(整理)春自動(dòng)控制系統(tǒng)課設(shè)題目

精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔自動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)題目題目1:已知一光源自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，利用帆板上一對(duì)光敏元件檢測(cè)光能，當(dāng)帆板偏離光源時(shí)，光敏元件產(chǎn)生電壓差并通過(guò)放人后驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使太陽(yáng)能帆板對(duì)準(zhǔn)光源，如圖示，其中，電機(jī)電樞總電阻Ra=1.75歐，總電感La=2.83mH,電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)Uv=Kv*W,Kv=0.093,w為轉(zhuǎn)子角速度；電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁力矩為T=Kt*l,Kt=0.09：電動(dòng)機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=30e-6；阻力矩為TL=B*w,其中B=0.005o電池帆板電池帆板要示：1）分析系統(tǒng)工作過(guò)程，建立數(shù)學(xué)模型，并畫出結(jié)構(gòu)圖。所用公式:U-UV所用公式:U-UV=IR+La^其中，輸入信號(hào)為電壓U,輸出信號(hào)為角頻率w2）系統(tǒng)跟蹤階躍響應(yīng)的時(shí)間為0.5秒，超調(diào)量為小于5%,設(shè)計(jì)校正系統(tǒng)卜?面為單閉壞直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖M2-1采川轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的單?閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)其中，A為放人器，GT為觸發(fā)裝置，UPE為晶閘管三相橋式整流裝置，M為被控的直流電動(dòng)機(jī),TG為測(cè)速發(fā)電機(jī)，Un*為給定電壓信號(hào),Un為反饋信號(hào)，Uc為控制信號(hào),Ud為電動(dòng)機(jī)電樞電壓，Id為電樞電流，n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。44已知，放人器A的放人倍數(shù)是Ka=21.GT和UPE總的傳遞函數(shù)為G^s)=,電0.01675+1519動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)為G,$)=二,反饋環(huán)節(jié)可看做一個(gè)比例壞節(jié)，比例0.001275廠+0?075s+l系數(shù)為Ktg=0.02o要求：設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器，使得系統(tǒng)穩(wěn)定，并有足夠好的動(dòng)態(tài)性能，超調(diào)量小于20%,調(diào)節(jié)時(shí)間小于lSo目3：磁盤驅(qū)動(dòng)器必須保證磁頭的精確位置，并減小參數(shù)變化和外部振動(dòng)對(duì)磁頭定位造成的影響。作用于磁盤驅(qū)動(dòng)器的擾動(dòng)包括物理振動(dòng)、磁盤轉(zhuǎn)軸軸承的磨損和擺動(dòng)，以及元器件老化引起的參數(shù)變化等。下圖為磁盤驅(qū)動(dòng)器示意圖和磁頭控制系統(tǒng)框圖：已知被控制對(duì)彖(電機(jī)和驅(qū)動(dòng)臂)的傳遞函數(shù)為G($)=5000$(s+20)($+1000)已知被控制對(duì)彖(電機(jī)和驅(qū)動(dòng)臂)的傳遞函數(shù)為G($)=5000$(s+20)($+1000)傳感器傳遞函數(shù)H(s)=lo要求：設(shè)計(jì)控制器Gc(s),使系統(tǒng)穩(wěn)定，并滿足調(diào)節(jié)時(shí)間小于0.5s,超調(diào)量小于10%O目4目4：火星漫游車轉(zhuǎn)向控制：1997年7月4口，以太陽(yáng)能為動(dòng)力的“逗留者”號(hào)火星漫游車在火星上著陸，全車重10.4KG,可由地球上發(fā)出的路徑控制信號(hào)實(shí)施遙控。車上的兩組車輪以不同的速度運(yùn)行，以便實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的轉(zhuǎn)向。