資源簡介

(共17張PPT)
控制系統的設計和實施
走進情境
下雨天，雨水收集池的水位不斷升高，當水位升至溢水口時,聲音報警裝置啟動，同時水泵開始向位于高處的蓄水箱抽水。當雨水收集池的水位降到水池高度的1/4時,應停止抽水。
任務一 探究控制系統的設計要素
輸出量
輸入量
控制器
執行器
被控對象
控制量
執行器
被控對象
被控量
控制器
檢測裝置
+
-
給定量
比較器
控制量
偏差量
在任務學習單上畫出控制系統方框圖
結合控制系統方框圖分組討論完成控制系統設計需要考慮的要素？
系統要達到的目標？
控制的對象？
被控對象的特性？
被控量和控制量？
外界的主要干擾因素？
怎樣的方案既達到目的、又經濟、易于實現？
如何選擇設備和元件？……
任務一 探究控制系統的設計要素
控制系統的設計
實施控制系統所需的設備、元件等
系統的成本分析
控制系統調試、運行和評價
控制系統的方案選擇
分析被控對象的主要特征
明確控制的目的
確定被控量、控制量
分析主要的干擾因素
。。。 。。。
任務一 探究控制系統的設計要素
1、開、閉環的確定
選擇開環控制還是閉環控制，可根據對控制精度的要求以及條件的可行性而定；
2、控制器的確定
通過了解被控對象的輸入與輸出之間的關系來分析被控對象的基本特性，從而確定的控制器以及控制器的運算方式；
3、被控量與控制量的確定
這是控制方案的關鍵，對于簡單控制系統，需要控制的量往往被確定為被控量，控制量應選擇可控的、對抑制干擾因素和保持系統穩定又明顯作用的量；
4、干擾因素的確定
一個控制系統中可能存在若干個干擾因素，需要分析主次，找出對系統影響最大的干擾因素；
5、執行器、檢測器的選擇：
一是要根據被控量和控制量的需求，二是要根據控制的條件進行……
任務一 探究控制系統的設計要素
任務二、開環控制系統的設計
開環控制系統的設計相對比較簡單，在明確設計要求，明確被控對象、被控量和控制量后，即可考慮具體控制系統的方案。
例：普通電風扇控制系統的設計
被控對象——
被控量——
控制量——
電風扇
電風扇輸出的風速
電機的轉速
任務三：技術體驗國旗自動升旗控制裝置的設計
情境展示：高二（3）班負責學校國旗的升旗儀式，他們決定利用所學知識設計一套自動升旗控制裝置的模型。
問題分析:
1、 在播放《義勇軍進行曲》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。
設計分析：（在任務單上填寫）
1、被控對象—— 國旗
被控量—— 上升的速度
控制量—— 電機的轉速
升旗速度
定時時間
定時裝置
電動機
國旗
電機轉動
2、該控制系統采用開環控制，由計時裝置系統（控制器）和控制升旗的裝置執行器）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，可采用機械定時器和電動機實現，可采用成品電子定時器和電動機實現，可采用自制電子定時器和帶有可調速電路的電動機實現，也可以采用音頻信號觸發電路和電動機實現。
任務三：技術體驗國旗自動升旗控制裝置的設計
第一組：方案A
采用機械定時器、直流電動機、直流電源、滑輪等元器件實現。
機械定時器
直流電機
滑輪
任務三：技術體驗國旗自動升旗控制裝置的設計
直流電機
滑輪
第二組：方案B
采用電子定時器、直流電動機、直流電源、滑輪等元器件實現。
電子定時器
任務三：技術體驗國旗自動升旗控制裝置的設計
直流電機
滑輪
第三組：方案C
自制電子定時器、調速電動機、直流電源、滑輪等元器件實現。
自制電子定時器
任務三：技術體驗國旗自動升旗控制裝置的設計
直流電機
滑輪
第四組：方案D
采用CD唱機（含觸發電路）、直流電動機、直流電源、滑輪等元器件實現。
音頻觸發電路
任務三：技術體驗國旗自動升旗控制裝置的設計
思考：同學們提出的四種方案各有什么特點？哪種方案最容易實現？并選擇一個方案實施。
方案A最簡單，關鍵點是需要確定定時器的定時時間并預估電動機的轉速，根據時間、旗桿長度和電動機的轉速選擇滑輪的直徑。
方案D最好，不需要加額外的定時器，用音頻信號直接控制電動機，減少了時間上的誤差。
任務三：技術體驗國旗自動升旗控制裝置的設計
任務四、水位報警系統設計
設計分析：
被控對象—— 蜂鳴器、發光二極管
被控量—— 是否報警
控制量—— 電子開關
聲光報警
水位信息
控制電路
電子開關
蜂鳴器
發光二極管
小結：
控制系統設計需要注意以下幾點
1、控制系統的設計需要先確定被控量和控制量；
2、根據輸入、輸出關系判斷開環、閉環；
3、明確影響設計的主要因素；
4、確定控制系統的方案并制作出原因和模型。
作業：
請大家幫助陳晨同學設計一個集水池水位控制系統！謝謝！

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