資源簡介

二、開環(huán)控制系統(tǒng)
任務(wù)一理解控制系統(tǒng)
一、教學(xué)目標
1.通過技術(shù)體驗活動，理解控制系統(tǒng)的含的工作過程含義，熟悉簡單開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程，理解其中控制器、執(zhí)行器等的作用，辨析開環(huán)控制系統(tǒng)的特征。
二、教學(xué)重點、難點
控制系統(tǒng)的含的工作過程含義，開環(huán)控制系統(tǒng)的特征
三、教學(xué)方法
講授法，演示法，任務(wù)引導(dǎo)法
四、教學(xué)過程
1、情境導(dǎo)入
陳晨設(shè)計了雨水收集系統(tǒng)，但是每逢雨季，雨水收集池的水位就會隨著雨水的不斷
注入而升高，當水位升到一定高度時，雨水就從溢水口溢出排放出去，造成了雨水資源
的浪費。
2、新課學(xué)習
技術(shù)體驗
搭建雨水收集池水位報警裝置
體驗?zāi)康?通過搭建雨水收集池水位報警裝置，感受控制系統(tǒng)的工作過程。
情境展示:當雨水收集池水位達到溢出高度時，需要報警提示，讓家人及時用掉一些水。
問題分析:在連接水位報警裝置時，聲光報警器應(yīng)該安裝在什么位置?
活動準備:
材料:警示燈、蜂鳴器、電極水位傳感器、繼電器、水池等。
主要過程:
1.搭建水位報警裝置。
(1)水位報警控制系統(tǒng)流程圖(圖4-15)和水位報警系統(tǒng)示意圖(圖4-16)。
(2)使用現(xiàn)有材料，根據(jù)水位報警系統(tǒng)示意圖搭建報警裝置。
2.測試水位報警裝置，填寫下表:
測試動作
警示燈狀態(tài)
向水沈中注入水，使水位達到報警高度
將水池中的水放出部分，使水位低于報警高度
思考:
1.如果把電極水位傳感器改為干簧管傳感器，該裝置需要如何改動?
2已經(jīng)有報警裝置，為什么還要留溢流孔?
控制系統(tǒng)
上述報警控制裝置中， 水位是該控制裝置的輸入，通過水位傳感器將信息傳送到控制器;當水位達到報警值時，控制器輸出信號到報警器，發(fā)出聲光報警。這樣一個系統(tǒng)稱為控制系統(tǒng)。
任何控制都要通過若干個環(huán)節(jié)來實現(xiàn)，這些環(huán)節(jié)所涉及的裝置構(gòu)成了一個系統(tǒng)，稱為控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的輸出與輸人之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。
思維碰撞
控制系統(tǒng)與一般意義上的系統(tǒng)相比，其特點有哪些?
引申：
按照有無反饋分類
無反饋稱為開環(huán)控制系統(tǒng)（open-loop control system），這種系統(tǒng)的輸入直接供給控制器，并通過控制器對受控對象產(chǎn)生控制作用。其主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、容易維修；缺點是精度低，容易受環(huán)境變化（例如電源波動、溫度變化等）的干擾。
有反饋稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)（closed-loop control system），輸入與反饋信號比較后的差值（即偏差信號）加給控制器，然后再調(diào)節(jié)受控對象的輸出，從而形成閉環(huán)控制回路。所以，閉環(huán)系統(tǒng)又稱為反饋控制系統(tǒng)，這種反饋稱為負反饋。與開環(huán)系統(tǒng)相比，閉環(huán)系統(tǒng)具有突出的優(yōu)點，包括精度高、動態(tài)性能好、抗干擾能力強等。它的缺點是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，價格比較貴，對維修人員要求較高。
根據(jù)采用的信號處理技術(shù)不同分類
模擬控制系統(tǒng)，采用模擬技術(shù)處理信號的控制系統(tǒng)稱為模擬控制系統(tǒng)。
數(shù)字控制系統(tǒng)，采用數(shù)字技術(shù)處理信號的控制系統(tǒng)稱為數(shù)字控制系統(tǒng)。
根據(jù)輸入量是否恒定分類
輸入量是恒定的，這種控制系統(tǒng)我們一般稱之為恒值控制系統(tǒng)，如恒速電機、恒溫熱爐等。
輸出量隨著輸入量的變化而變化，這種控制系統(tǒng)稱為隨動系統(tǒng)。例如導(dǎo)彈自動瞄準系統(tǒng)等。
工作原理
檢測輸出量（被控制量）的實際值；將輸出量的實際值與給定值（輸入量）進行比較得出偏差；
用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差，使得輸出量維持期望的輸出。
性能要求
為了實現(xiàn)自動控制的基本任務(wù)，必須對系統(tǒng)在控制過程中表現(xiàn)出來的行為提出要求。對控制系統(tǒng)的基本要求，通常是通過系統(tǒng)對特定輸入信號的響應(yīng)來滿足的。例如，用單位階躍信號的過渡過程及穩(wěn)態(tài)的一些特征值來表示。在確保穩(wěn)定性的前提下，要求系 統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能好，即：
動態(tài)過程平穩(wěn)（穩(wěn)定性）；
響應(yīng)動作要快（快速性）；
跟蹤值要準確（準確性）。
應(yīng)用領(lǐng)域
工業(yè)方面
控制系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于人類社會的各個領(lǐng)域。
在工業(yè)方面，對于冶金、化工、機械制造等生產(chǎn)過程中遇到的各種物理量，包括溫度、流量、壓力、厚度、張力、速度、位置、頻率、相位等，都有相應(yīng)的控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上通過采用數(shù)字計算機還建立起了控制性能更好和自動化程度更高的數(shù)字控制系統(tǒng)，以及具有控制與管理雙重功能的過程控制系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用包括水位自動控制系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)機械的自動操作系統(tǒng)等。
軍事技術(shù)
自動控制的應(yīng)用實例有各種類型的伺服系統(tǒng)、火力控制系統(tǒng)、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)等。在航天、航空和航海方面，除了各種形式的控制系統(tǒng)外，應(yīng)用的領(lǐng)域還包括導(dǎo)航系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)和各種仿真器。
3、課堂小結(jié)
通過技術(shù)體驗活動，理解控制系統(tǒng)的含的工作過程含義，熟悉簡單開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程，理解其中控制器、執(zhí)行器等的作用，辨析開環(huán)控制系統(tǒng)的特征。
五、教學(xué)反思

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