高中通用技术-第四单元-控制与设计-控制系统的设计与实施(共3课时)课件-苏教版必修2.ppt
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1、一、控制系统设计的一般思路一、控制系统设计的一般思路二、控制系统的设计与实施案例二、控制系统的设计与实施案例第第1 1课时课时 引入:引入:要设计一种自动开关的节能灯控制系统,要设计一种自动开关的节能灯控制系统,如何展开我们的设计思路?需要从哪些方面着如何展开我们的设计思路?需要从哪些方面着手考虑问题呢?手考虑问题呢?被控对象是什么?被控对象是什么?控制的目的是什么?控制的目的是什么?这种灯用在什么地方?环境怎样?这种灯用在什么地方?环境怎样?这样的灯应如何工作?被控量和控制量分别是什这样的灯应如何工作?被控量和控制量分别是什么?么?有什么其他因素会干扰灯的正常工作?有什么其他因素会干扰灯的正
2、常工作?依据你的判断,能提出一种设计方案吗?依据你的判断,能提出一种设计方案吗?1.1.控制系统设计的一般思路:控制系统设计的一般思路:控制系统设计控制系统设计明确控制的目的明确控制的目的确定被控量、控制量确定被控量、控制量分析被控对象分析被控对象的主要特性的主要特性控制系统的调试控制系统的调试 运行和评价运行和评价分析主要的干扰因素分析主要的干扰因素控制系统方案的选择控制系统方案的选择系统的成本分析系统的成本分析实施控制系统所需实施控制系统所需的设备、元件等的设备、元件等案例:电吹风风速控制案例:电吹风风速控制(1)被控对象是什么?)被控对象是什么?(2)控制目的是什么?)控制目的是什么?(
3、3)被控量是什么?控制量是什么?)被控量是什么?控制量是什么?(4)需要哪些零部件组成控制系统?)需要哪些零部件组成控制系统?(5)有哪些干扰因素会影响到控制系统的工作?)有哪些干扰因素会影响到控制系统的工作?影响的程度有多大?影响的程度有多大?(6)你认为)你认为,控制系统各部件的设计还与什么有控制系统各部件的设计还与什么有关关?开环控制系统的设计开环控制系统的设计 明确设计要求。明确设计要求。明确被控对象、被控量和控制量。明确被控对象、被控量和控制量。考虑控制系统的方案。考虑控制系统的方案。设计要求:电吹风能根据不同的挡位(如冷风设计要求:电吹风能根据不同的挡位(如冷风挡、热风挡)输出不同
4、种类的风。挡、热风挡)输出不同种类的风。设计分析:电吹风控制系统的被控对象是电吹设计分析:电吹风控制系统的被控对象是电吹风装置,被控量是风的速度和温度,控制量是风装置,被控量是风的速度和温度,控制量是电机电压,干扰因素是房间温度、电源电压的电机电压,干扰因素是房间温度、电源电压的波动等。波动等。电吹风分控制工作过程:电吹风是要将其内部电吹风分控制工作过程:电吹风是要将其内部电热丝的热量通过一个小电风扇扩散出去。电热丝的热量通过一个小电风扇扩散出去。方案构思:方案构思:选择开环控制系统实现电吹风的控制要求。选择开环控制系统实现电吹风的控制要求。设定风的挡位就设定了电机的电压和电热丝的阻设定风的挡
5、位就设定了电机的电压和电热丝的阻值,接通电源后,电机带动一个小风扇转动,产值,接通电源后,电机带动一个小风扇转动,产生的风通过电吹风的电热丝,输出的就是与设定生的风通过电吹风的电热丝,输出的就是与设定的风种相对应的风。电机、风扇、电热丝设定电的风种相对应的风。电机、风扇、电热丝设定电吹风的挡位(输入)风的速度和温度(输出)。吹风的挡位(输入)风的速度和温度(输出)。电机、风扇、电电机、风扇、电热丝热丝设定电吹风的挡位设定电吹风的挡位(输入)风的速度和温度风的速度和温度(输出)试验过程:试验过程:1.画出电吹风的电路设计图;画出电吹风的电路设计图;2.选择挡位打开开关演示电吹风的工作过程;选择挡
