历届电子设计大赛与控制有关的题目

目录

悬挂运动控制系统 2005E ..................................................................................................... 3

一、任务 ........................................................................................................................... 3

二、要求 ........................................................................................................................... 4

三、说明 ........................................................................................................................... 5

电动车跷跷板 2007F ........................................................................................................... 5

一、任务 ........................................................................................................................... 5

二、要求 ........................................................................................................................... 6

三、说明 ........................................................................................................................... 7

光伏并网发电模拟装置 2009A . ........................................................................................ 7

一、任务 ........................................................................................................................... 7

二、要求 ........................................................................................................................... 8

三、说明 ........................................................................................................................... 8

四旋翼自主飞行器 2013B . .................................................................................................. 9

一、任务 ........................................................................................................................... 9

二、要求 ......................................................................................................................... 10

三、说明： ..................................................................................................................... 11

简易旋转倒立摆及控制装置 2013C . .................................................................................. 12

一、任务 ......................................................................................................................... 12

二、要求 ......................................................................................................................... 12

三、说明 ......................................................................................................................... 13

手写绘图板 2013G ............................................................................................................ 14

一、任务 ......................................................................................................................... 14

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二、要求 ......................................................................................................................... 15

三、说明 ......................................................................................................................... 16

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悬挂运动控制系统 2005E

一、任务

设计一电机控制系统，控制物体在倾斜（仰角≤100度）的板上运动。

在一白色底板上固定两个滑轮，两只电机（固定在板上）通过穿过滑轮的吊绳控制一物体在板上运动，运动范围为80cm ×100cm 。物体的形状不限，质量大于100克。物体上固定有浅色画笔，以便运动时能在板上画出运动轨迹。板上标有间距为1cm 的浅色坐标线（不同于画笔颜色），左下角为直角坐标原点, 示意图如下。

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二、要求

1、基本要求：

（1）控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数；

（2）控制物体在80cm ×100cm 的范围内作自行设定的运动，运动轨迹长度不小于100cm ，物体在运动时能够在板上画出运动轨迹，限300秒内完成；

（3）控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm 的圆周运动，限300秒内完成；

（4）物体从左下角坐标原点出发，在150秒内到达设定的一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm) 。

2、发挥部分

（1）能够显示物体中画笔所在位置的坐标；

（2）控制物体沿板上标出的任意曲线运动(见示意图) ，曲线在测试时现场标出，线宽1.5cm ～1.8cm ，总长度约50cm ，颜色为黑色；曲线的前一部分是连续的，长约30cm ；后一部分是两段总长约20cm 的间断线段，间断距离不大于1cm ；沿连续曲线运动限定在200秒内完成，沿间断曲线运动限定在300秒内完成；

（3）其他。

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1、物体的运动轨迹以画笔画出的痕迹为准，应尽量使物体运动轨迹与预期轨迹吻合，同时尽量缩短运动时间；

2、若在某项测试中运动超过限定的时间，该项目不得分；

3、运动轨迹与预期轨迹之间的偏差超过4cm 时，该项目不得分；

4、在基本要求(3)、(4)和发挥部分(2)中，物体开始运动前，允许手动将物体定位；开始运动后，不能再人为干预物体运动；

5、竞赛结束时，控制系统封存上交赛区组委会，测试用板(板上含空白坐标纸) 测试时自带。

电动车跷跷板 2007F

一、任务

设计并制作一个电动车跷跷板，在跷跷板起始端A 一侧装有可移动的配重。配重的位置可以在从始端开始的200mm ～600mm 范围内调整，调整步长不大于50mm ；配重可拆卸。电动车从起始端A 出发，可以自动在跷跷板上行驶。电动车跷跷板起始状态和平衡状态示意图分别如图1和图2所示。

