資源簡介 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施一、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能:1.了解簡單的被控對(duì)象的基本特性,能確定被控量、控制量,畫出控制系統(tǒng)的方框圖,并形成初步的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案。2.能根據(jù)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,或者根據(jù)簡單閉環(huán)控制系統(tǒng)的方案進(jìn)行模擬實(shí)施,學(xué)會(huì)調(diào)試運(yùn)行,提出改進(jìn)方案。過程與方法:通過對(duì)電吹風(fēng)和抽水馬桶案例的分析,掌握形成初步的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的思想方法。情感態(tài)度與價(jià)值觀:通過自動(dòng)升旗簡易控制裝置的設(shè)計(jì),培養(yǎng)不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的意識(shí),體驗(yàn)控制的樂趣。二、教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn):設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)應(yīng)明確的問題;對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求;控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想方法教學(xué)難點(diǎn):設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)應(yīng)明確的問題的分析;控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想方法三、教學(xué)方法與手段教學(xué)方法:案例教學(xué)法、親身體驗(yàn)法教學(xué)手段:通過對(duì)學(xué)生生活中熟悉的案例的分析,使學(xué)生形成初步的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想方法,在學(xué)生自己制作的過程中達(dá)到突破難點(diǎn),實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。4、 教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 媒體運(yùn)用 設(shè)計(jì)意圖第一課時(shí)直接引入(1分鐘) 在日常生活中,控制具有十分重要的意義,我們今天從實(shí)際應(yīng)用出發(fā),學(xué)習(xí)幾個(gè)簡單的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 認(rèn)真聽講打開書本 直接引入題目,便于學(xué)生積極思考。開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(15分鐘) 【案例分析】電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與學(xué)生一起分析,這個(gè)系統(tǒng)要達(dá)到的目的是什么?控制的對(duì)象是什么?被控對(duì)象有哪些特性?被控量和控制量分別是什么?外界的干擾因素是什么?設(shè)計(jì)要求:電吹風(fēng)能根據(jù)不同檔位輸出不同種類的風(fēng).設(shè)計(jì)分析:被控對(duì)象——電吹風(fēng);被控量——風(fēng)的速度和溫度;控制量——電機(jī)的電壓;干擾因素——房間溫度、電源電壓的波動(dòng)……工作過程:電吹風(fēng)將其內(nèi)部電熱絲的熱量通過一個(gè)小風(fēng)扇擴(kuò)散出去方框圖: 【討論】普通電風(fēng)扇控制系統(tǒng)的設(shè) 教師引導(dǎo)學(xué)生參與討論電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)同組學(xué)生討論電風(fēng)扇控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 幻燈片 通過現(xiàn)實(shí)生活中的案例,使學(xué)生體會(huì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路,激發(fā)學(xué)生的好奇心和主動(dòng)學(xué)習(xí)的欲望。加深對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路的理解閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(17分鐘) 【案例分析】抽水馬桶水箱的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與學(xué)生一起分析,這個(gè)系統(tǒng)要達(dá)到的目的是什么?控制的對(duì)象是什么?被控對(duì)象有哪些特性?被控量和控制量分別是什么?外界的干擾因素是什么?設(shè)計(jì)要求:1.當(dāng)水箱水位低于某一指定高度時(shí),進(jìn)水口立即進(jìn)水。2.當(dāng)水箱水位達(dá)到某一指定高度時(shí),進(jìn)水口停止進(jìn)水。3.控制系統(tǒng)對(duì)控制精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性均沒有特別要求。設(shè)計(jì)分析:根據(jù)設(shè)計(jì)要求,選擇閉環(huán)控制系統(tǒng)。被控對(duì)象是抽水馬桶的水箱被控量是抽水馬桶水箱水位的高度控制量是進(jìn)水管的水流量(即進(jìn)水量)主要干擾因素是水箱的出水流量。方案構(gòu)思:采用浮球作為水位高度的檢測裝置。當(dāng)水箱的水位低于某個(gè)高度時(shí),出現(xiàn)了水位差,這個(gè)信號(hào)通過浮球、連桿機(jī)構(gòu)傳給進(jìn)水閥,使進(jìn)水閥打開,從而水箱進(jìn)水;當(dāng)水箱水位達(dá)到水箱的某個(gè)高度時(shí),水位差為零,進(jìn)水閥關(guān)閉。方框圖:【討論】在上述案例中,如果要節(jié)約用水,減少水箱每次沖水的量,你能設(shè)計(jì)哪幾種方案?閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本要求:1、閉環(huán)控制系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的;2、系統(tǒng)的輸出量與給定值之差應(yīng)控制在允許的范圍之內(nèi);3、要有較好的抗干擾性能; 理解抽水馬桶水箱自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、參與討論問題同組同學(xué)討論 這個(gè)控制系統(tǒng),學(xué)生都有使用的經(jīng)驗(yàn),拿出來加以分析,學(xué)生更容易理解。