上圖為火星漫游車轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)框圖，G(s)為動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)與漫游車的傳遞函數(shù)，為G(S)=￡,反饋H(s)=lo要求：設(shè)計(jì)校正裝置，選擇合適的K1的值，在確保5(5+2)(5+5)系統(tǒng)穩(wěn)定的條件事，使系統(tǒng)對(duì)斜坡輸入的穩(wěn)態(tài)誤差小于或等于輸入指令幅度的24%o目5目5：一種采用電磁力驅(qū)動(dòng)的磁懸浮列車的構(gòu)造如下:10畝起落架曰引10畝起落架曰引其運(yùn)行速度可達(dá)480km/h,載客量為400人。但是磁懸浮列車的正常運(yùn)行需要在車體與軌道5—4之間保持0.635cm的氣隙。設(shè)車體與懸浮線圈的傳遞函數(shù)為G(S)=($+2f，系統(tǒng)為單位負(fù)反饋，試設(shè)計(jì)校正裝置Gc(s),要求：系統(tǒng)穩(wěn)定，對(duì)單位階躍輸入的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差為零,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能較好。(氣隙為被控變量)目6目6：雕刻機(jī)控制系統(tǒng)如圖:其X軸方向配有兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)雕刻針運(yùn)動(dòng)，另外還各有一臺(tái)單獨(dú)的電機(jī)用于在y軸和z軸方向驅(qū)動(dòng)雕刻針。雕刻機(jī)x軸方向位置控制系統(tǒng)中，其電機(jī)、螺桿、雕刻針支撐桿整體的傳遞函數(shù)為G($)=i,單位負(fù)反饋。設(shè)計(jì)控制器，要求：系統(tǒng)相S(S+1)(5+2)位裕度為40左右，超調(diào)量小于25%,調(diào)節(jié)時(shí)間小于15s。目7目7：遙控偵察車速度控制：一種用于聯(lián)合國(guó)維和使命的遙控偵察車，由無(wú)線電指令傳遞給偵察車，其傳遞函數(shù)為G(s)=——，反饋為單位負(fù)反饋。設(shè)計(jì)校正裝置，使系統(tǒng)的調(diào)5"+25+4節(jié)時(shí)間小于5s,超調(diào)量小于45%,穩(wěn)態(tài)誤差小于15%o目8：轉(zhuǎn)子繞線機(jī)控制系統(tǒng):電機(jī)線盤張力架電機(jī)線盤張力架繞線機(jī)用直流電機(jī)來(lái)纏繞銅線，能快速準(zhǔn)確地繞線，并使線圈連貫。采用自動(dòng)繞線后，操作人員只需從爭(zhēng)插入空的轉(zhuǎn)子、按下啟動(dòng)按鈕和取下繞好線的轉(zhuǎn)子等簡(jiǎn)單操作。已經(jīng)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G($)=J一，設(shè)計(jì)控制器，要求：系統(tǒng)對(duì)斜坡輸入響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差小$(s+5)($+10)于10%,超調(diào)量在10%左右，調(diào)節(jié)時(shí)間為3s左右。目9：

已經(jīng)汽車點(diǎn)火系統(tǒng)中有一個(gè)單位負(fù)反饋?zhàn)酉到y(tǒng)，其開壞傳遞函數(shù)為，設(shè)計(jì)校正裝置，使系統(tǒng)穩(wěn)定，并滿足調(diào)節(jié)時(shí)間小于2s,超調(diào)量小于10%o題目10：MANUTEC機(jī)器人具有很人的慣性和較長(zhǎng)的手臂：其機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)特性可以表示為：G(S)=—,系統(tǒng)為單位負(fù)反饋,5(5+2X5+40)(5+45)要求設(shè)計(jì)控制器，滿足系統(tǒng)階躍響應(yīng)的超調(diào)量小于20%,上升時(shí)間小于0.5s,調(diào)節(jié)時(shí)間小于1.2s(誤差帶2%),靜態(tài)速度誤差系統(tǒng)大于等于10。題目11：雙手協(xié)調(diào)機(jī)器人：兩臺(tái)機(jī)械手相互協(xié)作，試圖裝一根長(zhǎng)桿插入另一個(gè)物體中去。已知單個(gè)機(jī)器人關(guān)節(jié)的反饋控制系統(tǒng)為單位反饋控制系統(tǒng)，被控對(duì)彖為機(jī)械臂，其傳遞函數(shù)為4G(s)=,要求設(shè)計(jì)校正網(wǎng)絡(luò)(至少兩種方法)，使系統(tǒng)在單位斜坡輸入時(shí)的穩(wěn)態(tài)$(s+0?5)誤差小于0.0125,單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量小于25%,調(diào)節(jié)時(shí)間小于3s。題目12：機(jī)器人和視覺系統(tǒng)：移動(dòng)機(jī)器人利用攝像系統(tǒng)來(lái)觀測(cè)環(huán)境信息。