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1. 基本要求

在不加配重的情况下，电动车完成以下运动：

（1）电动车从起始端A 出发，在30秒钟内行驶到中心点C 附近；

（2）60秒钟之内，电动车在中心点C 附近使跷跷板处于平衡状态，保持平衡5秒钟，并给出明显的平衡指示；

（3）电动车从（2）中的平衡点出发，30秒钟内行驶到跷跷板末端B 处（车头距跷跷板末端B 不大于50mm ）；

（4）电动车在B 点停止5秒后，1分钟内倒退回起始端A ，完成整个行程；

（5）在整个行驶过程中，电动车始终在跷跷板上，并分阶段实时显示电动车行驶所用的时间。

2. 发挥部分

将配重固定在可调整范围内任一指定位置，电动车完成以下运动：

（1）将电动车放置在地面距离跷跷板起始端A 点 300mm以外、90°扇形区域内某一指定位置（车头朝向跷跷板），电动车能够自动驶上跷跷板，如图3所示：

（2）电动车在跷跷板上取得平衡，给出明显的平衡指示，保持平衡5秒钟以上；

（3）将另一块质量为电动车质量10％～20％的块状配重放置在A 至C 间指定的位置，电动车能够重新取得平衡，给出明显的平衡指示，保持平衡5秒钟以上；

（4）电动车在3分钟之内完成（1）～（3）全过程。

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（5）其他。

三、说明

（1）跷跷板长1600mm 、宽300mm ，为便于携带也可将跷跷板制成折叠形式。

（2）跷跷板中心固定在直径不大于50mm 的半圆轴上，轴两端支撑在支架上，并保证与支架圆滑接触，能灵活转动。

（3）测试中，使用参赛队自制的跷跷板装置。

（4）允许在跷跷板和地面上采取引导措施，但不得影响跷跷板面和地面平整。

（5）电动车(含加在车体上的其它装置) 外形尺寸规定为：长≤300mm ，宽≤200mm 。

（6）平衡的定义为A 、B 两端与地面的距离差d=∣dA-dB ∣不大于40mm 。

（7）整个行程约为1600mm 减去车长。

（8）测试过程中不允许人为控制电动车运动。

（9）基本要求（2）不能完成时，可以跳过，但不能得分；发挥部分（1）不能完成时，可以直接从（2）项开始，但是（1）项不得分。

光伏并网发电模拟装置 2009A

一、任务

设计并制作一个光伏并网发电模拟装置，其结构框图如图1所示。用直流稳压电源US 和电阻RS 模拟光伏电池，US=60V，RS=30Ω~36Ω；uREF 为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V ，频率fREF 为45Hz~55Hz；T 为工频隔离变压器，变比为n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，将uF 作为输出电流的反馈信号；负载电阻RL=30Ω~36Ω。

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二、要求

1．基本要求

（1）具有最大功率点跟踪（MPPT ）功能：RS 和RL 在给定范围内变化时，使Ud=0.5Us，相对偏差的绝对值不大于1%。

（2）具有频率跟踪功能：当fREF 在给定范围内变化时，使uF 的频率fF=fREF，相对偏差绝对值不大于1%。

（3）当RS=RL=30Ω时，DC-AC 变换器的效率ƞ≥60%。

（4）当RS=RL=30Ω时，输出电压uo 的失真度THD ≤5%。

（5）具有输入欠压保护功能，动作电压Ud （th ）=（25±0.5）V 。

（6）具有输出过流保护功能，动作电流Io （th ）=（1.5±0.2）A 。

2．发挥部分

（1）提高DC-AC 变换器的效率，使ƞ≥80%（RS=RL=30Ω时）。

（2）降低输出电压失真度，使THD ≤1%（RS=RL=30Ω时）。

（3）实现相位跟踪功能：当fREF 在给定范围内变化以及加非阻性负载时，均能保证uF 与uREF 同相，相位偏差的绝对值≤5°。

（4）过流、欠压故障排除后，装置能自动恢复为正常状态。

（5）其他。

三、说明

1．本题中所有交流量除特别说明外均为有效值。

2．US 采用实验室可调直流稳压电源，不需自制。

3．控制电路允许另加辅助电源，但应尽量减少路数和损耗。

4．DC-AC 变换器效率ƞ=P0/Pd，其中P0=U01*I01，Pd=Ud*Id。

5．基本要求（1）、（2）和发挥部分（3）要求从给定或条件发生变化到电路达到稳态的时间不大于1s 。

6．装置应能连续安全工作足够长时间，测试期间不能出现过热等故障。

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7．制作时应合理设置测试点（参考图1），以方便测试。

8．设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。

四旋翼自主飞行器 2013B

一、任务

设计并制作一架四旋翼自主飞行器。飞行区域俯视图和立体图分别如图1和图2所示。

图1飞行区域俯视图（图中单位：cm ）

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二、要求

1. 基本要求

（1）四旋翼自主飞行器（下简称飞行器）摆放在图1所示的A 区，一键式启动飞行器起飞；飞向B 区，在B 区降落并停机；飞行时间不大于45s 。

（2）飞行器摆放在B 区，一键式启动飞行器起飞；飞向A 区，在A 区降落并停机；飞行时间不大于45s 。

2. 发挥部分

（1）飞行器摆放在A 区，飞行器下面摆放一薄铁片，一键式启动，飞行器拾取薄铁片并起飞。

（2）飞行器携带薄铁片从示高线上方飞向B 区，并在空中将薄铁片投放到B 区；飞行器从示高线上方返回A 区，在A 区降落并停机。

（3）以上往返飞行时间不大于30s 。

（4）其他。

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三、说明：

1．飞行器桨叶旋转速度高，有危险！请务必注意自己及他人的人身安全。 2．飞行器控制板的MCU 必须使用组委会统一下发的R5F100LEA ，必须安装在明显位置，以便检查。

