火星漫游车：探寻红色星球的奇妙之旅

图3.11.13所示是以太阳能作为动力的“旅居者号”火星漫游车，地面站发出指令信号遥控漫游车。火星漫游车既能以开环方式工作（不带反馈），又能够以闭环方式工作（带反馈），分别如图3.11.14（a）和3.11.14（b）所示。本例设计的目标是使漫游车受干扰（如岩石）的影响较小，而且对增益K变化的灵敏度也较小。

图3.11.13　“旅居者号”（Sojourner）火星漫游车

图3.11.14　火星漫游车的控制系统

（a）开环（不带反馈）；（b）闭环（带反馈）

【解】火星漫游车的开环系统传递函数为

而闭环系统的传递函数为

这时我们可对开环系统和闭环系统的灵敏度进行比较。开环系统对参数K的灵敏度为

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而闭环系统的灵敏度为

为了考察系统在低频时的灵敏度，令s=jω，得：

当K=2，且频率ω＜0.1时系统的灵敏度为≈0.6。灵敏度的幅值随频率变化的曲线如图3.11.15所示。从图中可以看出，系统在低频段的灵敏度为＜0.8（ω≤1）。

图3.11.15　火星漫游车灵敏度的幅值随频率变化的曲线（K=2）

为了分析干扰信号的影响，令R（s）=0，D（s）=1/s，对开环系统而言，干扰影响的稳态值为

而闭环系统对单位阶跃干扰的响应的稳态值则为

我们的目的是要尽量减小干扰对系统的影响，因此需要选择一个较大的K值。增加K值，会减小干扰的影响，同时也会减小灵敏度的幅值。但是，当K太大时，如K=50时，系统的阻尼系数变为0.27左右，系统对阶跃输入信号的瞬态响应性能将会变坏。