5.2 闭环电子控制系统的设计与应用(1)

必修一（江苏教育出版社）必修二第一章 走进技术世界第一单元 结构与设计一 技术的价值一 常见结构的认识二 技术的性质二 稳固结构的探析三 技术的未来三 简单结构的设计第二章 技术世界中的设计四 经典结构的欣赏一 技术与设计的关系第二单元 流程与设计二 设计中的人机关系一 生活和生产中的流程三 技术试验及其方法二 流程的设计第三章 设计过程 原则及评价三 流程的优化一 设计的一般过程第三单元 系统与设计二 设计的一般原则一 系统及其特性三 设计的评价二 系统的分析第四章 发现与明确问题三 系统的设计一 发现问题第四单元 控制与设计二 明确问题一 控制的手段与应用第五章 方案的构思及其方法二 控制系统的工作过程与方式一 方案的构思方法三 闭环控制系统的干扰与反馈二 常用的创造技发（选学)四 控制系统的设计与实施第六章 设计图像的绘制一 设计表现图二 常见的技术图样三 计算机辅助制图（选学）第七章 模型与原型制作一 模型二 工艺三 制作模型第八章 技术产品的使用和保养产品说明及其编写技术产品的应用 维护和保养选修一第一章 电子控制系统概述一 电子控制技术与电子控制系统二 电子控制系统的组成与闭环电子控制系统三 开环电子控制系统和闭环电子控制系统第二章 电子控制系统信息的获取与转换一 认识常见的传感器二 传感器的应用第三章 电子控制系统的信号处理一 数字信号二 逻辑门三 数字集成电路四 数字电路的应用第四章 电子控制系统的执行部件一 继电器的作用和类型二 直流电器继电器的构造 规格和工作原理三 晶闸管的构造和工作原理第五章 电子控制系统的设计及其应用一 开环电子控制系统的设计和应用二 闭环电子控制系统的设计和应用三 遥控电子控制系统的设计和应用。

《开环电子控制系统和闭环电子控制系统》教学分析在电子控制系统领域，开环电子控制系统和闭环电子控制系统是两种常见的控制方式。

本文将对这两种控制系统进行详细的教学分析，帮助读者更好地理解它们的原理和应用。

一、开环电子控制系统开环电子控制系统是一种简单的控制系统，它通过输入指令直接控制执行器的动作，而不思量输出结果对系统的影响。

开环系统中没有反馈回路，无法自动调节输出来纠正误差，因此对系统的稳定性和鲁棒性要求较高。

开环系统通常用于对控制要求不高的场合，如家用电器、玩具等。

开环电子控制系统的特点包括：1. 简单直观：只需输入指令，系统即可执行相应动作，操作简单直观。

2. 精度低：由于没有反馈回路，系统无法自动调节输出，容易受到外部干扰影响，精度较低。

3. 稳定性差：系统稳定性差，容易出现误差累积，影响系统的性能。

二、闭环电子控制系统闭环电子控制系统是一种相对复杂的控制系统，它通过测量输出并与期望输出进行比较，通过反馈回路来调节控制器的输出，以实现系统的稳定性和精度要求。

闭环系统具有自动调节功能，能够根据实际输出情况来调节控制器的输出，使系统更加稳定和精确。

闭环电子控制系统的特点包括：1. 精度高：通过反馈回路调节输出，能够实时纠正误差，提高系统的精度。

2. 稳定性好：系统稳定性高，能够自动调节输出以保持系统稳定。

3. 复杂性高：闭环系统相对开环系统更加复杂，需要精确的传感器和控制器来实现反馈控制。

在实际应用中，开环电子控制系统和闭环电子控制系统各有优缺点，需要根据具体的控制要求来选择合适的控制方式。

开环系统适用于对控制要求不高的场合，闭环系统适用于对精度和稳定性要求较高的场合。

通过本文的教学分析，读者可以更深入地了解开环电子控制系统和闭环电子控制系统的原理和特点，帮助他们在实际工程应用中选择合适的控制方式，提高系统的性能和稳定性。

教学设计方案（第一课时）一、教学目标：1. 了解开环电子控制系统和闭环电子控制系统的基本观点和原理；2. 能够区分开环电子控制系统和闭环电子控制系统的特点和应用途景；3. 能够分析和设计简单的开环电子控制系统和闭环电子控制系统。

