6-2简单控制系统的方案设计
简单控制系统的设计共52页文档
简单控制系统的设计
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
《简单控制系统的设计作业设计方案-2023-2024学年高中通用技术粤科版》
《简单控制系统的设计》作业设计方案一、设计背景在摩登工业生产中，控制系统扮演着至关重要的角色。
简单控制系统的设计是掌握控制系统基础理论和技术的重要途径之一。
本次作业设计旨在帮助学生加深对控制系统的理解，提高他们的设计和实践能力。
二、设计内容1. 确定控制目标：选择一个简单的控制目标，例如温度控制、水位控制等。
2. 确定控制对象：选择一个合适的控制对象，例如电热水壶、水箱等。
3. 设计控制系统：根据选定的控制目标和控制对象，设计一个简单的控制系统，包括传感器、执行器、控制器等。
4. 搭建实验平台：准备实验所需的硬件设备和软件工具，搭建实验平台。
5. 进行实验：根据设计的控制系统，进行实验操作，观察控制效果并记录数据。
6. 分析实验结果：对实验结果进行分析，总结经验教训。
7. 撰写实验报告：根据实验结果和分析，撰写实验报告，包括实验设计、实验步骤、实验结果、分析和结论等内容。
三、设计步骤1. 确定控制目标和控制对象。
2. 设计控制系统：确定传感器、执行器和控制器的类型和参数。
3. 搭建实验平台：准备所需的硬件设备和软件工具。
4. 进行实验：按照设计的步骤进行实验操作。
5. 分析实验结果：对实验数据进行分析，找出问题所在。
6. 撰写实验报告：根据实验结果和分析撰写实验报告。
四、设计要求1. 设计方案要简洁明了，步骤清晰。
2. 实验操作要准确无误，数据要真实可靠。
3. 实验报告要详细全面，结论要明确合理。
五、评分标准1. 设计方案的合理性和完备性。
2. 实验操作的准确性和规范性。
3. 实验结果的可靠性和分析的深度。
4. 实验报告的撰写质量和结论的合理性。
通过本次作业设计，学生将能够深入理解控制系统的基本原理和设计方法，提高他们的实践能力和创新认识，为将来的工程实践打下坚实基础。
希望同砚们能够认真对待这次作业，取得优秀的成绩。
《控制系统方案的初步设计作业设计方案》
《控制系统方案的初步设计》作业设计方案一、设计背景控制系统是摩登工程中的重要组成部分，其设计方案的合理性和有效性对工程的性能和稳定性有着至关重要的影响。
本次作业设计旨在让学生通过初步设计一个控制系统方案，加深对控制系统原理和设计方法的理解，提高设计能力和实践操作技能。
二、设计内容1. 确定控制系统的目标：起首要明确设计控制系统的目标，包括控制对象、控制要求和性能指标等。
例如，设计一个温度控制系统，要求实现精准的温度控制，提高系统的稳定性和响应速度。
2. 确定控制系统的结构：根据目标要求和控制对象的特性，选择合适的控制系统结构，包括反馈控制、前馈控制、开环控制等。
结合控制对象的数学模型，确定控制系统的传递函数。
3. 设计控制器：根据控制系统的结构和传递函数，设计合适的控制器，包括比例控制器、积分控制器、微分控制器等。
通过调节控制器参数，实现系统的稳定性和性能指标。
4. 进行仿真实验：利用仿真软件或实验平台，对设计的控制系统方案进行仿真实验，验证系统的控制效果和性能指标是否达到设计要求。
5. 分析和总结：根据仿真实验结果，分析系统的控制效果和存在的问题，总结设计经验和改进方向，完善控制系统方案。
三、设计要求1. 设计方案要求符合控制系统的基本原理和设计方法，能够实现设计的控制目标和性能指标。
2. 设计方案要求具有一定的创新性和实用性，能够解决实际工程中的控制问题。
3. 设计方案要求能够清晰地表达设计思路和方法，包括系统的结构、控制器设计和仿真实验结果等。
4. 设计方案要求能够合理地分析和总结设计结果，提出改进方向和优化措施，完善控制系统方案。
四、设计流程1. 确定控制系统的目标和要求，选择控制对象和性能指标。