6、位打开开关演示电吹风的工作过程;3.知识延伸:如果设定了热风挡之后又需要分强知识延伸:如果设定了热风挡之后又需要分强风挡和弱风挡如何进行设计。风挡和弱风挡如何进行设计。案例:抽水马桶案例:抽水马桶 观察模型的演示,阅读教材,陈述其工作过程。观察模型的演示,阅读教材,陈述其工作过程。提出下列问题:提出下列问题:(1)被控对象是什么?)被控对象是什么?(2)控制目的是什么?)控制目的是什么?(3)被控量是什么?控制量是什么?)被控量是什么?控制量是什么?(4)为什么采用闭环控制方式?)为什么采用闭环控制方式?(5)被控量与控制量之间是如何实现反馈的?)被控量与控制量之间是如何实现反馈的?(6)如果
7、要节约用水,减少水箱每次冲水量,)如果要节约用水,减少水箱每次冲水量,你能设计哪几种方案?你能设计哪几种方案?闭环控制系统:闭环控制系统:一个闭环控制系统要正常工作,首先必须是一个闭环控制系统要正常工作,首先必须是稳定的。稳定的。控制系统的控制精度必须符合要求,即系统控制系统的控制精度必须符合要求,即系统的输出量与给定量之差应控制在允许的范围之的输出量与给定量之差应控制在允许的范围之内。内。闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。案例分析:抽水马桶水箱的自动控制系统的设计案例分析:抽水马桶水箱的自动控制系统的设计 设计项目:抽水马桶水箱的自动控制系统设计项目:抽水马
8、桶水箱的自动控制系统设计要求:设计要求:1.当水箱中的水位低与某一指定的高度时,进水当水箱中的水位低与某一指定的高度时,进水口立即进水。口立即进水。2.当水箱中的水位高与某一指定的高度时,进水当水箱中的水位高与某一指定的高度时,进水口立即停止进水。口立即停止进水。3.控制系统对控制精度和系统的稳定性均没有特控制系统对控制精度和系统的稳定性均没有特别的要求。别的要求。设计分析:设计分析:1.从设计要求来看,这是一种自动控制,因此选择闭环控从设计要求来看,这是一种自动控制,因此选择闭环控制系统。制系统。2.被控对象是抽水马桶的水箱,被控量是抽水马桶水箱水被控对象是抽水马桶的水箱,被控量是抽水马桶水
9、箱水位的高度,控制量是进水管的水流量(即进水量),水箱位的高度,控制量是进水管的水流量(即进水量),水箱水位的高度与进水量之间呈曲线关系。水位的高度与进水量之间呈曲线关系。3.主要干扰因素水水箱的流水量。采用浮球作为水位高度主要干扰因素水水箱的流水量。采用浮球作为水位高度的检测装置。当水箱中的水位低与某一指定的高度时,出的检测装置。当水箱中的水位低与某一指定的高度时,出现了水位差(给定的水位高度与实际高度之差),这个信现了水位差(给定的水位高度与实际高度之差),这个信号通过浮球、连杆机构传给进水阀,使进水阀打开,从而号通过浮球、连杆机构传给进水阀,使进水阀打开,从而水箱进水;当水箱中的水位高与
10、某一指定的高度时,水位水箱进水;当水箱中的水位高与某一指定的高度时,水位差为零,进水阀关闭。差为零,进水阀关闭。水箱水位的控制过程:水箱水位的控制过程:拨动冲水旋扭,使出水阀打开,水箱冲拨动冲水旋扭,使出水阀打开,水箱冲水。与此同时,进水阀打开,水箱进水,直水。与此同时,进水阀打开,水箱进水,直到指定水位时,进水阀关闭。到指定水位时,进水阀关闭。给定水位给定水位杠杆比较杠杆比较进水阀门进水阀门水箱水箱水位水位浮球浮球+-控制过程控制过程方框图方框图:小结:小结:一、控制系统设计的一般思路一、控制系统设计的一般思路 系统要达到的目标?系统要达到的目标?控制的对象?控制的对象?被控对象的特性?被控
11、对象的特性?被控量和控制量?被控量和控制量?外界的主要干扰因素?外界的主要干扰因素?怎样的方案既达到目的、又经济、易于实现?怎样的方案既达到目的、又经济、易于实现?设备和元件?设备和元件?1.选择开环还是闭环要根据控制系统的精度要求选择开环还是闭环要根据控制系统的精度要求和条件的可行性而定和条件的可行性而定 2.找出控制系统的干扰因素,并分清主次,找出找出控制系统的干扰因素,并分清主次,找出最大的干扰因素最大的干扰因素 3.要确定控制量和被控量要确定控制量和被控量 4.执行器和检测装置的选择执行器和检测装置的选择:一是要根据控制量和一是要根据控制量和被控量的需求,二是根据控制条件被控量的需求,
