题目7：

遥控侦察车速度控制：一种用于联合国维和使命的遥控侦察车，由无线电指令传递给侦察车，其传递函数为4

21

)(2++=

s s s G ，反馈为单位负反馈。设计校正装置，使系统的调

节时间小于5s ，超调量小于45%，稳态误差小于15%。

题目8：

转子绕线机控制系统：

绕线机用直流电机来缠绕铜线，能快速准确地绕线，并使线圈连贯。采用自动绕线后，操作人员只需从事插入空的转子、按下启动按钮和取下绕好线的转子等简单操作。已经系统的传递函数为)

10)(5(1

)(++=

s s s s G ，设计控制器，要求：系统对斜坡输入响应的稳态误差小

于10%，超调量在10%左右，调节时间为3s 左右。

题目9：

X 轴

已经汽车点火系统中有一个单位负反馈子系统，其开环传递函数为，设计校正装置，使系统稳定，并满足调节时间小于2s ，超调量小于10%。

题目10：

MANUTEC 机器人具有很大的惯性和较长的手臂：

其机械臂的动力学特性可以表示为：)

45)(40)(2(250

)(+++=

s s s s s G ，系统为单位负反馈，

要求设计控制器，满足系统阶跃响应的超调量小于20%，上升时间小于0.5s ，调节时间小于1.2s （误差带2%），静态速度误差系统大于等于10。

题目11：

双手协调机器人：两台机械手相互协作，试图装一根长杆插入另一个物体中去。已知单个机器人关节的反馈控制系统为单位反馈控制系统，被控对象为机械臂，其传递函数为

)

5.0(4

)(+=

s s s G ，要求设计校正网络（至少两种方法），使系统在单位斜坡输入时的稳态

误差小于0.0125，单位阶跃响应的超调量小于25%，调节时间小于3s 。

题目12：

机器人和视觉系统：移动机器人利用摄像系统来观测环境信息。已知机器人系统为单位反馈系统，被控对象为机械臂，其传递函数为：)

15.0)(1(1

)(++=

s s s G ，试设计PID 调节

器使系统阶跃响应的稳态误差为零，超调量不大于5%，调节时间小于6s （误差带2%）。

题目13：

大型天线可以用来接收卫星信号，为了能跟踪卫星的运动，必须保证天线的准确定向。天线指向控制系统采用电枢控制的电机驱动天线，电机和天线的传递函数为

)

10)(5(10

)(++=

s s s s G ，设计合适的校正网络，要求系统斜坡响应的稳态误差小于1%，阶