2. 根据控制对象的特性和数学模型，确定控制系统的结构和传递函数。
3. 设计控制器，包括比例控制器、积分控制器、微分控制器等。
4. 进行仿真实验，验证设计方案的有效性和性能指标。
5. 分析实验结果，总结设计经验，完善控制系统方案。
X62W型卧式万能铣床电气控制系统的设计
X62W型卧式万能铣床电气控制系统的设计1.概述1.1 铣床国内外研究状况和发展趋势铣床是一种通用的多用途机床，可以进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工。
X62W型卧式万能铣床是一种高效率的加工机械，在机械加工和机械修理中得到广泛的应用。
然而，在电气控制系统中，故障的查找与排除是非常困难的，特别是在继电器接触控制系统，由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长，给生产与维护带来诸多不便，严重地影响生产。
因此，将X62W型卧式万能铣床电气控制线路改造为可编程控制器控制，可以提高整个电气控制系统的工作性能，减少维护、维修的工作量。
1.2 铣床简单介绍1.2.1 铣床的选型铣床是一种通用的多用途机床，适用于各种工件的加工。
在选型时，需要根据加工工件的大小、形状和加工要求等因素进行选择。
1.2.2 X62W机床特点X62W型卧式万能铣床是一种高效率的加工机械，在机械加工和机械修理中得到广泛的应用。
它采用继电接触器电路实现电气控制。
然而，在电气控制系统中，故障的查找与排除是非常困难的，特别是在继电器接触控制系统，由于电气控制线路触点多、线路复杂、故障率高、检修周期长，给生产与维护带来诸多不便，严重地影响生产。
2.X62W万能铣床硬件设计2.1 X62W万能铣床电力拖动的特点及控制要求X62W型卧式万能铣床采用电力拖动实现运动控制。
在硬件设计中，需要考虑电力拖动的特点和控制要求。
2.2 X62W万能铣床元件选型在X62W型卧式万能铣床的硬件设计中，需要选用合适的元件，以保证系统的稳定性和可靠性。
2.3 X62W万能铣床的主要结构及运动形式X62W型卧式万能铣床的主要结构包括机身、工作台、滑枕、主轴、进给机构等部分。
在运动形式上，它可以进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工。
3.电气控制原理3.1 电气原理图X62W型卧式万能铣床的电气控制系统包括主电路和控制电路两部分。
在电气原理图中，需要清晰地标注各元件的接线方式和电气参数。
《简单控制系统的设计作业设计方案》
《简易控制系统的设计》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们加深对简易控制系统的理解，培育他们的实际动手能力和解决问题的能力。
通过设计和搭建一个简易的控制系统，同砚们能够精通控制系统的基本原理和方法。
二、设计内容1. 硬件部分：应用Arduino开发板搭建一个简易的温度控制系统。
系统包括一个温度传感器、一个液晶屏和一个风扇。
当温度传感器检测到环境温度超过设定值时，液晶屏会显示当前温度并启动风扇降温。
2. 软件部分：应用Arduino IDE编写控制程序，实现温度传感器和液晶屏的数据读取和显示，以及风扇的控制逻辑。
三、设计步骤1. 硬件搭建：毗连Arduino开发板、温度传感器、液晶屏和风扇，确保各部件正常工作。
2. 软件编写：编写Arduino程序，实现读取传感器数据、控制液晶屏显示和控制风扇逻辑。
3. 调试测试：测试控制系统的各功能是否正常，调整参数以满足设计要求。
4. 总结反思：总结设计过程中遇到的问题和解决方案，沉思控制系统的优化空间和改进方向。
四、参考资料1. 《Arduino编程实战教程》2. 《控制系统工程》教材3. Arduino官方网站和论坛五、评估标准1. 硬件部分：搭建稳定、毗连正确、工作正常的控制系统。