通過討論活動(dòng),加深對(duì)這個(gè)控制系統(tǒng)的理解控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路(10分鐘) 【教師】接下來請(qǐng)同學(xué)們以小組為單位,來討論并總結(jié)一下控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路。控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路: 1、系統(tǒng)要達(dá)到的目的? 2、所要控制的對(duì)象、被控對(duì)象的特性?(被控對(duì)象的特性往往難以直接得到,通常是通過了解被控對(duì)象的輸入與輸出之間的關(guān)系來分析它的基本特性,從而確定控制器的運(yùn)算方式。)3、被控量和控制量?(被控量和控制量的確定是控制方案的關(guān)鍵,對(duì)于簡單控制系統(tǒng),需要控制的量往往被確定為被控量,控制量應(yīng)選擇可控制的、對(duì)抑制干擾因素和保持系統(tǒng)穩(wěn)定有明顯作用的量。)4、外界的主要干擾因素?(一個(gè)控制系統(tǒng)中可能同時(shí)存在若干個(gè)干擾因素,需要分清主次,找出對(duì)系統(tǒng)影響最大的干擾因素。)5、怎樣的方案既達(dá)到目的、又經(jīng)濟(jì)、易于實(shí)現(xiàn)?(為達(dá)到實(shí)現(xiàn)控制的目的,應(yīng)采用易于實(shí)現(xiàn)的控制方式,降低控制成本、減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響等)6、如何選擇設(shè)備和元件?(注意在選擇元器件時(shí)要優(yōu)先考慮標(biāo)準(zhǔn)件的使用)明確了以上問題之后:(1)要根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)對(duì)控制精度的要求以及條件的可行性來確定是用開環(huán)控制系統(tǒng)還是閉環(huán)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)所要最終達(dá)到的目的。(2)畫出控制系統(tǒng)方框圖。(3)畫出必要的設(shè)計(jì)圖紙(控制電路設(shè)計(jì)或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))和實(shí)施圖紙,撰寫設(shè)計(jì)說明書等。 學(xué)生討論并歸納控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路 學(xué)生通過前面兩個(gè)案例的分析,對(duì)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)所要明確的問題已經(jīng)有所了解,再討論歸納從而加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解小結(jié)(2分鐘) 教師引導(dǎo) 學(xué)生歸納、整理本課內(nèi)容 鞏固本節(jié)課內(nèi)容作業(yè) 畫自行車發(fā)電看電視的方框圖并分析其中的技術(shù)和原理第二課時(shí)復(fù)習(xí)導(dǎo)入案例分析 二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例我們了解了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路,我們一起來回憶一下。下面我們一起來分析和了解控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例【案例分析】自動(dòng)升旗簡易控制裝置的設(shè)計(jì)針對(duì)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)分析,再分析各方案的特點(diǎn),然后選出較容易實(shí)現(xiàn)的方案,繪制控制系統(tǒng)方框圖,并完成設(shè)計(jì),最后展示評(píng)價(jià)。 學(xué)生回答閱讀案例積極思考完成設(shè)計(jì) 復(fù)習(xí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路培養(yǎng)學(xué)生形成多種控制方案的意識(shí),同時(shí)體會(huì)控制5、 教學(xué)流程圖新課引入——開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)——閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)——控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路——自動(dòng)升旗簡易控制裝置的設(shè)計(jì)6、 教學(xué)反思通過一些具體的生活實(shí)例導(dǎo)入有關(guān)控制的設(shè)計(jì)方法,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題,由易到難,在學(xué)生自己設(shè)計(jì)的過程中達(dá)到突破難點(diǎn),實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的目的(共31張PPT)第四單元 控制與設(shè)計(jì)第四節(jié) 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施《控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施》是控制與設(shè)計(jì)全單元教學(xué)內(nèi)容的綜合和總結(jié),也是控制思想方法的集中體現(xiàn)。這一節(jié)的教學(xué)不僅需要學(xué)生對(duì)開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程和工作原理有較好的了解,還需要熟悉控制系統(tǒng)的組成和各環(huán)節(jié)的作用。因此,在整個(gè)單元中本節(jié)的教學(xué)具有總結(jié)、鞏固和提高的作用。教材分析教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能:1.了解簡單的被控對(duì)象的基本特性,能確定被控量、控制量,畫出控制系統(tǒng)的方框圖,并形成初步的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案。2.能根據(jù)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,或者根據(jù)簡單閉環(huán)控制系統(tǒng)的方案進(jìn)行模擬實(shí)施,學(xué)會(huì)調(diào)試運(yùn)行,提出改進(jìn)方案。