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課件22張PPT。設計的一般思路是什么？控制也需要設計。發現與明確問題制作模型或原型測試評估及優化產品的使用與維護制定設計方案第四單元 控制與設計
第四節 控制系統的設計與實施 我們知道在設計的一般過程中，首先要發現和明確問題，那么在對控制系統進行設計時我們要明確那些問題呢？1、控制系統設計的一般思路:1）要設計好一個控制系統，需要做到：（1）明確這個系統要達到的目的是什么？
（2）所要控制的對象是什么？
（3）被控對象有哪些重要特征？被控量和控制量分別是什么？
被控對象的特征往往難以直接得到，通常是通過了解被控對象的輸入與輸出之間的關系來分析它的基本特性，從而確定控制器的運算方式。（4）外界的主要干擾因素有哪些？
一個控制系統中可能同時存在若干個干擾因素，需要分清主次，找出對系統影響最大的干擾因素。
（5）選擇怎樣的設計方案既能達到目的，又經濟、又易于實現。
為達到實現控制的目的，應采用易于實現的控制方式，降低控制成本、減少對環境的負面影響等。
（6）如何選擇設備和元件。
注意在選擇元器件時要優先考慮標準件的使用。在以上問題都確定后：（1）要根據實際設計對控制精度的要求以及條件的可行性來確定是用開環控制系統還是閉環控制系統來實現所要最終達到的目的。
（2）畫出控制方框流程圖。
（3）畫出必要的設計圖紙（控制電路設計或系統結構設計）和實施圖紙，撰寫設計說明書等。2）開環控制系統的設計電風扇控制系統的設計：
被控對象——電風扇，
被控制量——電風扇輸出的風速，
控制量——電機的轉速。
設計的目的有：
一是有定時關閉電風扇。
二是有不同的風速。
三是又定時，又有不同的風速。案例分析：電吹風控制系統的設計請同學快速閱讀書中案例《電吹風控制系統的設計》，分析這個系統要達到的目的是什么？控制的對象是什么？被控對象有哪些特性？被控量的控制量分別是什么？外界的干擾因素是什么？經濟實用？被控對象——電吹風；
被控量——風的速度和溫度；
控制量——電機的電壓；
干擾因素——房間溫度、電源電壓的波動； 這個案例是開環控制系統設計的案例，用以說明開環控制系統設計的過程與方法，體現控制系統設計的一般思路。3）閉環控制系統的設計對于簡單的閉環控制系統有如下的要求：
(1)必須是穩定的。一是工作時要穩定，二是干擾出現時要穩定，這個穩定是通過調節而出現的穩定。
(2)控制精度要符合要求,即系統的輸出值與給定值之差應控制在允許的范圍之內。
(3)有較好的抗干擾性能。
(4)幾項要求有時產生矛盾，要平衡有側重點的解決。案例分析：抽水馬桶水箱的自動控制系統的設計。 這個案例是閉環控制系統設計的實例，用以說明閉環控制系統設計的過程與方法，體現控制系統設計的一般思路。討論：在上述案例中，如果要節約用水，減少水箱每次沖水的量，你能設計哪幾種方案？水箱一次的沖水量實際上是隨水箱的橫截面積和水位設定高度而變化的，
即：沖水量=水箱的橫截面積×設定高度
因此，要減少每次沖水量，應該從減少水箱橫截面積和設定高度入手。具體方案可以有：1）將杠桿支點右移，使浮球在較小的高度上關閉進水閥。
2）在水箱中放入比水重的物體，起到減小水箱平均截面積的作用。
3）控制進水閥開啟的時間，使其在水未放完之前關閉出水閥。這相當于改變設定高度。
4）在水箱中放置1~2塊磚頭，以減少水箱的實際蓄水量。
5）設計兩種沖水方式，一種是半箱水沖洗，一種是整箱水沖洗。2、控制系統的設計與實施案例 我們了解了控制系統設計的一般思路，下面我們一起來分析和了解控制系統的設計與實施案例。閱讀書中案例《自動升旗簡易控制裝置的設計》各方案的特點：方案A：在控制上采用機械裝置，對電子知識要求不高，但升旗和唱國歌的啟動需要人工同步，定時裝置的精度不高，容易產生不協調現象。方案B：此方案同樣有啟動不容易同步的問題，但定時器的精度較高。其實，對升旗來說，可以采用人工控制。方案C：可以增加學生的知識面，但需要補充電子線路的知識，比較費時，課時難以保證。方案D:升旗和唱國歌同步啟動，由于CD唱機比較普遍，器材準備較其它方案容易。因此：方案D實現較容易。1、控制系統設計的一般思路。
2、控制系統的設計與實施案例。小結:1.水車
2.晾衣控制裝置練習:章節練習：1.該套裝置中，綜合運用了機械能轉化為電能及穩壓等技術原理，運用了蓄能、系統、穩壓和控制等多種技術。其簡要過程可以用方框圖表示如下：2.（1）一般家用太陽能熱水器溫度控制是如何實現的？
家用太陽能熱水器通常都是在出水的地方裝有冷水管和熱水管，使用時，通常采用不斷調節熱水管和冷水管的流量實現溫度控制。
（2）這是一個閉環控制系統，其中有一個感溫元件不斷測量出水管內的水溫，當水溫低于某值時，便切換到電加熱器加熱的狀態。
一般來說，賓館供應的熱水溫度要比較高，使客人有調節的余地，因此它必須保證熱水高于一定的溫度。其方法是設計一個閉環溫度控制系統，使供應的熱水不低于某一溫度?？刂葡到y的工作過程大致如下：測溫裝置測量儲水箱熱水的溫度，當水溫低于某一給定溫度時，控制裝置將輸出一個信號去接通加熱裝置，使之給水箱加熱；當溫度高于給定溫度時，控制裝置就會切斷加熱器電源，停止加熱。 這一過程的的方框圖可以表示如下：

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