2. 软件部分：编写明晰、逻辑周密、功能完善的控制程序。
3. 效果展示：实现温度控制、数据显示和风扇控制的基本功能，并能够进行实时调整和显示。
4. 创新能力：能够在基础设计的基础上进行适当的改进和优化，展示出一定的创新能力和实际应用能力。
六、总结通过本次作业设计，同砚们将在实践中进修到控制系统的基本原理和方法，培育了动手能力和解决问题的能力。
同时也能够练习同砚的创新认识和实际操作能力，为他们将来的进修和工作打下良好的基础。
期望同砚们勤勉完成本次作业设计，取得抱负的效果。
第二课时一、课程背景：《简易控制系统的设计》是一门针对控制理论和实践的基础课程，旨在援助同砚精通控制系统设计的基本原理和方法。
简单控制系统的设计教案-高中通用技术粤科版必修技术与设计2
第三节：简单控制系统的设计一、学习目标1.能进行简单的控制系统的设计，并制作一个简单的控制装置、能够对设计方案进行优化。
2.能正确阅读所设计的项目电路图、元件图，并形成良好的设计习惯。
二、素养目标技术意识：结合生活中的技术情境，收集生活中的技术案例并加以分析,能根据设计的需求，面对技术情境，明确要解决的技术问题，并根据现有条件制订解决技术问题的方案，形成一定的设计能力,形成正确的技术观。
工程思维：通过所设计制作的控制项目进行控制系统方案的分析，理解其工作原理和特性，总结出控制系统的设计方法。
能根据设计要求搭建一个控制系统装置，了解所用元件材料的性能，掌握基本工具的使用方法，能对所搭建的系统进行运行调试和综合评价。
三、教学重点、难点重点：制订设计项目的方案。
难点：根据制定的方案，进行项目的实施。
四、教材情况本节内容是对本章知识的具体应用，要求学生掌握控制系统设计的基本流程。
然后利用前面所学知识根据实际需要设计一个简单的控制系统，在理论的指导下进行实例设计。
要求学生熟悉所用到的材料的属性和常用工具的使用方法。
五、学生情况由于学生对电子电路比较陌生，不太了解电子元器件的特性，对于电子电路图和电路的焊接也不熟悉，因此需要教师在实践活动开始前，先进行相关知识的讲解。
六、教学过程思考：为什么电磁炉之上一般都有一个童锁按键？有的插座之上每个插孔都有单独的开关？汽车的空挡要设置在前进挡和后退挡的中间？控制系统设计的基本流程如下：第一步，确定控制的目的。
如速度控制是为了达到一定的速度；温度控制是为了获得一个合适的温度等。
第二步，确定系统的被控量。
被控量就是为了达到控制目的，我们实际需要控制的量。
一般情况下，系统的控制目的就是系统的被控量。
如速度控制系统的被控量是速度；温度控制系统的被控量是温度。
但有时控制目的和被控量也不是同一对象，如为了控制化学反应的速度，我们通过控制化学反应的温度来实现；为了避免高速公路的交通事故，我们通过控制车速来实现。
《简单控制系统的设计作业设计方案-2023-2024学年高中通用技术粤科版》
《简单控制系统的设计》作业设计方案一、课程背景及目标《简单控制系统的设计》是一门专业课程，旨在帮助学生掌握控制系统的基本原理和设计方法，培养学生的工程实践能力和创新思维。
通过本课程的进修，学生将能够掌握控制系统的基本观点、数学模型、稳定性分析、控制器设计等内容，为将来从事相关领域的工作做好基础准备。
二、作业设计内容本次作业设计旨在让学生通过实际操作，深入理解控制系统的设计过程，掌握控制系统的基本原理和方法。
具体内容如下：1. 选择一个简单的物理系统，如水箱液位控制系统、温度控制系统等，建立其数学模型；2. 进行系统的稳定性分析，包括判断系统的稳定性条件；3. 设计一个合适的控制器，使系统能够实现指定的性能指标，如快速响应、稳定性等；4. 应用Simulink等仿真软件对系统进行仿真，验证控制器设计的有效性；5. 撰写实验报告，总结控制系统设计的过程和结果。