12、二是根据控制条件控制系统设计需满足的基本条件控制系统设计需满足的基本条件:能达到控制的目的能达到控制的目的 采用易于实现的方式采用易于实现的方式 降低控制成本降低控制成本 减少对环境的负面影响减少对环境的负面影响教学资料:教学资料:1.控制的函义 人们按照自己的意愿或目的,通过一定的手段,使事物向期望的目标发展。2.控制的分类(1)从控制过程中人工干预的情形来分:人工控制、自动控制;(2)按照执行部件的不同来分:机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等。3.控制系统(1)控制系统的函义:任何一个控制的实现,都要通过若干个环节,这些环节就构成了一个系统。(2)控制系统的分类:由于控制的方式不同,
13、自动控制又有:开环控制系统和闭环控制系统之分。4.开环控制系统(1)开环控制系统函义:控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响,这种控制系统称为开环控制系统。(2)控制系统方框图:在控制系统中,为了分析的方便,常采用方框来表示系统的环节,用单向信号线表示系统信号传递的方向,它表示了系统的各个环节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。(3)开环控制系统的方框图:控制器执行器被控控制器执行器被控对象控制量输入量输出量。对象控制量输入量输出量。控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象控制量控制量输入量输入量输出量输出量5.闭环控制系统(1)闭环控制系统函义:我们把系统的输出量返回到输入端并对控制过
14、程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。(2)闭环控制系统方框图:控制器、执行控制器、执行器、被控对象、控制量、输入量、输出量、器、被控对象、控制量、输入量、输出量、检测装置、。检测装置、。控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象控制量控制量输入量输入量输出量输出量检测装置检测装置6.干扰因素 在控制系统中,除输入量(给定值)以外,引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。7.反馈的涵义 控制系统中,将输出量通过适当的检测装置返回输入端与输入量进行比较的过程。8、开环控制系统与闭环控制系统的比较、开环控制系统与闭环控制系统的比较 开环控制系统:控制精度相对比较低,结构简单,适用与控制精度要求不高而系
15、统本身元件又比较稳定的场合。闭环控制系统:控制精度高,结构相对复杂,构成控制系统的成本较高,适用与要求高精度和高可靠性的场合。9.不同闭环控制系统设计的基本要求不同闭环控制系统设计的基本要求 一个闭环控制系统要正常工作,首先必须是稳定的。控制系统的控制精度必须符合要求,即系统的输出量与给定量之差应控制在允许的范围之内。闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。第第2 2课时课时自动升旗简易控制装置的设计与实施自动升旗简易控制装置的设计与实施 1.明确设计的要求,明确控制系统设计所要达到明确设计的要求,明确控制系统设计所要达到的目标。的目标。2.提出多个设计方案,进行分析、权衡、比较,提出多个设计方案,
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