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电赛校赛题目
风板控制装置(A题)
一、任务
设计并制作一个风板控制装置。
该装置能通过控制风机的风量来控制风板完成规定动作,风板控制装置参考示意图见图1。
图1风板控制装置参考示意图
二、要求
1.基本要求
(1)预置风板控制角度(控制角度在45°~135°之间设定)。
由起点开始启动装置,控制风板达到预置角度,过渡过程时间不大于10s,控制角度误差不大于5°,在预置角度上的稳定停留时间为5s,误差不大于1s。
动作完成后风板平稳停留在终点位置上;
(2)在45°~135°范围内预置两个角度值(Φ1和Φ2)。
由终点开始启动装置,在10s内控制风板到达第一个预置角度上;然后到达第二个预置角度,在两个预置角度之间做3次摆动,摆动周期不大于5s,摆动幅角误差不大于5°,动作完成后风板平稳停留在起点位置上;
(3)显示风板设置的控制角度。
风板从一个状态转变到另一个状态时应有明显的声光提示。
2.发挥部分
用细线绳将一个重量为10g物体(可以用10g砝码代替),拴在小长尾金属夹的尾端上,小长尾金属夹与重物的总长度不小于50mm,并整体夹在图1所示风板对应位置上。
(1)预置风板控制角度(控制角度在45°~135°之间设定)。
由起点开始启动装置,控制风板达到预置角度,过渡过程时间不大于15s,控制角度误差不大于5°,在预置角度上的稳定停留时间5s,误差不大于1s,最后控制风板平稳停留在终点位置上;
(2)在45°~135°范围内预置两个角度值(Φ1和Φ2)。
由终点开始启动装置,在15s内控制风板到达第一个预置角度上;然后到达第二个预置角度,在两个预置角度之间做4次摆动,摆动周期不大于5s,摆动幅角误差不大于5°,动作完成后风板平稳停留在起点位置上;
(3)其他。
三、说明
1.给出的图1仅作参考,风板的外形尺寸要求为:
高150mm×宽200mm,厚度和制作材料及风板支架的机械连接方式不做限定;风板上除安装风板转动轴、角度指示针和传感器外,不能安装其他任何装置;风机数量和控制风向方式可自行设计确定;可以设置风板起始位置、终点位置的限位装置,限定风板能在与水平线成30°~150°的夹角内摆动;
2.风板的运动状态,都要通过控制风机的风量来完成,不能受机械结构或其它外力的控制。
控制角度误差为实测角度与预置角度之差的绝对值。
风板由静止开始运动到规定控制角度的时间定义为过渡过程时间。
风板从一个状态转变到另一个状态时应有明显的声光提示,声光提示只作为测评计时的参考,以现场实测数据为准。
风力摆控制系统(B题)
一、任务
一长约60cm~70cm的细管上端用万向节固定在支架上,下方悬挂一组(2~4只)直流风机,构成一风力摆,如图1所示。
风力摆上安装一向下的激光笔,静止时,激光笔的下端距地面不超过20cm。
设计一测控系统,控制驱动各风机使风力摆按照一定规律运动,激光笔在地面画出要求的轨迹。
二、要求
1.基本要求
(1)从静止开始,15s内控制风力摆做类似自由摆运动,使激光笔稳定地在地面画出一条长度不短于50cm的直线段,其线性度偏差不大于±2.5cm,并且具有较好的重复性;
(2)从静止开始,15s内完成幅度可控的摆动,画出长度在30~60cm间可设置,长度偏差不大于±2.5cm的直线段,并且具有较好的重复性;
(3)可设摆动方向,风力摆从静止开始,15s内按照设置的方向(角度)摆动,画出不短于20cm的直线段;
(4)将风力摆拉起一定角度(30°~45°)放开,5s内使风力摆制动达到静止状态。
图1风力摆示意图
2.发挥部分
(1)以风力摆静止时激光笔的光点为圆心,驱动风力摆用激光笔在地面画圆,30s内需重复3次;圆半径可在15~35cm范围内设置,激光笔画出的轨迹应落在指定半径±2.5cm的圆环内;
(2)在发挥部分
(1)后继续作圆周运动,在距离风力摆1~2m距离内用一台50~60W台扇在水平方向吹向风力摆,台扇吹5s后停止,风力摆能够在5s内恢复发挥部分
(1)规定的圆周运动,激光笔画出符合要求的轨迹;
(3)其他。
三、说明
1.任务中各项要求,均要考察完成时间及准确性。
2.风力摆的制作方法建议:
方案1:
如2图所示,或棒(如碳素纤维管、PVC向节固定在一支架上;
方案2摆吊挂在支架上。
3.参赛队可以自行选定一方向为0为起始,顺时针依次为90°、180等,详见图3,测试现场将提供此图。
4.直流风机是驱动风力摆的唯一动力,不得以任何其它方式影响风力摆的运动;启动后,不得以任何形式人为影响风力摆运动。
5.各项目中,运动到达要求时需有明显声或光提示,以便开始测试及记录。