3．飞行器可自制或外购，带防撞圈，外形尺寸（含防撞圈）限定为：长度≤50cm ，宽度≤50cm 。飞行器机身必须标注参赛队号。 4．薄铁片为边长4cm 的正方形，厚度≤0.05cm 。

5．飞行区域地面为白色；A 区、B 区形状大小相同，由直径20cm 黑色实心圆和直径75cm 的同心圆组成，同心圆虚线线宽小于0.1cm ；引导线宽度4cm ，可用黑色胶带；示高线为直径0.5~0.8cm的黑色电缆线，横向悬挂于飞行区中间，距地高100cm 。飞行区域不得额外设置任何标识、引导线或其他装置。

6．允许测试2次，每次测试全程不得更换电池。两次测试之间允许更换电池，更换电池时间小于2分钟。

7．飞行器不得遥控，飞行过程中不得人为干预。

8．飞行器飞行期间，触及地面后自行恢复飞行的，酌情扣分；触地后5s 内不能自行恢复飞行视为失败，失败前完成动作仍计分。

9．飞行器起飞，距地面高度10cm 以上视为飞离地面。

10．一键式启动是指飞行器摆放在A 区或B 区后，只允许按一个键启动。如有飞行模式设置应在飞行器摆放在A 区或B 区前完成。

11．为保证安全，可沿飞行区域四周架设安全网（长500cm ，宽300cm ，高200cm ），顶部无需架设。若安全网采用排球网、羽毛球网时可由顶向下悬挂不必触地，不得影响视线。安装示意图如图3所示。

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简易旋转倒立摆及控制装置 2013C

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

1．基本要求

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（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，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。

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5．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。

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。

手写绘图板 2013G

一、任务

利用普通PCB 覆铜板设计和制作手写绘图输入设备。系统构成框图如图1所示。普通覆铜板尺寸为15cm ×10cm ，其四角用导线连接到电路，同时，一根带导线的普通表

笔连接到电路。表笔可与覆铜板表面任意位置接触，电路应能检测表笔与铜箔的接触，

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并测量触点位置，进而实现手写绘图功能。覆铜板表面由参赛者自行绘制纵横坐标以及6cm x 4cm（高精度区A ）和12 cm x8cm（一般精度区B ）如图中两个虚线框所示。

二、要求

1. 基本要求：

（1）指示功能：表笔接触铜箔表面时，能给出明确显示。

（2）能正确显示触点位于纵坐标左右位置。

（3）能正确显示触点四象限位置。

（4）能正确显示坐标值。

（5）显示坐标值的分辨率为10mm ， 绝对误差不大于5mm 。

2．发挥部分：

（1）进一步提高坐标分辨率至8mm 和6mm ；要求分辨率为8mm 时，绝对误差不大于4mm ；分辨率为6mm 时，绝对误差不大于3mm 。

（2）绘图功能。能跟踪表笔动作，并显示绘图轨迹。在A 区内画三个直径分别为20mm ，12mm 和8mm 不同直径的圆，并显示该圆；20mm 的圆要求能在10s 内完成，其它圆不要求完成时间。

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（3）低功耗设计。功耗为总电流乘12V ；功耗越低得分越高。要求功耗等于或小于

1.5W 。

（4）其他。如显示文字，提高坐标分辨率等。

三、说明

1．必须使用普通的覆铜板

（1）不得更换其它高电阻率的材料。

（2）不得对铜箔表面进行改变电阻率的特殊镀层处理。

（3）覆铜板表面的刻度自行绘制，测试时以该刻度为准。

（4）考虑到绘制刻度影响测量，不要求表笔接触刻度线条时也具有正确检测能力。

2．覆铜板到电路的连接应满足以下条件

（1）只有铜箔四角可连接到电路，除此之外不应有其它连接点（表笔触点除外）。

（2）不得使用任何额外传感装置。

3．表笔可选用一般的万用表表笔。

4．电源供电必须为单12V 供电。

5．基本要求除（5）外均在B 区测，测分辨率和圆均在A 区内测。

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