2023年春自动控制系统课设题目

1：

G(s) 44一光源自动跟踪系统，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

，放大器AKa=21，GTUPE总的传递函数为1

0.0167s1，电动机的传递函数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Uv=Kv*W，Kv=0.093，w为转子角速度；电动机产生的电磁力矩为J=30e-6TL=B*wB=0.005。

G(s) 5.19为2 0.001275s20.075s1。要求：设计调整器，使得系统稳定，并有足够好的动态性能，超调量小于20%1s。3：磁盘驱动器必需保证磁头的准确位置，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摇摆，以及元器件老化引起的参数变化等。以以下图为磁盘驱动器示意图和磁头把握系统框图：要示：分析系统工作过程，建立数学模型，并画出构造图。TTe L所用公式：

dwvJdtUUv

dIIRLadt其中，输入信号为电压U，输出信号为角频率w0.55%，设计校正系统2：下面为单闭环直流调速系统原理图G(s) 5000被把握对象〔电机和驱动臂〕的传递函数为 s(s20)(s1000)，传感器传递函数H(s)=1。要Gc〔s〕，使系统稳定，并满足调整时间小于0.5s10%。4：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为反响信号，Uc为把握信号，Ud为电动机电枢电压，Id为电枢电流，n为电动机转速。

火星漫游车转向把握：199774日，以太阳能为动力的“逗留者”号火星漫游车在火星上着陆，10.4KG，可由地球上发出的路径把握信号实施遥控。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把握系统框图，G〔s〕为动力传动系统与漫游车的传递函数，为K

向驱动雕刻针。雕刻机x轴方向位置把握系统中，其电机、螺杆、雕刻针支撑杆整体的传递函数为G(s) 1s(s1)(s2，单位负反响。设计把握器，要求：系统相位裕度为4025%，调15s。7：遥控侦察车速度把握：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G(s)

11s(s2)(s5)H(s)=1。要求：设计校正装置，选择适宜的K1的值，在确保系统稳定的条件

G(s) 1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%。5：一种承受电磁力驱动的磁悬浮列车的构造如下：480km/h400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G(s) s40.635cm的气隙。设车体与悬浮线圈的传递函数为 (s2)2，系统为单位负反响，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〕6：y轴雕刻机把握系统如图：z轴

数为 s22s4，反响为单位负反响。设计校正装置，使系统的调整时间小于5s，超调量小于45%，稳态误差小于15%。8：转子绕线机把握系统：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。承受自动绕线后，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洁操作。已经系统的传递函数为G(s) 1s(s5)(s10)，设计把握器，要求：系统对斜坡输入响应的稳态误差小于10%10%左3s左右。9：已经汽车点火系统中有一个单位负反响子系统，其开环传递函数为，设计校正装置，使系统稳定，并满足2s10%。10：MANUTEC机器人具有很大的惯性和较长的手臂：X轴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ts≤15：G设一系统的开环传递函数为：

(s) kc0 s(s1)(0.5s1)，试设计串联校正网络Gc

要求校正后，系统稳要求：①确定承受何种校正装置。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。G(s) 250c其机械臂的动力学特性可以表示为： s(s2)(s40)(s45)，系统为单位负反响，要求设计把握c

②将校正前性能指标与期望指标进展比较，确定串联校正网络G(s)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。器，满足系统阶跃响应的超调量小于20%0.5s1.2s〔2%〕，静态速10。

r(t)

时，仿真出校正前、后系统的单位阶跃响应曲线

h(t)

。分析校正前后的单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。单个机器人关节的G(s) 4

位阶跃响应曲线，得出结果分析结论。16：设单位反响系统的开环传递函数为：反响把握系统为单位反响把握系统，被控对象为机械臂，其传递函数为 s(s0.5)，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%，3s。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。机器人系统为单位反响系统，被控G(s) 1

KG(s)0 s(0.1s1)(0.01s1)试设计一校正装置，使系统期望特性满足如下指标：相角裕度≥。要求：①确定承受何种校正装置。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。对象为机械臂，其传递函数为： (s1)(0.5s1)，试设计PID调整器使系统阶跃响应的稳态误差为

G(s)②将校正前性能指标与期望指标进展比较，确定串联校正网络c 的传递函数，仿真出校正网络的开5%6s〔2%〕。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，必需保证天线的准确定向。天线指向把握系G(s) 10统承受电枢把握的电机驱动天线，电机和天线的传递函数为 s(s5)(s10)，设计适宜的校正网络，