已知機(jī)器人系統(tǒng)為單位反饋系統(tǒng)，被控對(duì)彖為機(jī)械臂，其傳遞函數(shù)為：G(s)=，試設(shè)計(jì)PID調(diào)節(jié)(5+1)(0.55+1)器使系統(tǒng)階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差為零，超調(diào)量不人于5%,調(diào)節(jié)時(shí)間小于6s(誤差帶2%)。目13目13：人型天線可以用來(lái)接收衛(wèi)星信號(hào)，為了能跟蹤衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，必須保證天線的準(zhǔn)確定向。天線指向控制系統(tǒng)采用電樞控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)天線，電機(jī)和天線的傳遞函數(shù)為G(s)=，設(shè)計(jì)合適的校正網(wǎng)絡(luò)，要求系統(tǒng)斜坡響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)誤差小于1%,階$(s+5)(s+10)躍響應(yīng)的超調(diào)量小于5%,調(diào)節(jié)時(shí)間小于2s。題目14：模擬隨動(dòng)控制系統(tǒng)的串聯(lián)校正設(shè)計(jì)。已知某隨動(dòng)系統(tǒng)固有特性開環(huán)傳遞函數(shù)為:s(Tks+1)(7^5+1)其中：Tl=O.ls,T2=0.025s。設(shè)計(jì)遲后-超前校正裝置。使校正后的系統(tǒng)具有如下性能指標(biāo):開環(huán)增益KM100超調(diào)量opW30%調(diào)整時(shí)間tsW0?5秒題目15：設(shè)一系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：G°(s)=——一.試設(shè)計(jì)串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)q(s)要求s(s+l)(0.5s+1)校正后，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)速度誤差系數(shù)Kv=5秒-1,/>40°o要求：①確定采用何種校正裝置。仿真校正前系統(tǒng)的開壞對(duì)數(shù)頻率特性圖以及系統(tǒng)的根軌跡圖。②將校正前性能指標(biāo)與期望指標(biāo)進(jìn)行比較，確定串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)G,(s)的傳遞函數(shù),仿真出校正網(wǎng)絡(luò)的開壞頻率特性曲線圖。仿真校正后整個(gè)系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性圖以及系統(tǒng)的根軌跡圖。③當(dāng)輸入r(t)=1(t)時(shí)，仿真出校正前、后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線h(t)o分析校正前后的單位階躍響應(yīng)曲線，得出結(jié)果分析結(jié)論。題目16：設(shè)單位反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：G°(s)=5(0.15+1)(0.015+1)試設(shè)計(jì)一校正裝置，使系統(tǒng)期望特性滿足如下指標(biāo)：靜態(tài)速度誤差系數(shù)Kv>250/s：截止頻率tyc^30rad/s；相角裕度/>45%要求：①確定采用何種校正裝置。仿真校正前系統(tǒng)的開壞對(duì)數(shù)頻率特性圖以及系統(tǒng)的根軌跡圖。②將校正前性能指標(biāo)與期塑指標(biāo)進(jìn)行比較，確定串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)q(s)的傳遞函數(shù),

仿真出校正網(wǎng)絡(luò)的開環(huán)頻率特性曲線圖。仿真校正后整個(gè)系統(tǒng)的開環(huán)對(duì)數(shù)頻率特性圖以及系統(tǒng)的根軌跡圖。③當(dāng)輸入r(r)=l(t)時(shí)，仿真出校正前、后系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線h(t)o分析校正前后的單位階躍響應(yīng)曲線，得出結(jié)果分析結(jié)論。目17目17：隧道鉆機(jī)控制系統(tǒng)：鉆機(jī)在推進(jìn)的過(guò)程中，為了保證必要的隧道對(duì)接精度，施工中使用了一個(gè)激光導(dǎo)引系統(tǒng)，以保持鉆機(jī)的直線方向。