過程與方法:通過對(duì)電吹風(fēng)和抽水馬桶案例的分析,掌握形成初步的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的思想方法。情感態(tài)度與價(jià)值觀:通過自動(dòng)升旗簡易控制裝置的設(shè)計(jì),培養(yǎng)不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的意識(shí),體驗(yàn)控制的樂趣。重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn):設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)應(yīng)明確的問題;對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求; 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思想方法。難點(diǎn):設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)應(yīng)明確的問題的 分析;控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想方法。經(jīng)過前面內(nèi)容的學(xué)習(xí),學(xué)生比較清楚控制系統(tǒng)中的各個(gè)組成環(huán)節(jié),對(duì)于一些簡單的控制已經(jīng)能畫出方框圖,但是在專業(yè)知識(shí)方面還是比較欠缺,所以很難形成完整的設(shè)計(jì)方案,特別是在課堂上制作出實(shí)際的控制裝置更為困難。學(xué)情分析主要通過案例分析的方法聯(lián)系生活實(shí)際展開教學(xué)教學(xué)方法教學(xué)過程直接引入2開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(電吹風(fēng))控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路升旗簡易控制裝置的設(shè)計(jì)12閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(抽水馬桶水箱)345(一)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【案例分析】電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)目的:根據(jù)不同檔位輸出不同種類的風(fēng)被控對(duì)象:被控量:控制量:干擾因素:電吹風(fēng)風(fēng)的速度和溫度電機(jī)電壓房間溫度、電壓電壓的波動(dòng)(一)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)控制工作過程:電吹風(fēng)將其內(nèi)部電熱絲的熱量通過一個(gè)小風(fēng)扇擴(kuò)散出去設(shè)定電吹風(fēng)的擋位(輸入)電機(jī)、風(fēng)扇、電熱絲風(fēng)的速度和溫度(輸出)討論:普通電風(fēng)扇控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(一)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)被控對(duì)象:被控量:控制量:電風(fēng)扇電風(fēng)扇輸出的風(fēng)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(二)閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【案例分析】抽水馬桶水箱的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求:當(dāng)水箱水位低于某一指定高度時(shí),進(jìn)水口立即進(jìn)水。當(dāng)水箱水位達(dá)到某一指定高度時(shí),進(jìn)水口停止進(jìn)水。控制系統(tǒng)對(duì)控制精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性均沒有特別要求。設(shè)計(jì)分析:根據(jù)設(shè)計(jì)要求,選擇閉環(huán)控制系統(tǒng)。被控對(duì)象:被控量:控制量:主要干擾因素:(二)閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)抽水馬桶的水箱抽水馬桶水箱水位的高度進(jìn)水管的水流量(即進(jìn)水量)水箱的出水流量。(二)閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案構(gòu)思:水位高度的檢測裝置——浮球當(dāng)水箱的水位低于某個(gè)高度時(shí),出現(xiàn)了水位差,這個(gè)信號(hào)通過浮球、連桿機(jī)構(gòu)傳給進(jìn)水閥,使進(jìn)水閥打開,從而水箱進(jìn)水;當(dāng)水箱水位達(dá)到水箱的某個(gè)高度時(shí),水位差為零,進(jìn)水閥關(guān)閉。給定水位(設(shè)定值)杠桿(控制器)進(jìn)水閥門(執(zhí)行器)浮球(檢測裝置)水箱(被控對(duì)象)進(jìn)水量水箱水位(被控量)﹢﹣在上述案例中,如果要節(jié)約用水,減少水箱每次沖水的量,你能設(shè)計(jì)哪幾種方案?(二)閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(二)閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的要求:(1)系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的。一是工作時(shí)要穩(wěn)定,二是干擾出現(xiàn)時(shí)要穩(wěn)定,這個(gè)穩(wěn)定是通過調(diào)節(jié)而出現(xiàn)的穩(wěn)定。(2)控制精度要符合要求,即系統(tǒng)的輸出值與給定值之差應(yīng)控制在允許的范圍之內(nèi)。(3)有較好的抗干擾性能。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)備、元件等控制系統(tǒng)的方案選擇分析被控對(duì)象的主要特征明確控制的目的確定被控量、控制量分析主要的干擾因素。。。 。。。一、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中,被控對(duì)象的特性往往難以直接得到,通常是通過了解被控對(duì)象的輸入與輸出之間的關(guān)系來分析它的基本特性,從而確定控制器的運(yùn)算方式(暗箱方法)。分析被控對(duì)象的主要特性確定被控量、控制量被控量和控制量的確定是控制方案的關(guān)鍵,對(duì)于簡單控制系統(tǒng),需要控制的量往往被確定為被控量,控制量應(yīng)選擇可控制的、對(duì)抑制干擾因素和保持系統(tǒng)穩(wěn)定有明顯作用的量。