【考纲标准】1.(2017·11月浙江省选考)如图所示的光控电路，当光线暗到一定程度时，继电器J吸合，V1亮。

555集成电路6脚电位升至电源电压的三分之二时，3脚输出低电平；2脚电位降至电源电压的三分之一时，3脚输出高电平。

调试中发出V1始终不亮，下列故障原因分析中合理的是()A.R p虚焊B.R g与R p位置接反了C.R1阻值偏小D.继电器J额定电压偏大解析R p虚焊，2、6脚为高电平，3脚为低电平，V1不亮。

答案 A2.(2018·4月浙江省选考)如图所示是小明设计的泥土湿度检测电路。

把两探头插入花盆的泥土中，当泥土潮湿时，两探头间的电阻值较小；泥土干燥时，两探头间的电阻值较大。

泥土非常潮湿和非常干燥时，V4和V5中只有一个发光。

下列分析中不恰当的是()A.泥土非常潮湿时，V4发光、V5不发光B.调节R p1，可以改变V4、V5发光状态变化时的湿度设定值C.泥土非常干燥时，V1、V2的Uce都约为3 VD.当V4、V5都发光时，V1工作在放大状态解析泥土非常干燥时，V1的Uce都约为0.7 V。

答案 C3.(2019·4月浙江省选考)【加试题】如图所示的温控电路，用Rp设定555芯片5脚的电位Vct。

当温度超过60 ℃时散热风扇电机启动。

下列分析中不正确．．．的是()A.Rt应采用负温度系数的热敏电阻B.调大R h的阻值，电机启动时的温度低于60 ℃C.Rp的滑动触点向下移，电机启动时的温度高于60 ℃D.温度从60 ℃以上降低到60 ℃以下，电机就立即断电答案 D4.(2018·4月浙江省选考)如图所示是小明设计的暗室报警电路。

当暗室门被打开，光线强度达到一定时，蜂鸣器发出报警声。

请根据描述和电路图完成下列任务：(1)当光线由弱变强时，光敏电阻R g的阻值(在A.增大；B.减小；C.不变中选择合适的选项，将序号填入“”处)；(2)继电器J-2触点闭合时的作用是(在A.使二极管V1反向截止；B.使555集成电路3脚保持高电平输出；C.使蜂鸣器在暗室门关闭后继续报警中选择合适的选项，将序号填入“”处)；(3)小明搭建了测试电路，发现蜂鸣器始终不响。

2023年高二通用技术教学计划2023年高二通用技术教学计划1一、教材分析本学期开设的课程是通用技术课程的必修模块“技术与设计2”，使用的是江苏教育出版社的教材。

“技术与设计2”模块是在“技术与设计1”的基础上设置的具有典型意义的专题性技术与设计的教学内容，是“技术与设计1”所学知识的应用和深化。

本模块由结构与设计、流程与设计、系统与设计、控制与设计四个主题组成，侧重于技术设计的思想和方法的领悟以及生活中具体技术问题的解决。

这些对于高中生的生活、学习具有重要意义。

二、教学目标通过本模块的学习，学生应该：1、理解结构、流程、系统和控制的基本概念，掌握结构设计、流程设计和系统设计的基本思想和方法，初步掌握简单控制设计的基本思想和方法；2、能使用常用的规范的技术语言表达设计方案；3、能结合生产和生活的实际形成设计方案并初步实施；4、学会从技术、环境、经济、文化等角度综合评价技术设计方案和实施的结果，增强革新意识。

三、实施措施1、在开学初将各班学生分为2-4人的技术小组，便于开展技术活动，每个小组的组长每周填写《技术课过程考核小组量化表》，便于更好地完成学分认定过程中的过程性评价和形成性评价。

2、紧扣通用技术课程的基本目标“提高学生的技术素养，促进学生全面而富有个性的发展”设计、组织和实施教学活动，避免教学过于专业化，防止陷入某项技能、技艺的教学。

3、教学中要体现新理念，不仅要注重学生对基础知识与基本技能的学习，还要注重学生对技术思想和方法的领悟与应用，注重学生对技术的人文因素的感悟与理解，注重学生在技术学习中的探究、试验和创造，注重学生情感态度价值观以及共通能力的发展。