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。r(t) h(t)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。17：隧道钻机把握系统：钻机在推动的过程中，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要求系统斜坡响应的稳态误差小于1%5%2s。14：

G统，以保持钻机的直线方向。钻机的传递函数为

(s)

1s(s1)

,用两种设计方法，设计校正装置，要:G(s) K

求系统稳定，且满足阶跃响应的超调量小于5%1s0.5s。18：s(T1

s1)(T2

s1)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≥100X-Y记录仪把握系统框图如以以下图：(0.11)(0.06)G((0.11)(0.06)s s s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4012dB。21：U3所示，把握系统的输入变量为输入电压a

(t)

，系统输出是电机负载条件下的转动角速度(t)。现设计补偿器的目的是通过对系统输入确定的电压，使电机带动负载以期望的角速度转动，并要求系统具有确定的稳定裕度。0设计校正装置G〔s〕，401010%，调整时00.8s。19：电动车把握系统：某电动车把握系统如图：

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G(s) 1.5s214s40.02系统为单位负反响，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Lg>20dB，相角裕度40o。22：G(s) 40假设系统的数学模型及把握环节的传递函数为 s(s3)(s6)，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%4s。20：

燃油调整把握系统如图：燃油调整把握系统前向通道总的传递函数为：G(s)p

2s(10.25s)(10.1s)

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28：

350

20lgKg

6dB。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1045°。23：随动系统固有局部传递函数为：K

:R(s) C(s)G1(s) G2(s) G3(s) G4(s)Wobj

(s)

s(Tm

objl

Kobj

15 T；m

0.2s T；l

0.2s

。要求设计调整器〔至少用两种校正方法〕，使系统满足下述性

位置随动系统

ts

0.3s。

G(s)

1.255

G(s) 4024：

其中，自整角机、相敏放大1

0.007s1，可控硅功率放大2 0.00167s1，执行电机G(S) K0

G(s)

23.98

G(s)

0.1单位负反响系统的开环传递函数 S(0.05S1)(0.1S1)，试用频率法设计串联滞后——超

3 0.0063s20.9s1，减速器4 s 。Kv25：

50s1

K

400

20

，剪切频率c

(100.5)rads。

对系统进展超前-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：Gm>18Pm>35º系统对阶跃响应的超调量小于36%Ts<0.3秒。Es<0.002。29：G(S)

0SSS( 1)(

S1)

晶闸管-直流电机调速系统如以下图：单位负反响系统的开环传递函数 2 6 ，试用频率法设计〔至少用两种方法〕，使系统的相位裕度为400不低于1rads26：

20，增益裕度不低于10dB，静态速度误差系数K 7s1，剪切频率v1261060vG(S)单位负反响系统的开环传递函数 S(S10)(S60)试用频率法设计串联超前——滞后校20rads

1rads

时，稳态误差不大于1126rad

相位裕度

300

，截止频率为

对系统进展串联校正，要求校正后的系统在稳定的前提下，满足指标：Pm>40ºGm>13。在阶跃信号作用下，系统超调量Mp<25%Ts<。。〔3〕放大器的增益不变。27：

K(0.5S1)

30：水温把握系统设计：某单位水温把握系统为单位负反响系统，其被控对象的传递函数为KG(S) 0 G(s)单位负反响系统的开环传递函数 S(S1)(0.2S1)(0.1S1)，试用频率法分别设计串联 0 s(0.1s1)用串联校正的方式对系统进展设计〔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=20s50度。31：

一种型电动轮椅装有一种格外有用的速度把握系统，能使颈部以下有残障的人士自行驾驶这种电动轮90度间隔安装了四个速度传感器，用来指示前后左右四个方向。头盔传感系统的综K位置随动系统的分析与设计：系统构造图如下：

G1合输出与头部运动的幅度成正比。头盔上的传感器传递函数为K

(s)Ts1

110

，放大器传递函数为G(s)K2 2

G3，轮椅动力学模型

(s)

33

s1)，反响为单位负反响。其中三个时间常时T1、T2、、1s、0.25s。要求：〔1〕K的取值范围。〔2〕设计校正装置，使系统阶2s10%。对应的系统框图为：Ka=15kt=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0.315%5s。32：哈勃太空望远镜指向系统：哈勃太空望远镜于1990年放射升空，标志着将空间技术进展推向了一个2.4m镜头拥有全部镜头中最光滑的外表，其指向系统能在644km以外将视野聚拢在一枚G(s)1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响系统，