已知鉆機(jī)的傳遞函數(shù)為G(5)=，用兩5(5+1)種設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)校正裝置，要求系統(tǒng)穩(wěn)定，且滿足階躍響應(yīng)的超調(diào)量小于5%,調(diào)節(jié)時(shí)間小于Is,上升時(shí)間小于0.5so目18目18：0.1675(1+0.125)(10.1675(1+0.125)(1+0.04^)器傳遞函數(shù)為Gb(s)=100(1+0.55)(1+0.125)(1+5$)，角速度傳遞函數(shù)$6)=23,相敏解調(diào)圖1描述了某坦克武器伺服系統(tǒng)原理。已知系統(tǒng)的參數(shù)如F：,伺服電機(jī)及測(cè)速機(jī)傳遞函數(shù)近似為G°($)=9,速度調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)GZ=1.42伺服電機(jī)到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)儀炮臺(tái)傳遞函數(shù)近似為G/.y)=-s設(shè)計(jì)校正裝置Go(s),要求：相位裕度人于40度，剪切頻率小于10,階躍響應(yīng)超調(diào)量小于10%,調(diào)節(jié)時(shí)間小于0.8so題目19：精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔電動(dòng)車控制系統(tǒng)：某電動(dòng)車控制系統(tǒng)如圖:<?—CZF>廠功覃放電用控制的貞流電覘廠亠7\車輛理度0,ft><?—CZF>廠功覃放電用控制的貞流電覘廠亠7\車輛理度0,ft>ttUit40若系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及控制環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為G（滬喬莎質(zhì)，設(shè)計(jì)校正裝置，要求至少使用兩種校正方式，使系統(tǒng)在階躍響應(yīng)的超調(diào)量小于5%,調(diào)節(jié)時(shí)間小于4s。題目20：X-Y記錄儀控制系統(tǒng)框圖如卜圖:己經(jīng)系統(tǒng)的前向通道傳遞函數(shù)為G（滬己經(jīng)系統(tǒng)的前向通道傳遞函數(shù)為G（滬畑山）（。?。6宀，設(shè)計(jì)校正環(huán)節(jié)，要求校正后系統(tǒng)的相位裕度為40度，幅值裕度人于12在dB。目21目21：典型電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，控制系統(tǒng)的輸入變量為輸入電壓系統(tǒng)輸出是電機(jī)負(fù)載條件卞的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度秋°?，F(xiàn)設(shè)計(jì)補(bǔ)償器的目的是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)輸入一定的電壓，使電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載以期望的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，并要求系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕度。盹)盹)直流電機(jī)動(dòng)態(tài)模型本質(zhì)上可以視為典型二階系統(tǒng)，設(shè)直流電機(jī)的傳遞函數(shù)為G($)二G($)二1.552+14$+40.02系統(tǒng)為單位負(fù)反饋，設(shè)計(jì)校正裝置，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)為：穩(wěn)態(tài)誤差ess<5%,最人超調(diào)量<10%,幅值裕度Lg>20dB,相角裕度/>40\燃油調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)如圖:i/LWi/WJ已知燃油調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)前向通道總的傳遞函數(shù)為:i/LWi/WJ已知燃油調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)前向通道總的傳遞函數(shù)為:G(s)=s(l+0.25s)(l+0?ls)設(shè)計(jì)校正環(huán)節(jié)(至少用兩種校正方法)。要求靜態(tài)速度誤差系數(shù)為10,相位裕度為45°,調(diào)節(jié)時(shí)間小于0.8so已知隨動(dòng)系統(tǒng)固有部分傳遞函數(shù)為：w.(5)="s(7>+1)(7>+1)式中：=15.Tm=0.25；7；=0.2'。要求設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器(至少用兩種校正方法)，使系統(tǒng)滿足下述性能指標(biāo)：系統(tǒng)階躍響應(yīng)的超調(diào)量：b<30%；調(diào)節(jié)時(shí)間：O'%。精品文檔