三、作业设计步骤1. 确定物理系统：学生可以选择水箱液位控制系统作为案例，建立其数学模型；2. 稳定性分析：根据系统的数学模型，进行稳定性分析，判断系统的稳定性条件；3. 控制器设计：根据系统的性能指标，设计一个合适的控制器，如PID控制器；4. 系统仿真：应用Simulink等仿真软件，对系统进行仿真，验证控制器设计的有效性；5. 撰写实验报告：总结控制系统设计的过程和结果，分析实验中遇到的问题和解决方法。
四、作业评分标准1. 系统建模的准确性和完备性；2. 稳定性分析的逻辑性和正确性；3. 控制器设计的合理性和有效性；4. 系统仿真的准确性和可靠性；5. 实验报告的撰写规范性和内容丰富性。
五、作业提交要求1. 作业提交时间：XX年XX月XX日；2. 作业提交形式：电子版实验报告；3. 作业提交邮箱：*****************。
六、总结通过本次作业设计，学生将能够深入理解控制系统的设计过程，掌握控制系统的基本原理和方法，提高工程实践能力和创新思维。
《简单控制系统的设计》教案
《简单控制系统的设计》教案一、教学目标1. 让学生了解控制系统的基本概念和分类。
2. 使学生掌握简单控制系统的设计方法和步骤。
3. 培养学生运用控制系统理论知识解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 控制系统的基本概念和分类2. 简单控制系统的设计方法3. 控制系统设计实例三、教学方法1. 讲授法：讲解控制系统的基本概念、分类和设计方法。
2. 案例分析法：分析控制系统设计实例，让学生参与讨论。
3. 实践操作法：让学生动手设计简单的控制系统。
四、教学准备1. 教学PPT：包含控制系统的基本概念、分类、设计方法和实例。
2. 控制系统设计软件：如MATLAB、Simulink等。
3. 计算机和投影仪。
五、教学过程1. 引入：讲解控制系统在工程中的应用，激发学生的兴趣。
2. 讲解控制系统的基本概念和分类：介绍控制系统的定义、目标、类型和性能指标。
3. 讲解简单控制系统的设计方法：包括系统建模、控制器设计、系统仿真和优化。
4. 分析控制系统设计实例：以实际工程案例为例，讲解设计过程和方法。
5. 实践操作：让学生利用控制系统设计软件，动手设计一个简单的控制系统。
7. 作业布置：布置相关练习题，巩固所学知识。
六、教学评估1. 课堂问答：通过提问了解学生对控制系统基本概念和分类的掌握情况。
2. 练习题：评估学生对简单控制系统设计方法的掌握程度。
3. 小组讨论：观察学生在案例分析中的参与度和协作能力。
4. 设计报告：评估学生对控制系统设计实例的理解和应用能力。
七、教学拓展1. 控制系统在其他领域的应用：介绍控制系统在工业、农业、医疗等领域的应用实例。
2. 先进控制系统：讲解现代控制系统技术，如智能控制、自适应控制等。
3. 控制系统设计软件的使用：教授学生如何运用MATLAB、Simulink等软件进行控制系统设计。
八、教学反馈1. 课堂反馈：课后收集学生对课堂教学的反馈，了解教学效果。
2. 作业反馈：对学生的练习题进行批改，提供个性化的反馈意见。
简单控制系统的方案设计
• 在一个生产过程中，影响工艺正常运行的因素很多。但并非所有的 因索都要加以控制，设计人员必须深入生产实际，调查研究，熟悉和 掌握工艺操作的要求，找出那些对产品的产最和质最，以及安全生产 都具有决定意义，能最好地反映工艺生产状态变化的那些变量，作为 被控变量，进行自动控制。 • 选择被控变量的一般原则是:首先考虑选择质量指标(直接变童)作为 被控变量.因为它直接反映了生产过程产品的产量和质量，以及安全运 行状况.其次，当选质贵指标比较困难时，应选择与质量指标成单值对 应关系的间接指标(间接变量)作为被控变最。此外，要保证所选间接 变鱼具有足够的灵敬度，还要考虑工艺生产的合理性和国内外仪表现 状。 • 例如，燕汽锅炉汽包水位控制系统，汽包水位就是直接变盆，是一 个保证锅炉安全运行的过程变址，因此选择水位作为被控变量最好， 大多数以温度、压力、流量、液位为操作指 • 标的生产过程，就选温度、压力、流量、液位作为被控变量.
