資源簡(jiǎn)介

課件58張PPT。第四單元 控制與設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施
（共3課時(shí)）控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施一、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例第1課時(shí) 引入：
要設(shè)計(jì)一種自動(dòng)開(kāi)關(guān)的節(jié)能燈控制系統(tǒng)，如何展開(kāi)我們的設(shè)計(jì)思路？需要從哪些方面著手考慮問(wèn)題呢？被控對(duì)象是什么？
控制的目的是什么？
這種燈用在什么地方？環(huán)境怎樣？
這樣的燈應(yīng)如何工作？被控量和控制量分別是什么？
有什么其他因素會(huì)干擾燈的正常工作？依據(jù)你的判斷，能提出一種設(shè)計(jì)方案嗎？1.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路：案例：電吹風(fēng)風(fēng)速控制（1）被控對(duì)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）需要哪些零部件組成控制系統(tǒng)？（5）有哪些干擾因素會(huì)影響到控制系統(tǒng)的工作？影響的程度有多大？（6）你認(rèn)為,控制系統(tǒng)各部件的設(shè)計(jì)還與什么有關(guān)?⑴ 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)明確設(shè)計(jì)要求。
明確被控對(duì)象、被控量和控制量。
考慮控制系統(tǒng)的方案。設(shè)計(jì)要求：電吹風(fēng)能根據(jù)不同的擋位（如冷風(fēng)擋、熱風(fēng)擋）輸出不同種類的風(fēng)。
設(shè)計(jì)分析：電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的被控對(duì)象是電吹風(fēng)裝置，被控量是風(fēng)的速度和溫度，控制量是電機(jī)電壓，干擾因素是房間溫度、電源電壓的波動(dòng)等。電吹風(fēng)分控制工作過(guò)程：電吹風(fēng)是要將其內(nèi)部電熱絲的熱量通過(guò)一個(gè)小電風(fēng)扇擴(kuò)散出去。方案構(gòu)思：選擇開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電吹風(fēng)的控制要求。
設(shè)定風(fēng)的擋位就設(shè)定了電機(jī)的電壓和電熱絲的阻值，接通電源后，電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的風(fēng)通過(guò)電吹風(fēng)的電熱絲，輸出的就是與設(shè)定的風(fēng)種相對(duì)應(yīng)的風(fēng)。電機(jī)、風(fēng)扇、電熱絲設(shè)定電吹風(fēng)的擋位（輸入）風(fēng)的速度和溫度（輸出）。試驗(yàn)過(guò)程：1.畫(huà)出電吹風(fēng)的電路設(shè)計(jì)圖；2.選擇擋位打開(kāi)開(kāi)關(guān)演示電吹風(fēng)的工作過(guò)程；3.知識(shí)延伸：如果設(shè)定了熱風(fēng)擋之后又需要分強(qiáng)風(fēng)擋和弱風(fēng)擋如何進(jìn)行設(shè)計(jì)。案例：抽水馬桶觀察模型的演示，閱讀教材，陳述其工作過(guò)程。提出下列問(wèn)題：（1）被控對(duì)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(huán)控制方式？（5）被控量與控制量之間是如何實(shí)現(xiàn)反饋的？（6）如果要節(jié)約用水，減少水箱每次沖水量，你能設(shè)計(jì)哪幾種方案？⑵ 閉環(huán)控制系統(tǒng)：① 一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)要正常工作，首先必須是穩(wěn)定的。
② 控制系統(tǒng)的控制精度必須符合要求，即系統(tǒng)的輸出量與給定量之差應(yīng)控制在允許的范圍之內(nèi)。
③ 閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)有較好的抗干擾性能。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)項(xiàng)目：抽水馬桶水箱的自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：1.當(dāng)水箱中的水位低與某一指定的高度時(shí)，進(jìn)水口立即進(jìn)水。2.當(dāng)水箱中的水位高與某一指定的高度時(shí)，進(jìn)水口立即停止進(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(méi)有特別的要求。設(shè)計(jì)分析：1.從設(shè)計(jì)要求來(lái)看，這是一種自動(dòng)控制，因此選擇閉環(huán)控制系統(tǒng)。2.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），水箱水位的高度與進(jìn)水量之間呈曲線關(guān)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(cè)裝置。當(dāng)水箱中的水位低與某一指定的高度時(shí)，出現(xiàn)了水位差（給定的水位高度與實(shí)際高度之差），這個(gè)信號(hào)通過(guò)浮球、連桿機(jī)構(gòu)傳給進(jìn)水閥，使進(jìn)水閥打開(kāi)，從而水箱進(jìn)水；當(dāng)水箱中的水位高與某一指定的高度時(shí)，水位差為零，進(jìn)水閥關(guān)閉。水箱水位的控制過(guò)程： 撥動(dòng)沖水旋扭，使出水閥打開(kāi)，水箱沖水。與此同時(shí)，進(jìn)水閥打開(kāi)，水箱進(jìn)水，直到指定水位時(shí)，進(jìn)水閥關(guān)閉。給定水位杠桿比較進(jìn)水閥門(mén)水箱水位浮球+- 控制過(guò)程方框圖：