4、教学中要紧密结合学生的生活实际，使学生通过技术试验，领悟技术设计的思想和方法，并能将它们迁移到日常生活中进行灵活运用，发展解决问题的能力。

5、教学中应选择与学生生活实际联系紧密的、能否反映时代的发展的教学案例，以激发学生兴趣，增强对技术及其文化的理解。

教学设计
设计目的：利用学生绘制的电路图，在仿真工具上进行仿真，检测电路中的问题，为在面包板上搭接电路提供保障。

【学习任务三】路灯模型搭接与展示：在面包板上利用选好的元器件搭接光控灯电路。

设计目的：通过前面的分析与仿真，学生实际体验搭接并演示电路的基本功能，锻炼动手能力的同时提升技术学习兴趣。

三、项目优化
【教师活动】提出问题：夜晚车灯照到路灯，路灯熄灭了。

请利用电容为路灯增加延时功能。

设计目的：通过分析生活实际，提出问题，并提示学生利用已经学习过的知识解决问题。

【学习任务四】路灯模型优化：在原来的电路图上增加延时电路。

设计目的：增加延时电路，在解决问题的同时体会电容的作用，为解决共性问题打下基础。

【教师活动】虚拟电路仿真
设计目的：利用学生修改的电路图，在仿真工具上进行仿真，检测电路中是否存在问题。

【学习任务四】路灯模型优化搭接与展示：在原来的面包板光控电路上增加延时电路，演示延时电路的功能。

设计目的：将生活中的实际现象通过层层递进的方式展现，提升技术学习的实践性与目的性。

四、总结
五、课后习题
1、将555芯片作为光控路灯的控制核心，在作业练习中进行连线。

2、试分析电路的工作过程。

3、利用面包板搭接该电路。

备注：教学设计应至少含教学目标、教学内容、教学过程等三个部分，如有其它内容，可自行补充增加。

《开环电子控制系统和闭环电子控制系统》导学案一、导入电子控制系统是摩登工业中常见的控制系统，它通过电子设备和计算机技术实现对设备、机器或系统的控制和监测。

在电子控制系统中，开环控制和闭环控制是两种常见的控制方式。

本次导学案将重点介绍开环电子控制系统和闭环电子控制系统的观点、原理和应用。

二、观点诠释1. 开环电子控制系统：开环电子控制系统是指在控制过程中，控制器输出的控制信号不受被控对象状态的影响，即控制器输出的信号直接作用于被控对象，而不思量被控对象的实际状态反馈信息。

2. 闭环电子控制系统：闭环电子控制系统是指在控制过程中，控制器输出的控制信号受到被控对象状态的反馈影响，通过传感器获取被控对象的实际状态信息，再经过比较和调节后输出控制信号，实现对被控对象状态的准确控制。

三、原理分析1. 开环电子控制系统的原理：在开环控制系统中，控制器输出的信号直接作用于被控对象，不思量被控对象的实际状态反馈信息。

这种控制方式简单直接，但缺乏对被控对象状态的准确监测和调节，容易受到外部环境和干扰的影响。

2. 闭环电子控制系统的原理：在闭环控制系统中，通过传感器获取被控对象的实际状态信息，并与期望状态进行比较，再经过控制器调节输出控制信号，实现对被控对象状态的准确控制。

闭环控制系统具有较高的控制精度和稳定性，能够有效抑止外部干扰和变化。

四、应用实例1. 开环电子控制系统应用：开环控制系统适用于一些简单的控制场景，如家用电器、照明系统等，因为这些系统对控制精度要求不高，且受到外部干扰较小。

2. 闭环电子控制系统应用：闭环控制系统广泛应用于工业自动化、航空航天、医疗设备等领域，因为这些系统对控制精度和稳定性要求较高，需要实时监测和调节被控对象的状态。

五、知识拓展1. 开环与闭环控制系统的比较：开环控制系统简单直接，但稳定性和控制精度较差；闭环控制系统精度高、稳定性好，但设计和调试难度较大。

2. 控制系统的发展趋势：随着科技的发展，控制系统将向着智能化、自适应化方向发展，结合人工智能、大数据等技术，实现更高效、智能的控制和监测。

机床数控改造1 数控系统发展简史及趋势1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。

它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。

6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。

从此，传统机床产生了质的变化。

近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。

1.1 数控（NC）阶段（1952～1970年）早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。

人们不得不采用数字逻辑电路"搭"成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。

随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代--电子管；1959年的第二代--晶体管；1965年的第三代--小规模集成电路。