6.发挥部分施加干扰的方式是在1~2m的距离,用50~60W台扇在水平方向吹风力摆,风速在1.0~2.0m/s范围内。
7.风力摆在圆周运动时的旋转方向不限;测试时考察在6个均匀分布点上激光轨迹是否落在圆环内,见图3。
简易风洞及控制系统(C题):
1.任务
设计制作一简易风洞及其控制系统。
风洞由圆管、连接部与直流风机构成,如右所示。
圆管竖直放置,长度约40cm,内径大于4cm且内壁平滑,小球(直径4cm黄色乒乓球)可在其中上下运动;管体外壁应有A、B、C、D等长标志线,BC段有1cm间隔的短标志线;可从圆管外部观察管内小球的位置;连接部实现风机与圆管的气密性连接,圆管底部应有防止小球落入连接部的格栅。
控制系统通过调节风机的转速,实现小球在风洞中的位置控制。
2.要求
(1)小球置于圆管底部,启动后5秒内控制小球向上到达BC段,并维持5秒以上。
(20分)
(2)当小球维持在BC段时,用长形纸板(宽度为风机直径的三分之一)遮挡风机的进风口,小球继续维持在BC段。
(10分)
(3)以C点的坐标为0cm、B点的坐标为10cm;用键盘设定小球的高度位置(单位:
cm),启动后使小球稳定地处于指定的高度3秒以上,上下波动不超过±1cm。
(10分)
(4)以适当的方式实时显示小球的高度位置及小球维持状态的计时。
(10分)
小球置于圆管底部,启动后5秒内控制小球向上到达圆管顶部处A端,且不跳离,维持5秒以上。
(10分)
(5)小球置于圆管底部,启动后30秒内控制小球完成如下运动:
向上到达AB段并维持3~5秒,再向下到达CD段并维持3~5;再向上到达AB段并维持3~5,再向下到达CD段并维持3~5;再向上冲出圆管(可以落到管外)。
(20分)
(6)风机停止时用手将小球从A端放入风洞,小球进入风洞后系统自动启动,控制小球的下落不超过D点,然后维持在BC段5秒以上。
(10分)
(7)其他自主发挥设计。
(10分)
3.说明
(1)题中“到达XX段”是指,小球的整体全部进入该段内;
(2)题中“维持”是指,在维持过程中小球整体全部不越过该段的端线;
(3)小球的位置以其中心点为准(即小球的上沿切线向下移2cm,或下沿切线向上移2cm);
(4)直流风机的供电电压不得超过24V,注意防止风机叶片旋转可能造成的伤害;可在圆管及其周围设置传感器检测管内小球的位置;可将圆管、连接部与直流风机安装在硬质板或支架上,以便于使圆管保持竖直状态,并保持风洞气流通畅。
(1)每一个项目最多进行三次测试;对于任何测试项目,测试专家可要求进行重复测试。
(2)风洞制作方法参考:
圆管长度约40mm,可以选用透明的有机玻璃(或亚克力材料)圆管,也可以选用不透明的PVC圆管。
圆管的内直径必须大于40mm,保证小球(直径为40mm的乒乓球)在管内能够自由运动。
如果选用不透明的PVC圆管,为了能够方便直观地观察管内小球的位置,可以在管臂上沿轴线方向开凿宽度约5mm的长条形槽孔,再用宽的透明胶带贴在槽孔上,保证圆管的气密性。
开凿长条形槽孔后,应清除管壁内的残屑,以免影响小球的运动。
为了防止小球落入连接部,可将一根细铁丝或导线,用AB胶或透明胶带粘在圆管下端口处。
连接部的材料可以采用冰箱保鲜袋。
剪去袋底封口部分,得到一个两端开口的塑料薄膜“软管”。
将“软管”的一端包住圆管的下端口,并用透明胶带将重叠部分缠紧;将软管的另一端包住直流风机出风口的外沿,并用透明胶带将重叠部分缠紧。
注意直流风机的风向,应向连接部方向吹风。
可将风洞的圆管、直流风机部分固定在一块硬质板上,再固定硬质板,使圆管保持竖直状态;也可做一个三脚支架,将风洞的圆管部分固定在支架上并保持竖直状态,直流风机垂挂在圆管下方。
直流风机的进风口处应留有足够的空间,保证气流通畅。
承载平台平衡调整系统(D题)
一、任务
设计并制作一个承载平台平衡调整系统。
该承载平台由多条腿支撑,并能承受一定重量的载重。
通过调整支撑腿的伸缩来调整平台的水平和倾斜。
平台为长方形,宽度尺寸不小于25cm,长宽比例不小于1.4。
二、要求
1.基本要求
(1)能同时检测平台长边和宽边的倾角,并显示。
(2)能设置平台沿宽边倾斜,倾斜度≤20°,精度<3°。
(3)平台沿宽边在20°内倾斜时,能在15秒内调平,调平精度<3°。
(4)能设置平台沿长边倾斜,倾斜度≤20°,精度<3°。
(5)平台沿长边在20°内倾斜时,能在15秒内调平,调平精度<3°。
(6)平台能承载500克重的物体,且可在平台上任意放置。
2.发挥部分
(1)可设置沿任意方向倾斜,倾斜度≤20°,精度<3°。