小結(jié)：?一、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路
系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)？
控制的對(duì)象？
被控對(duì)象的特性？
被控量和控制量？
外界的主要干擾因素？
?怎樣的方案既達(dá)到目的、又經(jīng)濟(jì)、易于實(shí)現(xiàn)？
?設(shè)備和元件？1.選擇開(kāi)環(huán)還是閉環(huán)要根據(jù)控制系統(tǒng)的精度要求和條件的可行性而定
2.找出控制系統(tǒng)的干擾因素，并分清主次，找出最大的干擾因素
3.要確定控制量和被控量
4.執(zhí)行器和檢測(cè)裝置的選擇: 一是要根據(jù)控制量和被控量的需求，二是根據(jù)控制條件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需滿足的基本條件:能達(dá)到控制的目的
采用易于實(shí)現(xiàn)的方式
降低控制成本
減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響教學(xué)資料： 1.控制的函義人們按照自己的意愿或目的，通過(guò)一定的手段，使事物向期望的目標(biāo)發(fā)展。2.控制的分類（1）從控制過(guò)程中人工干預(yù)的情形來(lái)分：人工控制、自動(dòng)控制；
（2）按照?qǐng)?zhí)行部件的不同來(lái)分：機(jī)械控制、氣動(dòng)控制、液壓控制、電子控制等。3.控制系統(tǒng)（1）控制系統(tǒng)的函義：任何一個(gè)控制的實(shí)現(xiàn)，都要通過(guò)若干個(gè)環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)就構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng)。
（2）控制系統(tǒng)的分類：由于控制的方式不同，自動(dòng)控制又有：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)之分。4.開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)（1）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)函義：控制系統(tǒng)的輸出量不對(duì)系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響，這種控制系統(tǒng)稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。（2）控制系統(tǒng)方框圖：在控制系統(tǒng)中，為了分析的方便，常采用方框來(lái)表示系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，用單向信號(hào)線表示系統(tǒng)信號(hào)傳遞的方向，它表示了系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中的位置、功能和相互之間的關(guān)系。（3）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖：控制器執(zhí)行器被控對(duì)象控制量輸入量輸出量。5.閉環(huán)控制系統(tǒng)（1）閉環(huán)控制系統(tǒng)函義：我們把系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對(duì)控制過(guò)程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖：控制器、執(zhí)行器、被控對(duì)象、控制量、輸入量、輸出量、檢測(cè)裝置、＋、－。6.干擾因素在控制系統(tǒng)中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素稱為干擾因素。7.反饋的涵義控制系統(tǒng)中，將輸出量通過(guò)適當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置返回輸入端與輸入量進(jìn)行比較的過(guò)程。8、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較① 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)：控制精度相對(duì)比較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用與控制精度要求不高而系統(tǒng)本身元件又比較穩(wěn)定的場(chǎng)合。
② 閉環(huán)控制系統(tǒng)：控制精度高，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，構(gòu)成控制系統(tǒng)的成本較高，適用與要求高精度和高可靠性的場(chǎng)合。9.不同閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求① 一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)要正常工作，首先必須是穩(wěn)定的。
② 控制系統(tǒng)的控制精度必須符合要求，即系統(tǒng)的輸出量與給定量之差應(yīng)控制在允許的范圍之內(nèi)。
③ 閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)有較好的抗干擾性能。第2課時(shí)自動(dòng)升旗簡(jiǎn)易控制裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)施1.明確設(shè)計(jì)的要求，明確控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目標(biāo)。
