資源簡介

探究控制系統的設計要素
通用技術（必修）技術與設計2第四章第4節
一、教學目標
1.根據控制系統的要求，確定被控量和控制量。
2.理解控制系統的設計要素
二、教學重點、難點
控制系統的設計要素
三、教學方法
講授法，演示法，實踐體驗法，任務引導法
四、教學過程
1、情境導入
在我們生活中有很多自動控制的場景，比如自動開關的節能燈控制系統，還要一些活動及運動會的升旗等，如何展開我們的設計思路？需要從哪些方面著手考慮問題呢？
新課學習
開環控制系統的設計
開環控制是指無反饋信息的系統控制方式。當操作者啟動系統，使之進入運行狀態后，系統將操作者的指令一次性輸向受控對象。此后，操作者對受控對象的變化便不能作進一步的控制。采用開環控制設計的人機系統，操作指令的設計十分重要，一旦出錯，將產生無法挽回的損失
開環控制系統是在一個控制系統中系統的輸入信號不受輸出信號影響的控制系統。也就是，不將控制的結果反饋回來影響當前控制的系統。
開環控制系統是指一個輸出只受系統輸入控制的沒有反饋回路的系統。在開環控制系統中，不把關于被控量的值的信息用來在控制過程中構成控制作用。其特點是施控裝置指揮執行機構動作，改變被控對象的工作狀態，被控量相應地發生變化，而這種變化并不再次構成施控裝置動作的原因，即控制信號和被控量之間沒有反饋回路。為了選擇一個控制力，重要的是，要用到關于擾動對被控量影響的信息，而不是關于擾動本身的信息。所以，可以不用直接測量擾動就組織起一個控制。只要監視由擾動對被控系統造成的偏差就行了。因此，控制信號也可以由被控量離它預定值的偏差的信息產生。所有的手動控制、大多數的程控與數控機床、時間程序控制都屬于開環控制。如圖所示，這種系統的輸入直接控制著它的輸出，它的裝置簡單，成本較低，可以排除許多閉環控制系統中存在的穩定性問題。當擾動在某種程度上來得及影響被控系統的值之前，控制力就直接按照擾動的變化而變化。但它的抗干擾能力差，使它的控制作用受到很大的限制，精度較閉環控制系統要低。
不將控制的結果反饋回來影響當前控制的系統。與閉環控制系統相對。控制系統中，將輸出量通過適當的檢測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋。系統的控制輸入不受輸出影響的控制系統。在開環控制系統中，不存在由輸出端到輸入端的反饋通路（見反饋控制系統）。因此，開環控制系統又稱為無反饋控制系統。開環控制系統由控制器與被控對象組成。控制器通常具有功率放大的功能。同閉環控制系統相比，開環控制系統的結構要簡單得多，同時也比較經濟。 開環控制系統主要是用于增強型的系統。
設計要素：
問題思考？
1）被控對象是什么？
2）控制的目的是什么？
3）這種設備用在什么地方？環境怎樣？
4）它又是如何工作的？被控量和控制量分別是什么？
5）有什么其他因素會干擾它的正常工作？
依據你的判斷，能提出一種設計方案嗎？
確定自動升旗控制裝置的設計
1）明確設計的要求，明確控制系統設計所要達到的目標。
2）提出多個設計方案，進行分析、權衡、比較，確定一個相對較好方案。
3）動手安裝、調試升旗控制系統。
4）撰寫試驗報告、自我評價和小結。
設計要求：
1.在國歌播放的時間內，控制國旗勻速上升到旗桿的頂端；
2.選擇恰當的控制方案實現控制；
3.選用成本低、易于獲取的元件、設備和材料制作模型。
對項目進行分析：
1.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）。
2.這一開環控制系統由計時裝置和控制升旗的裝置共同組成。
3.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。
4.采用任何一種方案實現，都要經過若干次調試，直到符合設計要求為止。
列出升旗裝置模型的方框圖：
方案分析對比：
特點 1.制作簡單 1.制作簡單 2.自動完成 3.精度較高 1.自動完成 2.精度高 1.全自動 2.少誤差
不足 1.機械定時器需要手動 2.精度低 3.需要另外放音樂 1.需要另外放音樂 1.需要另外放音樂 1.CD唱機過時
結出材料方案：
觀看編程視頻，根據視頻進行控制版線路的繪制
設計圖紙
設計升旗臺的結構
實踐制作
測試調整和優化
課堂評價
3、課堂小結
1.根據控制系統的要求,確定被控量和控制量。
2.能夠設計控制系統的方案,并搭建一個控制系統裝置或模型。
五、教學反思

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