2013年全国电子设计大赛题目简易旋转倒立摆及控制装置(C题 )

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1、2013年全国大学生电子设计竞赛试题参赛注意事项（1）9月4日8:00竞赛正式开始。本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。（4）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。（5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作

2、，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。（6）9月7日20:00竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。简易旋转倒立摆及控制装置（C题）【本科组】一、任务设计并制作一套简易旋转倒立摆及其控制装置。旋转倒立摆的结构如图1所示。电动机A固定在支架B上，通过转轴F驱动旋转臂C旋转。摆杆E通过转轴D固定在旋转臂C的一端，当旋转臂C在电动机A驱动下作往复旋转运动时，带动摆杆E在垂直于旋转臂C的平面作自由旋转。二、要求图1旋转倒立摆结构示意图1．基本要求C–4/4（

3、1）摆杆从处于自然下垂状态（摆角0°）开始，驱动电机带动旋转臂作往复旋转使摆杆摆动，并尽快使摆角达到或超过-60°~+60°；（2）从摆杆处于自然下垂状态开始，尽快增大摆杆的摆动幅度，直至完成圆周运动；（3）在摆杆处于自然下垂状态下，外力拉起摆杆至接近165°位置，外力撤除同时，启动控制旋转臂使摆杆保持倒立状态时间不少于5s；期间旋转臂的转动角度不大于90°。2．发挥部分（1）从摆杆处于自然下垂状态开始，控制旋转臂作往复旋转运动，尽快使摆杆摆起倒立，保持倒立状态时间不少于10s；（2）在摆杆保持倒立状态下，施加干扰后摆

4、杆能继续保持倒立或2s内恢复倒立状态；（3）在摆杆保持倒立状态的前提下，旋转臂作圆周运动，并尽快使单方向转过角度达到或超过360°；（4）其他。三、说明1．旋转倒立摆机械部分必须自制，结构要求如下：硬质摆杆E通过转轴D连接在旋转臂C边缘，且距旋转臂C轴心距离为20cm±5cm；摆杆的横截面为圆形或正方形，直径或边长不超过1cm，长度在15cm±5cm范围内；允许使用传感器检测摆杆的状态，但不得影响摆杆的转动灵活性；图1中支架B的形状仅作参考，其余未作规定的可自行设计结构；电动机自行选型。2．摆杆要能够在垂直平面灵活旋转

5、，检验方法如下：将摆杆拉起至水平位置后松开，摆杆至少能够自由摆动3个来回。3．除电动机A之外，装置中不得有其他动力部件。4．摆杆自然下垂状态是指摆角为0°位置，见图2。C–4/45．摆杆倒立状态是指摆杆在-165°至165°范围内。6．基本要求（1）、（2）中，超过30s视为失败；发挥部分（1）超过90s视为失败；发挥部分（3）超过3分钟即视为失败；以上各项，完成时间越短越好。图2.摆杆位置示意图7．摆杆倒立时施加干扰的方法是，以15cm长细绳栓一只5克砝码，在摆杆上方将砝码拉起15°~45°，释放后用砝码沿摆杆摆动的

6、切线方向撞击摆杆上端1~2cm处；以抗扰动能力强弱判定成绩。8．测试时，将在摆杆后1~2cm处固定一如图2所示轻质量角器，以方便观察摆杆的旋转角度。四、评分标准设计报告项目主要内容分数系统方案系统结构、方案比较与选择4理论分析与计算电动机选型、摆杆状态检测，驱动与控制算法6电路与程序设计电路设计程序结构与设计5测试方案与测试结果测试结果及分析3设计报告结构及规范性摘要设计报告正文的结构公式、图表的规范性2总分20基本要求完成（1）15C–4/4完成（2）15完成（3）20总分50发挥部分完成（1）20完成（2）10完成

7、（3）15完成（4）5总分50C–4/4