2.提出多個(gè)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行分析、權(quán)衡、比較，確定一個(gè)相對(duì)較好方案。
3.動(dòng)手安裝、調(diào)試升旗控制系統(tǒng)。
4.撰寫(xiě)試驗(yàn)報(bào)告、自我評(píng)價(jià)和小結(jié)。設(shè)計(jì)要求：1.在國(guó)歌播放的時(shí)間內(nèi)，控制國(guó)旗勻速上升到旗桿的頂端；2.選擇恰當(dāng)?shù)目刂品桨笇?shí)現(xiàn)控制；3.選用成本低、易于獲取的元件、設(shè)備和材料制作模型。設(shè)計(jì)分析：1.采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，被控對(duì)象是國(guó)旗，被控量是上升的速度，控制量是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與停止（或速度）。2.這一開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)由計(jì)時(shí)裝置和控制升旗的裝置共同組成。3.計(jì)時(shí)裝置和控制升旗裝置的實(shí)現(xiàn)可以有多種方案，例如，采用機(jī)械定時(shí)器和電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，采用成品電子定時(shí)器和電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，采用自制電子定時(shí)器和帶可調(diào)速電路的電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，采用音頻信號(hào)、觸發(fā)電路和電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。4.采用任何一種方案實(shí)現(xiàn)，都要經(jīng)過(guò)若干次調(diào)試，直到符合設(shè)計(jì)要求為止。設(shè)計(jì)準(zhǔn)備：機(jī)械定時(shí)器（或電子定時(shí)器、自制電子定時(shí)器、CD唱機(jī)），旗桿，滑輪，卷筒，變速齒輪箱，電動(dòng)機(jī)調(diào)速器，直流電源。設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)。
2.測(cè)得國(guó)歌播放時(shí)間和旗桿長(zhǎng)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(zhǎng)度和電動(dòng)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。4.初始狀態(tài)使國(guó)旗在旗桿底端。在國(guó)歌播放的同時(shí)啟動(dòng)機(jī)械定時(shí)器，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)滑輪運(yùn)動(dòng)，使國(guó)旗上升。當(dāng)定時(shí)器計(jì)時(shí)停止時(shí)，斷開(kāi)電源使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)國(guó)旗應(yīng)該正好升至桿頂。如果升旗速度與國(guó)歌的播放時(shí)間之間存在誤差，則需要重新調(diào)整滑輪的直徑，直到符合要求。設(shè)計(jì)方案A：5.為使系統(tǒng)在非正常狀態(tài)下保證旗幟的升降，還需要在電路中并聯(lián)一個(gè)手動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，使用手動(dòng)開(kāi)關(guān)直接控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與停止。機(jī)械定時(shí)器靠手動(dòng)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，定時(shí)的精確度略低，但只要細(xì)心操作可以滿足要求的。設(shè)計(jì)方案A：方案B：采用成品的電子定時(shí)器、直流電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、直流電源、滑輪等元件實(shí)現(xiàn)。
用電子定時(shí)器代替機(jī)械定時(shí)器，其他步驟參照方案A。電子定時(shí)器比機(jī)械定時(shí)器的定時(shí)精確度高，所以對(duì)操作者的要求相對(duì)低一些。方案C：1.采用成品的電子定時(shí)器、帶有可調(diào)速電路的電動(dòng)機(jī)、直流電源、滑輪等元件實(shí)現(xiàn)。
2.測(cè)得國(guó)歌播放時(shí)間和旗桿長(zhǎng)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(zhǎng)度和電動(dòng)的轉(zhuǎn)速，選擇滑輪的直徑。
3.將自制的電子定時(shí)器、直流電源和電動(dòng)機(jī)串聯(lián)在一個(gè)回路中。其中，自制的電子定時(shí)器可根據(jù)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的元件、設(shè)備和已知電路進(jìn)行制作，如可用555時(shí)基電路制作定時(shí)器，通過(guò)定時(shí)器控制的繼電器來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與停止；采用TWH8752開(kāi)關(guān)電路制作電動(dòng)機(jī)的可調(diào)速電路。方案C：4.在調(diào)速電路中并聯(lián)一個(gè)手動(dòng)按鈕SW2，用于在出現(xiàn)故障時(shí)能升降旗幟。