已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(S)=「試用頻率法設(shè)計(jì)S(O?O5S+1)(O?1S+1)串聯(lián)滯后一一超前校正裝置使系統(tǒng)的速度誤差系數(shù)Kv>505-1,相位裕度為/=40°±2°,剪切頻率0=(10±0.5)rad/s。己知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(S)=、，試用頻率法設(shè)計(jì)(至s(js+i)Gs+i)少用兩種方法)，使系統(tǒng)的相位裕度為了=40°±2°，增益裕度不低于10dB,靜態(tài)速度誤差系數(shù)K、.=7s_1,剪切頻率不低于lmd/s題目26：已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)6(5)=126x10x60試用頻率法設(shè)計(jì)串S(S+10)(S+60)聯(lián)超前一一滯后校正裝置，使(1)輸入速度為1rad/s時(shí)，穩(wěn)態(tài)誤差不人于l/126md。⑵相位裕度y>30°,截止頻率為20壯叫s°(3)放人器的增益不變。題目27：已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開壞傳遞函數(shù)G(S)=試用頻率已知單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開壞傳遞函數(shù)G(S)=試用頻率S(S+l)(0.2S+l)(0.1S+l)法分別設(shè)計(jì)串聯(lián)滯后和超前兩種校正裝置，要求校正后系統(tǒng)的開壞增益K=&相位裕度/>35°,增益裕度201gKg>6dB?題028：一個(gè)位置隨動(dòng)系統(tǒng)如圖所示:精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔精品文檔位置隨動(dòng)系統(tǒng)位置隨動(dòng)系統(tǒng)195x540其中，自整角機(jī)、相敏放人G^s)=可控硅功率放人G,s)=—————10.0075+1-0.00167$+1執(zhí)行電機(jī)G3(5)=23.98,減速器gG)=2d。0.00635-+0.95+1s對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行超前-滯后串聯(lián)校正。要求校正后的系統(tǒng)在穩(wěn)定的前提卜?，滿足指標(biāo)：幅值穩(wěn)定裕度Gm>18,相角穩(wěn)定裕度Pm>355系統(tǒng)對(duì)階躍響應(yīng)的超調(diào)量小于36%,調(diào)節(jié)時(shí)間Ts<0.3秒。系統(tǒng)的跟蹤誤差Es<0.002o目29目29：晶閘管■直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)如圖所示:對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)校正，要求校正后的系統(tǒng)在穩(wěn)定的前提下，滿足指標(biāo):相角穩(wěn)定裕度Pm>405,幅值穩(wěn)定裕度Gm>13o在階躍信號(hào)作用卞，系統(tǒng)超調(diào)量Mp<25%,調(diào)節(jié)時(shí)間Ts<0?15秒。目30目30：水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：某單位水溫控制系統(tǒng)為單位負(fù)反饋系統(tǒng)，其被控對(duì)彖的傳遞函數(shù)為G°(s)=G°(s)=s(0?ls+l)用串聯(lián)校正的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)(用超前、滯后和滯后■超前三種方法中的任意兩種)，使校正后的系統(tǒng)滿足斜坡信號(hào)作用下Kv=20s,相位裕度人于50度。題目31：位置隨動(dòng)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如2減速器,對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)框圖為:其中,電橋增益K=6,放大器增益Ka=15,測(cè)速發(fā)電機(jī)增益kt=2,i=0.02,tm=0.02s,km=40o試設(shè)計(jì)校正環(huán)節(jié)，要求：在穩(wěn)定的前提下滿足穩(wěn)態(tài)誤差小于0.3,超調(diào)量小于15%,調(diào)節(jié)時(shí)間小于5so題目32：哈勃太空望遠(yuǎn)鏡指向系統(tǒng)：哈勃太空望遠(yuǎn)鏡于1990年發(fā)射升空，標(biāo)志著將空間技術(shù)發(fā)展推向了一個(gè)新的高