很明显，干扰作用与控制作用都同时影响着被控变童，不过在 控制系统中，我们通过控制器正、反作用的选择.有意地使控制作用 的影响方向正好与干扰作用的影响方向相反。这样，当干扰作用使 被控变量发生变化时，控制作用就产生.并克服干扰的影响而把被控 变最拉回来。因此，一个控制系统中。干扰作用与控制作用是相互 对立而存在的，有干扰，就有控制。没有干扰就无需控制。 • 为了使控制作用能有效地克服千扰影响，就要选择一个可控 性良好的调节变最，如何选择?这就要研究被控过程的特性。要求 设计人员在熟悉和掌握生产工艺机理的基础上，认真分析生产过程 干扰因素的来源和大小.以被控对象特性参数(Kp、Tp、rp)对控制 质童的影响为依据正确选择，同时要保证工艺的合理性。 • 气动薄膜调节阀： /
2.对象动特性对系统质量的影响
简单控制系统的设计
干扰
设定值 偏
＋差
－
控制器 (LC或TC)
执行器 (控制阀)
被控对象
被控变量
测量、变送环节 （LT或TT）
广义对象
简单控制系统的设计
(1) 比例控制器 比例控制器规律： P=Kpe 可调参数： Kp 或 δ
特点：输出与偏差成比例，抗干扰强，控制及时， 过渡时间短，纯比例控制有余差。
适用：控制通道滞后小，负荷变化不大。允许有余 差，主要用于允许余差的液位与蒸汽压力的控制。
了时存在余差。
积分作用使控制器输出与偏差的积分成 调节通道滞后较小、负
比例, 过渡过程结束时无余差。但使稳 荷变化不大、工艺参数
定性降低。
不允许有余差的系统。
微分作用使控制器的输出与偏差变化速 容量滞后较大、负荷变 度成比例。它对克服容量滞后有显著效 化大、控制质量要求较 果。在比例的基础上加上微分作用能提 高的系统 高稳定性,再加上积分作用可以消除余差。
简单控制系统的设计
2 、控制器正、反作用的选择
何谓“正”、“反”作用？ 所谓作用方向，就是指输入变化后，输出的变 化方向。当输入增加时，输出也增加，则称该环节 为“正作用”方向；反之，当环节的输人增加时， 输出减小，则称该环节为“反作用”方向。
控制器正 反作用选择的基本原则
保证整个控制系统形成负反馈。在控制系统中， 控制器、被控对象、测量元件及执行器都有各自的作 用方向，一般被控对象、测量元件及执行器的作用方 向是固定的，因此为了使系统构成负反馈，应对控制 器的正反作用进行调整。
最常见的操纵变量是介质的流量。
通过工艺分析
操纵变量
确定 系统的干扰
简单控制系统的设计
举例
如果根据工艺要 求，选择提馏段某 块塔板（一般为灵 敏板）的温度作为 被控变量。
《简单控制系统的设计作业设计方案》
《简单控制系统的设计》作业设计方案一、作业目标：本次作业旨在让学生通过设计一个简单的控制系统，加深对控制系统原理和设计方法的理解，提高学生的实际操作能力和创新思维。
二、作业要求：1. 设计一个包含传感器、执行器和控制器的简单控制系统，实现对某一物理量的监测和控制。
2. 确定控制系统的输入和输出信号，设计传感器和执行器的接口电路。
3. 编写控制器的程序，实现对传感器采集数据的处理和对执行器的控制。
4. 调试控制系统，验证设计的正确性和稳定性。
5. 撰写实验报告，详细记录设计过程、实验结果和分析结论。