5.初始狀態(tài)使國(guó)旗在旗桿底端。在國(guó)歌播放的同時(shí)啟動(dòng)自制的電子定時(shí)器，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)滑輪運(yùn)動(dòng)，使國(guó)旗上升。當(dāng)定時(shí)器計(jì)時(shí)停止時(shí)，斷開(kāi)電源使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)國(guó)旗應(yīng)該正好升至桿頂。如果升旗速度與國(guó)歌的播放時(shí)間之間存在誤差，則需要重新調(diào)整滑輪的直徑，直到符合要求。（自動(dòng)升旗簡(jiǎn)易控制裝置電路圖）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、滑輪等元件實(shí)現(xiàn)。
2.測(cè)得國(guó)歌播放時(shí)間和旗桿長(zhǎng)度，預(yù)估電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)時(shí)間、旗桿長(zhǎng)度和電動(dòng)的轉(zhuǎn)速，選擇滑輪的直徑。
3.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）、電動(dòng)機(jī)、直流電源串聯(lián)在電路中。方案D：4.初始狀態(tài)使國(guó)旗在旗桿底端。當(dāng)啟動(dòng)CD唱機(jī)播放國(guó)歌時(shí)，音頻信號(hào)觸發(fā)電路帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使滑輪運(yùn)動(dòng)，國(guó)旗勻速上升；當(dāng)國(guó)歌播放結(jié)束、沒(méi)有音頻信號(hào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)國(guó)旗應(yīng)該正好升至桿頂。如果升旗速度與國(guó)歌的播放時(shí)間之間存在誤差，則需要重新調(diào)整滑輪的直徑，直到符合要求。
5.在啟停電動(dòng)機(jī)的電路中并聯(lián)一個(gè)手動(dòng)按鈕SW2，用于在出現(xiàn)故障時(shí)能升降旗幟。這一方案的特點(diǎn)是，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)，減少了時(shí)間上的誤差。作業(yè)：1.以前學(xué)校的大門(mén)是對(duì)開(kāi)的，現(xiàn)在很多學(xué)校的門(mén)都改為電動(dòng)門(mén)，但是這種門(mén)操作過(guò)于呆板，大門(mén)在關(guān)閉過(guò)程中有人通過(guò)時(shí)，容易夾傷行人，請(qǐng)同學(xué)們就我們所學(xué)習(xí)技術(shù)與設(shè)計(jì)的知識(shí)分析電動(dòng)門(mén)的設(shè)計(jì)，并能夠提出改進(jìn)方案。作業(yè)：2.有位科學(xué)家，為了促使迷上電視的女兒堅(jiān)持鍛煉，專門(mén)設(shè)計(jì)了一輛有趣的“自行車(chē)”女兒必須騎上自行車(chē)不停地踩腳蹬，才能驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)給電視機(jī)供電，想偷懶就看不到電視。請(qǐng)你根據(jù)已學(xué)的技術(shù)與設(shè)計(jì)的知識(shí)，畫(huà)出“自行車(chē)—發(fā)電—電視機(jī)”這一過(guò)程的方框土，分析在這套裝置的設(shè)計(jì)中，綜合了哪些技術(shù)和原理。
3.設(shè)計(jì)并制作水車(chē)控制裝置的模型。利用流動(dòng)的水沖擊水車(chē)，以控制不同的機(jī)械裝置而產(chǎn)生動(dòng)作。第3課時(shí)自動(dòng)升旗簡(jiǎn)易控制裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)施評(píng)價(jià)和總結(jié)。1.方案實(shí)施：自動(dòng)升旗簡(jiǎn)易控制裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)施 2.交流與評(píng)價(jià)：①撰寫(xiě)試驗(yàn)報(bào)告，自我評(píng)價(jià)和小結(jié)；
②小組自評(píng)；
③展示成果，學(xué)生將本組的作品展示給全班同學(xué)，其他同學(xué)可以提出自己的改進(jìn)意見(jiàn)。 作業(yè)：1.在賓館的房間天花板上都有一個(gè)自動(dòng)滅火裝置，當(dāng)室內(nèi)煙霧的濃度過(guò)高時(shí)，該裝置會(huì)自動(dòng)噴水，起到降溫滅火的作用，請(qǐng)你根據(jù)這一裝置，設(shè)計(jì)自動(dòng)滅火裝置的模型。2.請(qǐng)對(duì)太陽(yáng)能熱水器進(jìn)行分析：（1）一般家用太陽(yáng)能熱水器水溫控制是如何實(shí)現(xiàn)的？（2）有的賓館使用多臺(tái)熱水器串聯(lián)來(lái)集中供水，當(dāng)水溫過(guò)低是，通過(guò)控制器啟動(dòng)輔助電加熱開(kāi)關(guān)，使水溫控制在一定范圍。請(qǐng)畫(huà)出這一控制系統(tǒng)的方框圖，并說(shuō)明其工作過(guò)程。3.設(shè)計(jì)并制作可伸縮的晾衣控制裝置。利用手搖裝置或電動(dòng)裝置將晾衣繩連同衣物移到室外，下雨時(shí)將它整體收回到室內(nèi)。課件18張PPT。第四單元 控制與設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施
(第1課時(shí))控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施一、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例一、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要明確的問(wèn)題??