分析主要的干擾因素一個(gè)控制系統(tǒng)中可能同時(shí)存在若干個(gè)干擾因素,需要分清主次,找出對(duì)系統(tǒng)影響最大的干擾因素。控制系統(tǒng)的方案選擇為達(dá)到實(shí)現(xiàn)控制的目的,應(yīng)采用易于實(shí)現(xiàn)的控制方式,降低控制成本、減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響等 。(1)要根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)對(duì)控制精度的要求以及條件的可行性來確定是用開環(huán)控制系統(tǒng)還是閉環(huán)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)最終所要達(dá)到的目的。(2)畫出控制系統(tǒng)方框圖。(3)畫出必要的設(shè)計(jì)圖紙(控制電路設(shè)計(jì)或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))和實(shí)施圖紙,撰寫設(shè)計(jì)說明書等。明確了以上問題之后:作業(yè):畫出“自行車——發(fā)電——電視機(jī)”這一過程的方框圖分析其中的技術(shù)和原理二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例【案例分析】升旗簡易控制裝置的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求:在國歌播放的時(shí)間內(nèi),控制國旗勻速上升到旗桿的頂端。選擇適當(dāng)?shù)目刂品桨笇?shí)現(xiàn)控制。選用成本低,易于獲取的元件、設(shè)備和材料。二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例設(shè)計(jì)分析:采用開環(huán)控制系統(tǒng)被控對(duì)象:國旗被控量:上升的速度控制量:電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與停止(或速度)二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例提出方案:(方案A)1、采用機(jī)械定時(shí)器、直流電動(dòng)機(jī)、直流電源、滑輪等元件實(shí)現(xiàn)。其中,機(jī)械定時(shí)器相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)的開關(guān)。2、測得國歌播放的時(shí)間和旗桿的長度,確定定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間并預(yù)估電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)時(shí)間、旗桿長度和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,選擇滑輪的直徑。3、將機(jī)械定時(shí)器、直流電源和電動(dòng)機(jī)串聯(lián)在一個(gè)回路中。方案A的特點(diǎn):在控制上采用機(jī)械裝置,對(duì)電子知識(shí)要求不高,但啟動(dòng)時(shí)不容易同步。二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例提出方案:(方案B)1、采用成品的電子定時(shí)器、直流電源、滑輪等元器件實(shí)現(xiàn)。2、用電子定時(shí)器代替機(jī)械定時(shí)器,其他與方案A相同。特點(diǎn):此方案同樣有啟動(dòng)不容易同步的問題,但定時(shí)器的精度較高。二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例提出方案:(方案C)1、采用自制的電子定時(shí)器、帶有可調(diào)速電路的電動(dòng)機(jī)、直流電源、滑輪等元器件實(shí)現(xiàn)。2、將自制的電子定時(shí)器、直流電源和帶有可調(diào)速電路的電動(dòng)機(jī)串聯(lián)在一個(gè)回路中。特點(diǎn):可以增加學(xué)生的知識(shí)面,但需要補(bǔ)充電子線路的知識(shí),比較費(fèi)時(shí),課時(shí)難以保證。二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例提出方案(方案D)1、采用CD唱機(jī)(含有觸發(fā)電路)、電動(dòng)機(jī)、直流電源、滑輪等元器件和設(shè)備。2、從CD唱機(jī)中引出音頻信號(hào),將CD唱機(jī)(含有觸發(fā)電路)、直流電源和電動(dòng)機(jī)串聯(lián)在電路中。特點(diǎn):不需要外加定時(shí)器,而用音頻信號(hào)直接控制電動(dòng)機(jī),能減少時(shí)間上的誤差。二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例1、采用機(jī)械定時(shí)器、直流電動(dòng)機(jī)、直流電源、滑輪等元件實(shí)現(xiàn)。其中,機(jī)械定時(shí)器相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)的開關(guān)。 2、測得國歌播放的時(shí)間和旗桿的長度,確定定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間并預(yù)估電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)時(shí)間、旗桿長度和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,選擇滑輪的直徑。 3、將機(jī)械定時(shí)器、直流電源和電動(dòng)機(jī)串聯(lián)在一個(gè)回路中。 定時(shí)時(shí)間(輸入量)定時(shí)裝置(控制器)電動(dòng)機(jī)(執(zhí)行器)滑輪國旗(被控對(duì)象)升旗速度(輸出量)轉(zhuǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖:你認(rèn)為哪種方案最容易實(shí)現(xiàn)?方案A二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例小組合作,組裝機(jī)械傳動(dòng)部分,連接控制電路,調(diào)試升旗速度 展開更多...... 收起↑ 資源列表 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施.ppt 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施教學(xué)設(shè)計(jì).doc 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