最新春自动控制系统课设题目汇总.docx

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最新春自动控制系统课设题目汇总

2012春自动控制系统课设题目

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：

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

，电动机的传递函数为

，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

，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

，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

，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）

y轴

z轴

题目6：

雕刻机控制系统如图：

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

，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

，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

，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：

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：

，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

，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：

，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

，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%，阶跃响应的超调量小于5%，调节时间小于2s。

题目14：

模拟随动控制系统的串联校正设计。

已知某随动系统固有特性开环传递函数为:

其中：

T1=0.1s，T2=0.025s。

设计迟后-超前校正装置。

使校正后的系统具有如下性能指标：

1）开环增益K≥100

2）超调量σp≤30%

3）调整时间ts≤0.5秒

题目15：

设一系统的开环传递函数为：

，试设计串联校正网络

要求校正后，系统稳态速度误差系数

=5秒-1，

≥400。

要求：

①确定采用何种校正装置。

仿真校正前系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图。

②将校正前性能指标与期望指标进行比较，确定串联校正网络

的传递函数，仿真出校正网络的开环频率特性曲线图。

仿真校正后整个系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图。

③当输入

＝1（t）时，仿真出校正前、后系统的单位阶跃响应曲线

。

分析校正前后的单位阶跃响应曲线，得出结果分析结论。

题目16：

设单位反馈系统的开环传递函数为：

试设计一校正装置，使系统期望特性满足如下指标：

（1）静态速度误差系数

≥250/s；

（2）截止频率

≥30rad/s；

（3）相角裕度

≥

。

要求：

①确定采用何种校正装置。

仿真校正前系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图。

②将校正前性能指标与期望指标进行比较，确定串联校正网络

的传递函数，仿真出校正网络的开环频率特性曲线图。

仿真校正后整个系统的开环对数频率特性图以及系统的根轨迹图。

③当输入

＝1（t）时，仿真出校正前、后系统的单位阶跃响应曲线

。

分析校正前后的单位阶跃响应曲线，得出结果分析结论。

题目17：

隧道钻机控制系统：

钻机在推进的过程中，为了保证必要的隧道对接精度，施工中使用了一个激光导引系统，以保持钻机的直线方向。

已知钻机的传递函数为

用两种设计方法，设计校正装置，要求系统稳定，且满足阶跃响应的超调量小于5%，调节时间小于1s，上升时间小于0.5s。

题目18：

设计校正装置G0（s），要求：

相位裕度大于40度，剪切频率小于10，阶跃响应超调量小于10%，调节时间小于0.8s。

题目19：

电动车控制系统：

某电动车控制系统如图：

若系统的数学模型及控制环节的传递函数为

，设计校正装置，要求至少使用两种校正方式，使系统在阶跃响应的超调量小于5%，调节时间小于4s。

题目20：

X-Y记录仪控制系统框图如下图：

已经系统的前向通道传递函数为

，设计校正环节，要求校正后系统的相位裕度为40度，幅值裕度大于12在dB。

题目21：

典型电机结构示意图如图3所示，控制系统的输入变量为输入电压

，系统输出是电机负载条件下的转动角速度

。

现设计补偿器的目的是通过对系统输入一定的电压，使电机带动负载以期望的角速度转动，并要求系统具有一定的稳定裕度。

直流电机动态模型本质上可以视为典型二阶系统，设直流电机的传递函数为

系统为单位负反馈，设计校正装置，使系统的设计指标为：

稳态误差ess<5%，最大超调量<10%，幅值裕度Lg>20dB，相角裕度

。

题目22：

燃油调节控制系统如图：

已知燃油调节控制系统前向通道总的传递函数为：

设计校正环节（至少用两种校正方法）。

要求静态速度误差系数为10，相位裕度为45°，调节时间小于0.8s。

题目23：

已知随动系统固有部分传递函数为：

式中：

；

；

。

要求设计调节器（至少用两种校正方法），使系统满足下述性能指标：

系统阶跃响应的超调量：

；调节时间：

。

题目24：

已知单位负反馈系统的开环传递函数

，试用频率法设计串联滞后——超前校正装置使系统的速度误差系数

，相位裕度为

，剪切频率

。

题目25：

已知单位负反馈系统的开环传递函数

，试用频率法设计（至少用两种方法），使系统的相位裕度为

，增益裕度不低于10dB，静态速度误差系数

，剪切频率不低于

题目26：

已知单位负反馈系统的开环传递函数

试用频率法设计串联超前——滞后校正装置，使

（1）输入速度为

时，稳态误差不大于

。

（2）相位裕度

，截止频率为

。

（3）放大器的增益不变。

题目27：

已知单位负反馈系统的开环传递函数

，试用频率法分别设计串联滞后和超前两种校正装置，要求校正后系统的开环增益K=8，相位裕度

，增益裕度

。

题目28：

一个位置随动系统如图所示:

其中，自整角机、相敏放大

，可控硅功率放大

，执行电机

，减速器

。

对系统进行超前-滞后串联校正。

要求校正后的系统在稳定的前提下，满足指标：

（1）幅值稳定裕度Gm>18，相角稳定裕度Pm>35º

（2）系统对阶跃响应的超调量小于36%，调节时间Ts<0.3秒。

（3）系统的跟踪误差Es<0.002。

题目29：

晶闸管-直流电机调速系统如图所示：

对系统进行串联校正，要求校正后的系统在稳定的前提下，满足指标：

（1）相角稳定裕度Pm>40º,幅值稳定裕度Gm>13。

（2）在阶跃信号作用下，系统超调量Mp<25%，调节时间Ts<0.15秒。

题目30：

水温控制系统设计：

某单位水温控制系统为单位负反馈系统，其被控对象的传递函数为

用串联校正的方式对系统进行设计（用超前、滞后和滞后-超前三种方法中的任意两种），使校正后的系统满足斜坡信号作用下Kv=20s，相位裕度大于50度。

题目31：

位置随动系统的分析与设计：

系统结构图如下：

对应的系统框图为：

其中，电桥增益K=6，放大器增益Ka=15，测速发电机增益kt=2，i=0.02，tm=0.02s，km=40。

试设计校正环节，要求：

在稳定的前提下满足稳态误差小于0.3，超调量小于15%，调节时间小于5s。

题目32：

哈勃太空望远镜指向系统：

哈勃太空望远镜于1990年发射升空，标志着将空间技术发展推向了一个新的高度。

望远镜的2.4m镜头拥有所有镜头中最光滑的表面，其指向系统能在644km以外将视野聚集在一枚硬币上。

哈勃太空望远镜指向系统模型经简化为一个典型反馈系统，其望远镜动力学传递函数为

，反馈为H（s）=K1s。

选择合适的K1值，并设计校正装置，使系统满足稳定的前提下，在阶跃指令作用下，超调量小于5%，在单位斜坡输入作用下，稳态误差小于0.05。

题目33：

在喷气式战斗机的自动驾驶仪中，配置有横滚角控