(2)平台沿任意方向在20°内倾斜时,能在15秒内调平,调平精度<3°。
(3)在上述两项基础上,倾斜度提高到30°,精度提高到1°,调整时间缩短至8秒(三个指标可分别完成)。
(4)平台能承载1000克重的物体。
(5)在地面不平(地面倾斜超过10°)的情况下,完成上述四个项目。
(6)其它。
三、说明
不得使用成品调整机构和模块。
四旋翼飞行器(E题)
1.任务
设计制作一架能够自主飞行的四旋翼飞行器。
2.要求
四旋翼飞行器能够完成以下飞行动作:
(1)飞行器能够根据起飞前预置的指令起飞,飞离地面高度应超过30cm,飞行距离(水平)应超过60cm,然后飞行器应能平稳降落。
(30分)
(2)飞行器能够根据指定(键盘设定)的飞行高度及降落地点(方向及距离)连续稳定地完成起飞、指定高度水平飞行、平稳降落等动作。
(20分)
(3)飞行器能够根据起飞前预置的指令垂直起飞,起飞后能够在50cm以上高度平稳悬停5s以上,然后再平稳缓慢降落到起飞地点;起飞与降落地点水平距离不超过30cm。
(30分)
(4)其他自主发挥设计的飞行动作。
(20分)
3.说明
(1)飞行器在完成每一项飞行动作期间不得以任何方式人为干预,如遥控等。
飞行器的尺寸可自行选定。
(2)飞行方向以正北方向为0°、东北方向为45°、正东方向为90°等,以此类推;距离的单位为厘米(cm)。
(3)指定的降落地点是指降落地点距起飞地的水平距离及方向。
(4)平稳降落是指在降落过程中无明显的跌落、弹跳及着地后滑行等现象。
(5)能够完成要求
(2)时,要求
(1)可以免测。
(6)为确保安全,飞行器应在安全网中或在系留方式下工作(即以绳索将飞行器拴在地面固定物上)。
自动增益控制放大器(F题)
1.任务
设计一个可以根据输入信号及环境噪声幅度自动调节音量的自动增益控制音响放大器。
2.要求
(1)放大器可以从mp3或信号源输入音频(100Hz~10kHz)信号,可以带600Ω负载或驱动8Ω喇叭(2~5W)。
(20分)
(2)当输入信号幅度在10mV~5V间变化时,放大器输出默认值保持在2V±0.2V内,波动越小越好。
(30分)
(3)能够显示输入信号幅度大小及频率高低。
(10分)
(4)能够在1V~3V范围内步进式调节放大器输出幅度,步距0.2V。
(15分)
(5)能够根据环境噪声调整自动调节放大器输出幅度。
(15分)
(6)其他自主发挥设计。
(10分)
(7)设计报告。
(20分)
3.说明
音响放大器的输出可以在600Ω电阻及喇叭间切换。
LED照明用不间断恒流电源(G题)
一、设计任务
设计并制作具有直流恒流输出特性的LED不间断照明电源,结构如下图所示。
二、要求
1.基本要求
能实现当有输入电压220V、50Hz市电时,主电源供电,备用电源不工作(即升压电路关断,U4无电压输出。
);当停电时,自动切换到备用电源。
(1)DC-DC变换器
在输入电压220V、50Hz、电压变化范围+15%~-20%条件下:
a.输出电压为8V,最大输出电流为1A。
b.电压调整率≤1%(输入电压220V变化范围+15%~-20%,空载到满载条件下)。
(2)备用电源
a.升压电路输入电压(即电池电压)为3V~4.2V,输出电压为8V,最大输出电流1A。
b.具有欠压保护功能:
当电池放电电压低于3V时升压电路关断,输出为0V(静态电流小于50uA),以保护蓄电池。
(3)负载条件下,电源为直流恒流输出特性,且输出电流IO可在300mA~500mA范围内可调;
(4)负载调整率≤1%:
U2=8V,负载由1个LED增加至2个(串联),IO变化不超过±1%;
(5)效率
≥70%:
U2=8V、负载为1个LED、IO=300mA,电源变换器效率
≥70%。
2.发挥部分
(1)具有输出短路保护功能。
(2)在电源交流输入侧加入功率因数校正电路,使其功率因数不低于0.90;
(3)LED亮度可随环境光线增强而自动降低:
暗环境,负载为1个LED、IO=500mA。
亮环境,IO减小至300mA;
(4)主电源和备用电源之间的切换时间小于1ms;
(5)其他。
三、说明
1.不得采用各种电源产品改制。
2.在调试过程中,要注意安全;注意作品制作工艺,留出测试端口。
LED应安装在通用板(或PCB)上,做串联连接,并可方便改变接入个数。
3.电源效率指直流输出功率与交流输入(U1处)有功功率之比。
4.测试时,备用电源中的一节锂电池可用直流电源代替。
5.在发挥部分(3)中,只需改变对光敏元件的照度,自行设置明、暗两种照度即可。
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