??????◇系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)
??????◇控制的對(duì)象是什么
??????◇被控對(duì)象的特性
??????◇確定被控量和控制量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施?????◇找出控制系統(tǒng)的干擾因素，分清主次，找出最大的干擾因素。
?????◇采用什么方案既達(dá)到目的、又經(jīng)濟(jì)、易于實(shí)現(xiàn)。選擇開(kāi)環(huán)還是閉環(huán)要根據(jù)控制系統(tǒng)的精度要求和條件的可行性而定。
?????◇選擇設(shè)備和元件。執(zhí)行器和檢測(cè)裝置的選擇：一是要根據(jù)控制量和被控量的需求，二是根據(jù)控制條件。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施二、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需滿足的基本條件
◇能達(dá)到控制的目的
◇采用易于實(shí)現(xiàn)的方式
◇降低控制成本
◇減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施三、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
電吹風(fēng)檔位控制設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施電吹風(fēng)檔位控制設(shè)計(jì)——
控制系統(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？
被控量的控制量分別是什么？
外界的干擾因素是什么？
如何實(shí)現(xiàn)安全設(shè)計(jì)？控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施電吹風(fēng)檔位控制設(shè)計(jì)——
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)……控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施選擇開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電吹風(fēng)的控制要求。
設(shè)定風(fēng)的檔位就設(shè)定了電機(jī)的電壓和電熱絲的阻值，接通電源后，電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的風(fēng)通過(guò)電吹風(fēng)的電熱絲，輸出的就是與設(shè)定的相對(duì)應(yīng)的風(fēng)。
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)施電吹風(fēng)的工作過(guò)程： 確定了電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案后，畫(huà)出必要的電氣路圖，選擇適當(dāng)型號(hào)的元件和配件，進(jìn)行組裝、調(diào)試。討論：
1.熨斗、電加熱棒、電褥子等電器的控制過(guò)程分析，安全性分析。
2.普通電風(fēng)扇定時(shí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施四、閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
抽水馬桶水位自動(dòng)控制
控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施 　設(shè)計(jì)要求：當(dāng)水位達(dá)到某一指定高度時(shí)，進(jìn)水口停止進(jìn)水。
　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，水箱水位的高度與進(jìn)水量之間呈線形關(guān)系，主要干擾因素是水箱的出水流量。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施 方案構(gòu)思：
采用浮球作為水位高度的檢測(cè)裝置。當(dāng)水箱的水位低于水箱的某個(gè)高度時(shí)，出現(xiàn)了水位差（給定的水位高度與實(shí)際水位高度之差），這個(gè)信號(hào)通過(guò)浮球、連桿機(jī)構(gòu)傳給進(jìn)水閥，使進(jìn)水閥打開(kāi)，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。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施 控制過(guò)程：
轉(zhuǎn)動(dòng)沖水旋鈕，使出水閥打開(kāi)，水箱沖水。與此同時(shí)，進(jìn)水閥打開(kāi)，水箱進(jìn)水，直到指定水位時(shí)，進(jìn)水閥關(guān)閉。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施給定水位杠桿比較進(jìn)水閥門(mén)水箱水位浮球+- 控制過(guò)程方框圖：
小結(jié)：1.?控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路
2. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需滿足的基本條件
3. 確定設(shè)計(jì)方案，畫(huà)控制系統(tǒng)方框圖課件23張PPT。第四單元 控制與設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施
(第1課時(shí))控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施一、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例引入： 如果要在馬桶內(nèi)安裝一個(gè)抽氣機(jī)，將馬桶內(nèi)的氣體直接抽到水箱內(nèi)的水中，通過(guò)水的過(guò)濾，消除臭氣。這樣，由于馬桶內(nèi)的空氣流向發(fā)生變化，如廁時(shí)馬桶內(nèi)發(fā)出的聲音也可得到控制。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施一、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)？