三、作业步骤：1. 确定控制系统的功能和结构：起首确定控制系统要监测和控制的物理量，例如温度、湿度等，然后确定控制系统的结构，包括传感器、执行器和控制器的选择和毗连方式。
2. 设计传感器和执行器的接口电路：根据控制系统的需求，设计传感器和执行器的接口电路，确保信号的稳定和可靠传输。
3. 编写控制器的程序：根据传感器采集的数据和控制系统的逻辑干系，编写控制器的程序，实现对执行器的控制。
4. 调试控制系统：毗连各个部件，进行控制系统的调试，验证设计的正确性和稳定性。
5. 撰写实验报告：详细记录设计过程、实验结果和分析结论，总结经验和教训，提出改进建议。
四、作业评分标准：1. 设计的控制系统功能完备，结构合理，实现对物理量的准确监测和控制。
2. 传感器和执行器的接口电路设计合理，信号传输稳定可靠。
3. 控制器程序编写规范，逻辑清晰，实现对传感器数据的有效处理和对执行器的精确控制。
4. 调试过程详细，结果准确，实验报告内容完备、结构清晰、表达流畅。
5. 学生在实验过程中表现积极主动，动手能力强，创新认识突出。
五、参考资料：1. 《控制系统工程导论》，刘宗林，机械工业出版社，2018年。
2. 《自动控制原理与设计》，张三，电子工业出版社，2019年。
3. 《控制系统设计与实践》，李四，清华大学出版社，2020年。
《简单控制系统的设计作业设计方案-2023-2024学年高中通用技术粤科版》
《简易控制系统的设计》作业设计方案第一课时一、背景介绍本次作业设计旨在援助同砚深度理解简易控制系统的设计原理和方法，通过实际操作和仿真试验，提高同砚的动手能力和解决问题的能力。
本次作业设计将涉及PID控制器的设计和调整、系统建模和仿真等内容，期望通过这些实践活动，让同砚对控制系统的设计有更深度的熟识。
二、作业设计内容1. PID控制器设计与调整在本次作业设计中，同砚将进修PID控制器的基本原理和设计方法，通过实际仿真试验，设计一个简易的PID控制器，并调整参数，使系统达到稳定状态。
同砚需要精通PID控制器的作用原理、参数调整方法和调整过程中的注意事项。
2. 系统建模与仿真同砚将进修如何对一个简易的控制系统进行建模，包括系统的输入、输出和控制对象等。
通过建立系统的数学模型，并进行仿真试验，同砚将能够更好地理解控制系统的工作原理和性能。
三、作业设计流程1. 同砚分组，每组3-4人，确定作业设计题目和主题。
2. 确定PID控制器设计与调整的试验内容和步骤，包括控制器参数的选择和调整方法。
3. 确定系统建模与仿真的试验内容和步骤，包括系统的输入、输出和控制对象的确定，以及数学模型的建立和仿真试验的进行。
4. 每组同砚按照设计方案，完成试验和仿真，并撰写试验报告。
5. 同砚进行试验结果展示和谈论，分享阅历和收获。
四、作业设计要求1. 同砚需要按照设计方案，勤勉完成试验和仿真，保确认验数据的准确性。
2. 同砚需要撰写完备的试验报告，包括试验目标、方法、过程、结果和分析等内容。
3. 同砚需要在试验结果展示和谈论中，展示自己的效果和心得体会，乐观参与谈论和沟通。
4. 同砚需要在规守时间内完成试验和报告，确保作业质量和进度。
五、作业设计评判1. 作业设计将依据同砚的试验完成状况、试验报告质量和试验结果展示等方面进行评判。
2. 作业设计将重视同砚的实际操作能力和解决问题能力，鼓舞同砚独立沉思和创新实践。