1.2 计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在）到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。

于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的"通用"两个字省略了）。

到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件--运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。

到1974年微处理器被应用于数控系统。

这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。

而且当时的小型机可靠性也不理想。

早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。

由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。

到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。

《闭环电子控制系统》作业设计方案第一课时一、设计目标本次作业设计旨在援助同砚加深对闭环电子控制系统的理解，在设计和试验中精通闭环控制系统的工作原理和方法，同时培育同砚的动手能力和解决问题的能力。

二、设计内容1. 硬件要求：Arduino开发板、蓝牙模块、电机、传感器等。

2. 软件要求：Arduino IDE开发环境、手机APP开发工具等。

3. 设计任务：设计一个闭环电子控制系统，实现通过蓝牙控制电机的转速，并实时监测电机的转速和温度。

三、设计步骤1. 硬件毗连：将Arduino开发板、蓝牙模块、电机和传感器按照电路图毗连好。

2. 软件编程：在Arduino IDE中编写程序，实现蓝牙模块和电机的通讯控制，以及传感器数据的采集和监测。

3. 手机APP开发：应用手机APP开发工具，设计一个简易的APP界面，实现通过蓝牙控制电机的转速和实时监测电机的状态。

4. 系统调试：对整个闭环电子控制系统进行调试和测试，确保系统正常工作并实现设计要求。

四、试验要求1. 按照设计步骤完成试验，并记录试验过程和结果。

2. 对试验中遇到的问题进行解决和分析，提出改进意见。

3. 撰写试验报告，包括试验目标、原理、方法、结果和结论等内容。

4. 试验过程中要注意安全，防止发生意外。

五、评分标准1. 完成试验设计要求的水平。

2. 技术实现的难度和创新性。

3. 试验报告的完备性和明晰度。

4. 试验过程中的表现和结果分析能力。

六、参考资料1. 《Arduino入门与实践》，清华高校出版社。

2. 《电子技术试验指导书》，高等教育出版社。

3. 《闭环控制系统原理与应用》，机械工业出版社。

七、总结通过本次作业设计，同砚可以深度了解闭环电子控制系统的原理和应用，提高试验能力和动手能力，培育解决问题的能力和创新思维。

期望同砚们能够勤勉完成试验设计，取得满足的效果，并将所学知识应用到实际工作和生活中。

愿大家在进修和实践中不息进步，成为优秀的电子工程师！第二课时一、设计目标本次作业设计旨在让同砚通过实际操作，深度理解闭环电子控制系统的工作原理和设计方法。

控制与设计知识点归纳《控制与设计》知识点一：控制的手段与应用1.控制的手段⑴控制的含义：案例分析：大禹治水P96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，这就是控制。

理解任何控制现象，都要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。

例如：人力三轮车转弯过程中的方向控制问题，其控制的对象就是人力三轮车，控制的目的是为了改变三轮车行驶的方向，控制的手段是骑车人通过双手转动车把，改变前轮的方向并带动后轮。

⑵控制的手段：控制的实现需要通过一定的手段。

从控制过程中人工干预的情形来分，控制有人工控制和自动控制。

人工控制是在人的直接干预和全程干预下进行的。

人工控制又称手动控制。

自动控制是指在无人直接参与的情况下，使事物的变化准确地按照期望的方向进行。

按执行部件的不同，控制可分为机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等。

案例分析：从手摇扇到空调器P982.控制的应用控制应用到生活中，提高了人们的生活质量，人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境，使之满足人们的需要。

生产中往往需要对温度、湿度、压力、速度及加工动作等进行控制，控制在生产中得到了极为广泛的应用。

控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。

《控制与设计》知识点二、控制系统的工作过程与方式1.控制系统案例分析：自行车行驶的速度控制的实现P102案例分析：电风扇的风速控制的实现P102任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节构成一个系统，我们称之为控制系统。

一般的控制过程都有一个输入和一个输出，控制系统的输入输出之间有一定的对应关系。

控制系统一般分为开环控制系统和闭环控制系统。

2.开环控制系统控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统为开环控制系统。

开环控制系统在日常生活中用途很广。

如十字路口的红绿灯定时控制系统、楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统等。

案例分析：自动门的控制系统P103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，用单向信号线来表示系统信号传递的方向，这种图称为控制系统的方框图，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。