控制的對(duì)象？
被控對(duì)象的特性？
被控量和控制量？
外界的主要干擾因素？
怎樣的方案既達(dá)到目的、又經(jīng)濟(jì)、易于實(shí)現(xiàn)？
設(shè)備和元件？控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)施控制系統(tǒng)所需的設(shè)備、元件等系統(tǒng)的成本分析控制系統(tǒng)調(diào)試、運(yùn)行和評(píng)價(jià)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。。。 。。。　 1.設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，是選擇開(kāi)環(huán)控制還是閉環(huán)控制，應(yīng)根據(jù)對(duì)控制精度的要求以及條件的可行性而定。
　2.在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，被控對(duì)象的特性往往難以直接得到，通常是通過(guò)了解被控對(duì)象的輸入與輸出之間的關(guān)系來(lái)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)。
　 3.一個(gè)控制系統(tǒng)中可能存在若干個(gè)干擾因素，需要分析主次，找出對(duì)系統(tǒng)影響最大的干擾因素。一、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路 　4.被控量與控制量的確定是控制方案的關(guān)鍵，對(duì)于簡(jiǎn)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)選擇可控的、對(duì)抑制干擾因素和保持系統(tǒng)穩(wěn)定又明顯作用的量。
　 5.執(zhí)行器、檢測(cè)器的選擇：一是要根據(jù)被控量和控制量的需求，二是要根據(jù)控制的條件進(jìn)行。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)。案例分析1：電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(guò)程：電機(jī)、風(fēng)扇、電熱絲設(shè)定電吹風(fēng)的檔位
（輸入）風(fēng)的速度和溫度
（輸出）設(shè)計(jì)要求：
控制輸出的風(fēng)速。案例分析2：電風(fēng)扇風(fēng)速控制設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)分析：
1.電風(fēng)扇風(fēng)速控制這個(gè)系統(tǒng)要達(dá)到的目的是什么？
2.控制的對(duì)象是什么？被控對(duì)象有哪些特性？
3.需要哪些零部件組成控制系統(tǒng)？被控量的控制量分別是什么？
4.外界的干擾因素是什么？影響的程度有多大？
5.怎樣做到經(jīng)濟(jì)實(shí)用？設(shè)計(jì)更安全？
6.該控制系統(tǒng)各部件的設(shè)計(jì)還與什么有關(guān)?控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例分析3：抽水馬桶水位自動(dòng)控制
設(shè)計(jì)要求：
當(dāng)水位達(dá)到某一指
定高度時(shí)，進(jìn)水口停止
進(jìn)水。
設(shè)計(jì)要求：當(dāng)水位達(dá)到某一指定高度時(shí)，進(jìn)水口停止進(jìn)水。
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，水箱水位的高度與進(jìn)水量之間呈線形關(guān)系，主要干擾因素是水箱的出水流量。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施 方案構(gòu)思：
采用浮球作為水位高度的檢測(cè)裝置。當(dāng)水箱的水位低于水箱的某個(gè)高度時(shí)，出現(xiàn)了水位差（給定的水位高度與實(shí)際水位高度之差），這個(gè)信號(hào)通過(guò)浮球、連桿機(jī)構(gòu)傳給進(jìn)水閥，使進(jìn)水閥打開(kāi)，從而水箱進(jìn)水；當(dāng)水箱的水位達(dá)到水箱的某個(gè)高度時(shí)，水位差為零，進(jìn)水閥關(guān)閉。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施 控制過(guò)程：
轉(zhuǎn)動(dòng)沖水旋鈕，使出水閥打開(kāi)，水箱沖水。與此同時(shí)，進(jìn)水閥打開(kāi)，水箱進(jìn)水，直到指定水位時(shí)，進(jìn)水閥關(guān)閉。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施給定水位杠桿比較進(jìn)水閥門(mén)水箱水位浮球+- 控制過(guò)程方框圖：
設(shè)計(jì)要求：
抽氣機(jī)能根據(jù)不同的檔位（如電風(fēng)扇的風(fēng)速控制器）改變抽風(fēng)量的大小。設(shè)計(jì)： 馬桶內(nèi)抽氣控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)分析：
抽氣機(jī)控制系統(tǒng)的的被控對(duì)象是抽氣機(jī)裝置，被控對(duì)象是抽氣量的大小，控制量是電機(jī)的電壓，干擾因素是電源電壓的波動(dòng)。
抽氣機(jī)控制的工作過(guò)程：抽氣機(jī)是通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)真空泵將氣體從馬桶內(nèi)抽到水箱之中的。分組討論：
1.設(shè)計(jì)馬桶內(nèi)抽氣控制系統(tǒng)方案，畫(huà)出流程方框圖。
2.討論設(shè)計(jì)還存在哪些問(wèn)題，如何改進(jìn)。方案構(gòu)思：
