第四单元第四节控制系统的设计与实施(教案)

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东方中学教案

被控量和控制量?

外界的主要干扰因素?

怎样的方案既达到目的、又经济、易于实现?

设备和元件?

1.选择开环还是闭环要根据控制系统的精度要求和条件的可行性而定

2.找出控制系统的干扰因素,并分清主次,找出最大的干扰因素

3.要确定控制量和被控量

4.执行器和检测装置的选择: 一是要根据控制量和被控量的需求,二是根据控制条件总之,控制系统设计需满足的基本条件:

能达到控制的目的

采用易于实现的方式

降低控制成本

减少对环境的负面影响

二、开环控制系统的设计

与学生一起分析,这个系统要达到的目的是什么?控制的对象是什么?被控对象有哪些特性?被控量的控制量分别是什么?外界的干扰因素是什么?经济实用?安全教育与设计。

设计要求:电吹风能根据不同档位输出不同种类的风.

设计分析:被控对象——电吹风;

被控量——风的速度和温度;

控制量——电机的电压;

干扰因素——房间温度、电源电压的波动……

工作过程:

学生讨论:普通电风扇控制系统的设计

(2)闭环控制系统的设计

简单的闭环控制系统,基本要求:

第一,一个闭环控制系统要正常工作,首先必须是稳定的。

第二,控制系统的控制精度必须符合要求,即系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内。

第三,闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。

在进行闭环控制系统的设计时,几项控制要求之间往往会产生矛盾,需要结合具体问题全面解决或有所侧重地解决。

案例分析:抽水马桶水箱的自动控制系统的设计P120

设计项目:抽水马桶水箱的自动控制系统

设计要求:⒈当水箱中的水位低于达到某一指定高度时,进水口立即进水。

⒉当水箱的水位达到某一指定高度时,进水口立即停进水。

⒊控制系统对控制精度和系统的稳定性均没有特别的要求。

设计分析:⒈从设计要求来看,这是一种自动控制,因此选择闭环控制系统。

⒉被控对象是抽水马桶的水箱,被控量是抽水马桶水箱水位的高度,控制量是进水管的水流量(即进水量),水箱水位的高度与进水量之间呈线性关系。

⒊主要干扰因素是水箱的出水流量。

方案构思:采用浮球作为水位高度的检测装置。当水箱的水位低于水箱的某一高度时,出现了水位差(给定的水位高度与实际水位高度之差),这个信号通过浮球、连杆机构传给进水阀,使进水阀打开,从而水箱进水;当水箱的水位达到水箱的某个高度时,水位差为零,进水阀关闭。

水箱水位的控制过程:拨动冲水旋钮,使出水阀打开,水箱冲水,与此同时,进水阀打开,水箱进水,直到指定水位时,进水阀关闭。

2.控制系统的设计与实施方案

案例分析:自动升旗简易控制装置的设计P121

本单元小结:

事物发展具有多种可能性。人们根据自己的目的,通过一定的手段使事物沿着某一确定方向发展,就形成了控制。人类的控制现象自古就有,随着科学技术的发展进步,

自动控制得以迅速发展。控制的手段多种多样,控制广泛应用于人们的生产生活中。

开环控制系统是指输出量不对系统的控制产生任何影响的控制系统。闭环控制系统是指在系统的输出端与输入端之间存在反馈回路,输出量对控制过程产生影响的控制系统。控制系统的工作过程通常可以用方框图来表示。

在控制系统中,除输入量以外引起被控量变化的各种因素,就是干扰因素。反馈是闭环控制系统的重要特征,体现了一定的思想方法,有着广泛的应用。此外,功能模拟方法、黑箱方法在控制系统设计以及日常生活中也有着广泛的应用。

设计一个控制系统,要明确控制目的、控制对象是什么,要弄清干扰因素以及被控量、控制量,选择经济、易于实现的手段来实现。