《PLC应用技术》课程标准课程代码：B0703316 课程类别：专业核心课程授课系（部）：自动化工程系学分学时：4学分/70学时一、课程定位与作用1．课程性质本课程是工业过程自动化专业技术专业的一门必修课，是理论与实践结合的一门专业核心课程。

2．课程作用开设本课程的目的是使学生在学习PLC的原理、结构的基础上，系统学习常用PLC 的硬件安装、接线，编程软件的使用方法、典型PLC项目的实施方法。

系统训练学生在PLC控制系统的设计、安装、调试、维护等方面的技能。

为学生从事设备点检员（仪表工）岗位工作打下良好的基础。

3.与其他课程的关系先导课程：数字电子技术、电机与电气控制、模拟电子技术后续课程：计算机控制技术、岗位实习二、课程目标1．知识目标（1）了解PLC硬、软件结构、工作原理；（2）掌握PLC内部编程元件及使用方法；（3）熟悉S200CPU单元及扩展模块的使用方法；（4）熟悉常用变量表达方式及寻址办法；（5）掌握PLC控制系统设计流程及方法；（6）掌握梯形图、指令表程序的分析方法；（7）熟悉常用功能指令及特殊功能指令的用法；（8）熟悉程序结构、子程序编写方法及子程序的调用方法；（9）掌握中断指令及中断服务程序的调用方法（10）熟悉PLC控制系统设计流程及设计方法（11）掌握PLC安装、调试方法（12）熟悉PLC控制系统安装、调试、维护规范2．能力目标（1）能根据工艺流程和控制要求选择合适的PLC型号和模块；（2）能熟练使用编程软件进行程序设计；（3）能用可编程控制器的基本指令对相关项目进行编程与调试；（4）能使用S7—S200常用功能指令完成较复杂系统的编程；（5）能完成典型PLC控制系统的设计；（6）能进行典型的PLC控制系统的安装、调试；（7）能够完成PLC控制系统的维护。

3．素质目标（1）团队协作精神；（2）培养学生在技术上精益求精的敬业精神，终身学习的理念；（3）培养学生的质量意识、安全意识、环保意识和良好的工作习惯。

《闭环电子控制系统的制作和调试》作业设计方案第一课时一、试验目标通过设计和制作闭环电子控制系统，进修并精通电子控制系统的基本原理和调试方法，提高同砚的电子技术实践能力和创新认识。

二、试验内容1. 进修闭环控制系统的基本原理和组成结构。

2. 设计闭环电子控制系统的整体框架和电路图。

3. 制作闭环电子控制系统所需的硬件元件，包括传感器、执行器、控制器等。

4. 调试闭环电子控制系统，确保其能够正常工作并实现预设的控制目标。

三、试验器械1. Arduino开发板2. 电机驱动器3. 温湿度传感器4. 液晶显示屏5. 直流电源供应器6. 万用表7. 逻辑分析仪四、试验步骤1. 确定闭环电子控制系统的控制对象和控制目标。

2. 设计并绘制闭环电子控制系统的电路图。

3. 依据电路图制作所需的硬件元件。

4. 将硬件元件毗连至Arduino开发板，并编写控制程序。

5. 进行调试和测试，确保闭环电子控制系统能够正常工作。

6. 不息优化闭环电子控制系统的性能，达到更好的控制效果。

五、试验要求1. 同砚需具备一定的电子技术基础和动手能力。

2. 同砚需要勤勉沉思和分析闭环电子控制系统的设计与调试过程。

3. 同砚应当具备团队合作认识，共同完成试验设计与调试任务。

六、试验评判1. 依据试验结果和试验报告，评判同砚对闭环电子控制系统的理解和精通水平。

2. 考察同砚的试验设计能力和解决问题的方法。

3. 鼓舞同砚对闭环电子控制系统进行进一步的改进和创新。

七、试验总结通过本次试验，同砚将会深度了解闭环电子控制系统的工作原理和调试方法，提高动手能力和实践阅历，为将来的电子技术应用和创新打下良好基础。

第二课时一、作业目标：通过本次作业设计，同砚将进修和精通闭环电子控制系统的基本原理、制作方法和调试技巧，提高同砚对电子控制系统的理解和实践能力。

二、作业内容：1. 理论进修：同砚将通过教室教学、相关资料阅读等方式，进修闭环电子控制系统的基本理论知识，包括反馈控制原理、PID控制算法等内容。