設(shè)定抽氣機(jī)的擋位就設(shè)定了電動(dòng)機(jī)電壓，接通電源后，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)真空泵，將馬桶內(nèi)的氣體抽到水箱中，輸出的就是預(yù)設(shè)定抽氣大小的量。工作過(guò)程：電機(jī)，真空泵電源（輸入）抽氣的量
（輸出）抽氣機(jī)的檔位作業(yè)：
馬桶內(nèi)抽氣裝置的模型制作。
　1.確定了抽氣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案后，畫(huà)出必要的電氣線路圖。
　2.選擇適當(dāng)型號(hào)的元件和配件，進(jìn)行組裝。（老師提供相應(yīng)的配件和原材料，學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)制作）
　3.進(jìn)行調(diào)試，測(cè)試能否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，提出改進(jìn)意見(jiàn)。課件8張PPT。第四單元 控制與設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施
(第2、3課時(shí))控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施一、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例引入： 在海南處于熱帶地區(qū)，多雨、天氣無(wú)常，而人們工作繁忙，時(shí)常無(wú)暇顧及雨水對(duì)家具、家電等物品的損害，造成經(jīng)濟(jì)損失。能否設(shè)計(jì)一個(gè)雨天自動(dòng)關(guān)窗系統(tǒng)？這樣，人們工作在外，就不用擔(dān)心雨水飄進(jìn)家里了。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施設(shè)計(jì)項(xiàng)目：雨天自動(dòng)關(guān)窗系統(tǒng)
1.明確控制的目的
2.分析被控對(duì)象的主要特性，確定被控量、控制量
（1）該控制系統(tǒng)被控對(duì)象是什么？被控量是什么？
（2）窗戶的開(kāi)關(guān)通常有哪幾種方式？采用哪種開(kāi)關(guān)方式，怎樣控制比較合理？
是否下雨傳感器控制電路電動(dòng)機(jī)開(kāi)、關(guān)窗戶 3.畫(huà)出控制系統(tǒng)方框圖
提供方案實(shí)施中的技術(shù)問(wèn)題的多種解決方案讓學(xué)生自己分析選擇：
（1）窗戶的運(yùn)動(dòng)方式：平移、轉(zhuǎn)動(dòng)
（2）電機(jī)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(cè)電路：濕敏電阻、自制濕度傳感器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施結(jié)構(gòu)安裝——1.? 控制調(diào)試
（1）調(diào)試機(jī)械聯(lián)接是否穩(wěn)固
（2）調(diào)試窗戶移動(dòng)（開(kāi)關(guān)）是否到位
（3）調(diào)試濕度檢測(cè)是否靈敏
2.? 評(píng)估自己的方案
3.? 優(yōu)化改進(jìn)自己的方案
（1）如何增加濕度檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確度
（2）如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和人式控制兩種方式并存，使控制有更大的適應(yīng)性
（3）如何克服窗戶移動(dòng)距離可能存在的誤差調(diào)試改進(jìn)—— 小結(jié)：
1.引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟
2.設(shè)計(jì)方案實(shí)施的主要步驟
3.對(duì)方案實(shí)施的調(diào)試評(píng)估課件11張PPT。第四單元 控制與設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施
(第2、3課時(shí))控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施一、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例引入： 　 消毒碗柜利用紅外線高溫消毒的特點(diǎn)，將洗凈的碗、筷、杯、盤(pán)放入其中加熱、烘干，達(dá)到預(yù)定的時(shí)間之后便自動(dòng)斷電。
控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施設(shè)計(jì)項(xiàng)目：電熱恒溫箱
設(shè)計(jì)要求：
（1）箱內(nèi)溫度恒定在60度左右；
（2）能自動(dòng)控制；
（3）安全、節(jié)能、低成本。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施設(shè)計(jì)分析：
（1）控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：
呈現(xiàn)開(kāi)環(huán)及閉環(huán)控制系統(tǒng)的框圖,分析控制系統(tǒng)固有特性和內(nèi)在規(guī)律。
（2）確定控制系統(tǒng)各部件
A.確定控制對(duì)象：電熱箱
B.確定執(zhí)行器：加熱器
C.確定控制器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施控制手段：
①通過(guò)調(diào)壓器改變電壓來(lái)調(diào)整;
②通過(guò)可控硅或晶閘管改變電流調(diào)整;
③改變加熱器電阻的方法調(diào)整溫度；
④可以通過(guò)開(kāi)關(guān)時(shí)通時(shí)斷控制時(shí)間來(lái)調(diào)整。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施控制方式：
（1）干擾因素分析
A.電源電壓的穩(wěn)定性
