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，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回避，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
（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。
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。
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
项 目 系统方案 主要内容 系统结构、方案比较与选择 分数 4 6 5 测试方案与测试 结果 设计报告结构及 规范性 总分 完成（1） 基本 要求 完成（2） 摘要 设计报告正文的结构 公式、图表的规范性 2 20 15 15 测试结果及分析 3 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 电路与程序设计 电路设计 程序结构与设计 设计 报告
完成（3） 总分 完成（1） 完成（2） 完成（3） 发挥 部分 完成（4） 总分 20 50 20 10 15 5 50
2013年全国电子设计大赛题目简易旋转倒立摆及控制装置