3. 作业设计将重视团队合作和沟通能力，鼓舞同砚互相进修和共同进步。
《简单控制系统的设计》教案
《简单控制系统的设计》教案一、教学目标1. 了解控制系统的基本概念和分类。
2. 掌握简单控制系统的设计方法和步骤。
3. 能够运用控制系统理论知识分析和解决实际问题。
二、教学内容1. 控制系统的基本概念控制系统的定义控制系统的组成控制系统的分类2. 简单控制系统的设计方法系统建模系统稳定性分析系统控制器设计系统仿真与实验3. 控制系统设计实例线性控制器设计实例非线性控制器设计实例数字控制器设计实例三、教学方法1. 讲授法：讲解控制系统的基本概念、设计方法和实例。
2. 实践法：引导学生参与控制系统实验，提高实际操作能力。
3. 讨论法：组织学生分组讨论，促进互动交流。
四、教学准备1. 教学PPT：制作控制系统基本概念、设计方法和实例的PPT。
2. 实验设备：控制系统实验装置。
3. 参考教材：控制系统相关教材和学术论文。
五、教学过程1. 引入控制系统的基本概念，讲解控制系统的重要性。
2. 介绍控制系统的基本组成和分类，让学生了解控制系统的基本框架。
3. 讲解控制系统的设计方法，包括系统建模、稳定性分析、控制器设计等步骤。
4. 通过实例分析，让学生掌握控制系统设计的方法和技巧。
5. 组织学生进行实验操作，验证控制系统设计结果的正确性。
6. 引导学生进行分组讨论，分享控制系统设计的心得体会。
7. 总结本节课的内容，布置课后作业，巩固所学知识。
六、教学评估1. 课堂讲解评估：通过观察学生的听课情况，了解学生对控制系统基本概念和设计方法的理解程度。
2. 实验操作评估：通过学生在实验过程中的操作表现，评价其对控制系统设计方法的掌握情况。
3. 课后作业评估：通过学生完成的课后作业，检验其对课堂所学知识的吸收和运用能力。
七、教学拓展1. 控制系统在工程中的应用：介绍控制系统在工业、交通、医疗等领域的应用案例，让学生了解控制系统的实际价值。
2. 先进控制系统技术：简要介绍智能控制、自适应控制等先进控制系统技术，激发学生的学习兴趣。
【教案】简单控制系统的设计
简单控制系统的设计一、教学内容分析本课内容为本单元的第六课时，是本单元、本书的最后一个课时。
在前面的学习中，学生已经了解了结构、流程、系统、控制与设计的关系。
实现是技术的重要组成部分之一。
本节通过开环控制系统实现案例，使学生了解控制系统制作的一般思路和步骤，通过自动升旗控制装置的制作，强化学生对控制系统实现的多方案的理解。
控制系统的实现是本单元教学内容的综合和总结，也是控制思想方法的集中体现。
这一节的教学不仅需要学生对开环控制系统的工作过程和工作原理有较好的了解，还需要熟悉控制系统的组成和各环节的作用。
二、学情分析通过前面内容的学习，学生对控制系统的设计及实现有了一定的了解，通过控制系统的分析与制作，使学生对一定的实践经验和生活经历，上升到一定的理论认识，对失败的使用经验，能从控制与设计的角度重新的认识。
同时学生的动手能力和思维方式有较大差异，因此，分组试验时安排要合理，以达到以强带弱的目的。
三、教学目标1.知识与技能：了解简单的被控制对象的基本特征，画出系统方框图，形成初步设计方案2.过程与方法：通过案例式的探讨和实践改良的技术活动，提高分析能力，培养探究精神，学习权衡的思想。
