資源簡介

(共32張PPT)
控制系統的設計與實施
設計項目：衣柜自控燈的設計
設計要求：開門燈即亮，關門就會自動熄滅。
被控對象是什么？
控制的目的是什么？
這種燈用在什么地方？環境怎樣？
這樣的燈應如何工作？被控量和控制量分別是什么？
有什么其他因素會干擾燈的正常工作？
依據你的判斷，能提出一種設計方案嗎？
一、控制系統設計的一般思路
控制系統
設計
明確控制的目的
確定被控量、控制量
分析被控對象
的主要特性
控制系統的調試
運行和評價
分析主要的干擾因素
控制系統方案的選擇
系統的成本分析
……
實施控制系統所需的設備、元件等
衣柜自控燈設計分析
　自控燈的控制工作過程：
　燈安裝在衣柜內，開門燈即亮，關門就會自動熄滅。
自控燈
開門——有電流，燈亮
關門——無電流，燈滅
通過改變什么，實現燈的亮與滅？
2.方案構思
選擇開環控制系統實現自控燈的控制要求。
確定了控制系統的設計方案后，畫出必要的電器線路圖，選擇適當型號的元件和配件，進行組裝、調試。
3.方案的呈現
根據給定的材料，呈現小組方案。
4.分組實踐
根據設計方案和已給材料(各種電子開關、燈泡、雙金屬片等)，組裝衣柜自控燈模型。
5.展示與點評
展示部分小組作品并調試。
6.拓展與延伸：
這類控制設計方案，除了用在衣櫥上，還可以用在哪里？
開關
燈泡
門的
開關
燈亮
滅
思考
如果把被控對象換成電鈴，那么它又可做成什么？
如果把執行器開關換成聲控開關的話，它又可做成什么？
如果把執行器開關換成光控開關的話，它又可做成什么？
案例：抽水馬桶
觀察模型的演示，閱讀教材，陳述其工作過程。提出下列問題：
(1)被控對象是什么？
(2)控制目的是什么？
(3)被控量是什么？控制量是什么？
(4)為什么采用閉環控制方式？
(5)被控量與控制量之間是如何實現反饋的？
(6)如果要節約用水，減少水箱每次沖水量，你能設計哪幾種方案？
案例分析：抽水馬桶水箱的自動控制系統的設計
設計項目：抽水馬桶水箱的自動控制系統
設計要求：
1.當水箱中的水位低與某一指定的高度時，進水口立即進水。
2.當水箱中的水位高與某一指定的高度時，進水口立即停止進水。
3.控制系統對控制精度和系統的穩定性均沒有特別的要求。
設計分析
1.從設計要求來看，這是一種自動控制，因此選擇閉環控制系統。
2.被控對象是抽水馬桶的水箱，被控量是抽水馬桶水箱水位的高度，控制量是進水管的水流量(即進水量)，水箱水位的高度與進水量之間呈曲線關系。
3.主要干擾因素水水箱的流水量。采用浮球作為水位高度的檢測裝置。當水箱中的水位低與某一指定的高度時，出現了水位差(給定的水位高度與實際高度之差)，這個信號通過浮球、連桿機構傳給進水閥，使進水閥打開，從而水箱進水；當水箱中的水位高與某一指定的高度時，水位差為零，進水閥關閉。
水箱水位的控制過程
撥動沖水旋扭，使出水閥打開，水箱沖水。與此同時，進水閥打開，水箱進水，直到指定水位時，進水閥關閉。
給定水位
杠桿比較
進水閥門
水箱
水位
浮球
+
-
控制過程方框圖
二、控制系統的設計實施案例
升旗簡易控制裝置的設計
設計要求：
在國歌播放的時間內，控制國旗運輸上升到旗桿的頂端。
選擇適當的控制方案實現控制；選用成本低，易于獲取的元件、設備和材料的模型。
采用開環控制系統，被控對象是國旗，被控量是上升的速度，控制量是電動機的轉動與停止（或速度）。
這一開環控制系統由計時裝置和控制升旗的裝置共同完成。
計時裝置和控制升旗裝置的實現可以有多種方案。例如，采用機械定時器和電動機實現；采用成品電子定時器和電動機實現，采用自制電子定時器和帶有可調速電路的電動機實現；采用音頻信號、觸發電路和電動機實現。
采用任何一種方案實現控制，都要經過若干次調試，直到符合設計要求為止。
設計分析
機械定時器(或電子定時器、自制的電子定時器、CD唱機)，旗桿，滑輪，卷筒，變速齒輪箱，電動機調速器，直流電源等。
機械定時器
