自动控制课程设计题目

题目一 转子绕线机控制系统

设转子绕线机控制系统对应的结构图如图所示，绕线机用直流电机来缠绕铜线，能快速准确地绕线，并使线圈连贯坚固。采用自动绕线机后，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。

设计控制器

Gc(s)满足如下条件：

系统对斜坡输入响应的稳态误差小于10%，静态速度误差系数Kv=10； 系统对阶跃输入的超调量在10%左右； 按△=2%要求的系统调节时间为3s左右。

1. 2. 3.

要求：

1.分析设计要求，说明控制器的设计思路； 2.详细设计；

3.用MATLAB编程输出仿真结果及图形。

题目二 海底隧道钻机控制系统

连接法国和英国的英吉利海峡海底隧道于1987年12月开工建设，1990年11月，从两个国家分头开钻的隧道首次对接成功。隧道长37.82km，位于海底面以下61m. 隧道于1992年完工，共耗资14亿美元，每天能通过50辆列车，从伦敦到巴黎的火车行车时间缩短为3h.

钻机在推进过程中，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。钻机控制系统如图所示。图中C（s）为钻机向前的实际角度，R（s）为预期角度，N(s)为负载对机器的影响。

该系统设计目的是选择增益K，使系统对输入角度的响 应满足工程要求，并且使扰动引起的稳态误差较小。 要求：

1.分析设计要求，说明控制器的设计思路； 2.详细设计；

3.用MATLAB编程输出仿真结果及图形。

题目三 哈勃太空望远镜指向控制

哈勃太空望远镜于1990年4月14日发射至离地球611km的太空轨道，它的发射与应用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。望远镜的偏差在1993年12月的一次太空任务中得到了大范围的校正。哈勃太空望远镜指向系统模型经简化后的结构图如图所示

设计目标是选择放大器增益Ka和具有增益调节的测速反馈系数K1，使指向系统满足如下性能：

1. 2. 3.

要求：

1.分析设计要求，说明控制器的设计思路； 2.详细设计；

3.用MATLAB编程输出仿真结果及图形。

在阶跃指令r(t)作用下，系统输出的超调量小于或等于10%. 在斜坡输入作用下，稳态误差较小。 减小单位阶跃扰动的影响。

题目四 单位负反馈系统校正

设单位负反馈系统的开环传递函数为

G(s)?K

s(s?1)用相应的频率域校正方法对系统进行校正设计，使系统满足如下动态和静态性能： (1) 相角裕度

??450；

ess?0.1；

(2) 在单位斜坡输入下的稳态误差为(3) 系统的剪切频率小于7.5rad/s。 要求： （1） （2）

分析设计要求，说明校正的设计思路； 详细设计；

（3） （4）

用MATLAB编程代码及运行结果（包括图形、运算结果）； 校正前后系统的单位阶跃响应图。

题目五 校正器的设计

已知单位负反馈系统的开环传递函数

k0，试用频率法设计串联校正装置，要求校G(s)?s(0.1s?1)(0.2s?1)正后系统的静态速度误差系数Kv=25，系统的相角裕度大于等于45度，校正后的剪切频率

Wc?2.5rad/s。

要求：

1.明确设计任务，建立系统模型，求出系统传递函数。

2.确定系统传递函数各个参数的大致范围，并根据查阅的资料确定参数，写出开环传递函数，并用MATLAB对系统进行仿真。

3.简化模型，修改参数，设计校正环节，使系统稳定并符合题目的要求，画出校正前后bode图。