B.電熱箱箱體與環(huán)境的對(duì)流速度(密封性、環(huán)境溫度)
（2）控制方式的選擇：閉環(huán)控制系統(tǒng)
（選擇原則：被控量是否存在量上的誤差）
（3）檢測(cè)裝置：
由被控量來(lái)選擇，溫度傳感器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施 a. 展示多種元器件，由學(xué)生選擇。
b. 組成控制系統(tǒng)，畫(huà)出電路圖，并連接實(shí)物。
c. 有多種設(shè)計(jì)方案，需要進(jìn)行比較與權(quán)衡。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施設(shè)計(jì)項(xiàng)目的實(shí)施:
箱體的制作
安裝與調(diào)試
運(yùn)行和評(píng)價(jià)等
控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施1.系統(tǒng)實(shí)施和評(píng)價(jià)的依據(jù)是什么？
2.在電熱箱實(shí)施過(guò)程中，你認(rèn)為主要要考慮設(shè)哪些因素？
3.一同學(xué)為了減少電熱箱與環(huán)境的對(duì)流速度，在實(shí)施過(guò)程中制作了內(nèi)外兩層箱體。他是基于什么問(wèn)題考慮？控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施討論—— 小結(jié)：
1.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循設(shè)計(jì)的一般過(guò)程，但有其特殊性。
2.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是：明確控制目的——了解被控對(duì)象的基本特性——分析被控量和控制量——確定執(zhí)行器和控制器——確定控制類型——選擇元器件——制作、安裝、調(diào)試、優(yōu)化、評(píng)價(jià)。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施課件12張PPT。第四單元 控制與設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施
(第2、3課時(shí))控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施一、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例 ◇ 設(shè)計(jì)項(xiàng)目一：衣柜自控?zé)舻脑O(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)要求：
　開(kāi)門(mén)燈即亮，關(guān)門(mén)就會(huì)
自動(dòng)熄滅。
控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施1.衣柜自控?zé)粼O(shè)計(jì)分析
　自控?zé)舻目刂乒ぷ鬟^(guò)程：
　燈安裝在衣柜內(nèi)，開(kāi)門(mén)燈即亮，關(guān)門(mén)就會(huì)自動(dòng)熄滅。自控?zé)糸_(kāi)門(mén)——有電流，燈亮關(guān)門(mén)——無(wú)電流，燈滅控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施被控對(duì)象——燈泡
被控量——燈泡亮/滅
控制量——開(kāi)關(guān)通與不通
控制方案——開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)
元器件——開(kāi)關(guān)、電源、燈泡……
干擾：電壓的波動(dòng)
影響：電流波動(dòng)、燈光閃爍控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施討論：通過(guò)改變什么，實(shí)現(xiàn)燈的亮與滅？控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施2.方案構(gòu)思：
選擇開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自控?zé)舻目刂埔蟆?br/>確定了確定控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案后，畫(huà)出必要的電器線路圖，選擇適當(dāng)型號(hào)的元件和配件，進(jìn)行組裝、調(diào)試。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施3.方案的呈現(xiàn)
學(xué)生根據(jù)給定的材料，呈現(xiàn)小組方案。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施 4.分組實(shí)踐：
根據(jù)設(shè)計(jì)方案和已給材料（各種電子開(kāi)關(guān)、燈泡、雙金屬片
等），組裝衣柜
自控?zé)裟Ｐ汀？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施5.展示與點(diǎn)評(píng)：
展示部分小組作品并調(diào)試。
6.拓展與延伸：
? 這類控制設(shè)計(jì)方案，除了用在衣櫥上，還可以用在哪里？開(kāi)關(guān)燈泡門(mén)的開(kāi)關(guān)燈亮、滅控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施 如果把被控對(duì)象換成電鈴，那么它又可做成什么？
如果把執(zhí)行器開(kāi)關(guān)換成聲控開(kāi)關(guān)的話，它又可做成什么？
如果把執(zhí)行器開(kāi)關(guān)換成光控開(kāi)關(guān)的話，它又可做成什么？控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施 ◇ 設(shè)計(jì)項(xiàng)目二：
以普通電飯鍋的限溫、
保溫控制為例，體驗(yàn)簡(jiǎn)
單的閉環(huán)控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

展開(kāi)更多......

收起↑