555定時器
設計準備
設計方案A
1.采用機械定時器、直流電動機、直流電源、滑輪等元件實現。其中機械定時器相當于電動機的開關。
2.測得國歌播放時間和旗桿長度，確定定時器的定時時間并預估電動機的轉速。根據時間、旗桿長度和電動的轉速，選擇滑輪的直徑。
3.將機械定時器、直流電源和電動機串聯在一個回路中。
4.初始狀態使國旗在旗桿底端。在國歌播放的同時啟動機械定時器，電動機開始轉動并帶動滑輪運動，使國旗上升。當定時器計時停止時，斷開電源使電動機停止轉動，此時國旗應該正好升至桿頂。如果升旗速度與國歌的播放時間之間存在誤差，則需要重新調整滑輪的直徑，直到符合要求。
5.為使系統在非正常狀態下保證旗幟的升降，還需要在電路中并聯一個手動開關，當控制系統出現故障時，使用手動開關直接控制電動機的轉動與停止。機械定時器靠手動旋轉實現定時，定時的精確度略低，但只要細心操作可以滿足要求的。
方案B
采用成品的電子定時器、直流電動機、直流電動機、直流電源、滑輪等元件實現。
用電子定時器代替機械定時器，其他步驟參照方案A。
電子定時器比機械定時器的定時精確度高，所以對操作者的要求相對低一些。
方案C
1.采用自制的電子定時器、帶有可調速電路的電動機、直流電源、滑輪等元件實現。
2.測得國歌播放時間和旗桿長度，確定定時器的定時時間并預估電動機的轉速。根據時間、旗桿長度和電動的轉速，選擇滑輪的直徑。
3.將自制的電子定時器、直流電源和電動機串聯在一個回路中。其中，自制的電子定時器可根據學校實驗室現有的元件、設備和已知電路進行制作，如可用555時基電路制作定時器，通過定時器控制的繼電器來控制電動機的轉動與停止；采用TWH8752開關電路制作電動機的可調速電路。
4.在調速電路中并聯一個手動按鈕SW2，用于在出現故障時能升降旗幟。
5.初始狀態使國旗在旗桿底端。在國歌播放的同時啟動自制的電子定時器，電動機開始轉動并帶動滑輪運動，使國旗上升。當定時器計時停止時，斷開電源使電動機停止轉動，此時國旗應該正好升至桿頂。如果升旗速度與國歌的播放時間之間存在誤差，則需要重新調整滑輪的直徑，直到符合要求。
方案D
1.采用CD唱機(含有觸發電路)、電動機、直流電源、滑輪等元件實現。
2.測得國歌播放時間和旗桿長度，預估電動機的轉速。根據時間、旗桿長度和電動的轉速，選擇滑輪的直徑。
3.從CD唱機中引出音頻信號，將CD唱機(含有觸發電路)、電動機、直流電源串聯在電路中。
4.初始狀態使國旗在旗桿底端。當啟動CD唱機播放國歌時，音頻信號觸發電路帶動電動機轉動，使滑輪運動，國旗勻速上升；當國歌播放結束、沒有音頻信號時，電動機停止轉動，此時國旗應該正好升至桿頂。如果升旗速度與國歌的播放時間之間存在誤差，則需要重新調整滑輪的直徑，直到符合要求。
5.在啟停電動機的電路中并聯一個手動按鈕SW2，用于在出現故障時能升降旗幟。這一方案的特點是，不需要外加定時器，而用音頻信號直接控制電動機，減少了時間上的誤差。
1.明確控制的目的
2.分析被控對象的主要特性，確定被控量、控制量
(1)該控制系統被控對象是什么？被控量是什么？
(2)窗戶的開關通常有哪幾種方式？采用哪種開關方式，怎樣控制比較合理？
設計項目：雨天自動關窗系統
是否下雨
傳感器
控制電路
電動機
開
關
窗戶
3.畫出控制系統方框圖
1.窗戶的運動方式：平移、轉動
2.電機與窗戶連接方式：
a.齒輪與齒條連接
b.共軸連接
c.滑輪繩子連接
3.濕度檢測電路：濕敏電阻、自制濕度傳感器
結構安裝
1.控制調試
(1)調試機械聯接是否穩固
(2)調試窗戶移動（開關）是否到位
(3)調試濕度檢測是否靈敏
2.評估自己的方案
3.優化改進自己的方案
(1)如何增加濕度檢測的靈敏度和準確度
(2)如何實現自動控制和人式控制兩種方式并存，使控制有更大的適應性
(3)如何克服窗戶移動距離可能存在的誤差
調試改進
謝 謝

展開更多......

收起↑