3.情感、态度与价值观：（1）通过对控制系统的设计与实现的分析，体会产品人性化的设计思想。
（2) 培养认真严谨的态度，进而树立“以人为本”的设计理念。
（3) 通过多种形式的教学活动，提高学生学习技术课的兴趣。
四、教学重点与难点：教学重点：实现一个控制系统应明确的问题；对控制系统的基本要求；控制系统实现的思想方法。
教学难点：实现一个控制系统应明确的问题的分析；控制系统实现的思想方法。
五、教学策略在教学过程中，为了构建高效课堂，在学生已有的知识结构基础上，应用“建构主义”的学习理论来组织教学，充分发挥学生自主学习和合作探究的积极性，让学生在观察思考、自我感悟、动手操作、能力升华中获得知识，提高能力，并体会到学习的乐趣。
本节书从理论上讲内容较难，学生理解起来比较困难，为了能有较好的课堂效果，具体教学策略如下：（1）通过一些具体的生活中例子来引入课题。
《简单控制系统的设计》教案
《简单控制系统的设计》教案一、教学目标1. 让学生了解控制系统的概念，理解控制系统的基本组成部分及其作用。
2. 使学生掌握简单控制系统的设计方法，能够运用控制理论设计简单的控制系统。
3. 培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生的创新意识和实践能力。
二、教学内容1. 控制系统的基本概念介绍控制系统的定义、作用及其在工程应用中的重要性。
2. 控制系统的基本组成部分讲解控制器、被控对象、反馈元件及输入输出设备等基本组成部分的功能和作用。
3. 简单控制系统的设计方法介绍控制系统设计的基本原则，讲解系统稳定性、快速性、精确性等性能指标的确定方法。
4. 控制系统设计实例分析分析典型的控制系统设计实例，如PID控制器设计、模糊控制器设计等，让学生学会运用所学知识解决实际问题。
5. 控制系统设计软件工具的使用介绍常用的控制系统设计软件工具，如MATLAB/Simulink等，对学生进行上机操作训练。
三、教学方法1. 讲授法：讲解控制系统的基本概念、基本组成部分和设计方法。
2. 案例分析法：分析典型的控制系统设计实例，让学生学会运用所学知识解决实际问题。
3. 实践操作法：使用控制系统设计软件工具进行实际操作，提高学生的实践能力。
四、教学环境1. 教室：配备投影仪、计算机等教学设备，方便进行PPT讲解和案例分析。
2. 实验室：配备控制系统设计软件工具和相关实验设备，供学生进行实践操作。
五、教学评价1. 课堂参与度：考察学生在课堂上的发言、提问等互动情况，评价学生的积极性和主动性。
2. 课后作业：布置相关的课后练习题，评价学生对知识点的掌握程度。
3. 实践操作：评价学生在实验室进行控制系统设计实践操作的表现，包括设计方案的合理性、操作的正确性等。
六、教学资源1. 教材：《控制系统原理与应用》、《现代控制系统》等。
2. 课件：制作详细的PPT课件，用于辅助讲解和展示。
3. 实验设备：控制系统实验装置，用于学生实践操作。
ch6-2电气系统的设计和安装
第2章电气系统的设计和安装第1节主电源2.1.1 发电机组2.1.1.1 应配备足以供给本篇第1章1.1.1.3(1)所指全部设备用电的主电源, 且:(1)主电源至少由2台发电机组构成；(2)发电机组的台数和容量, 应能在其中最大一台发电机组停止工作时, 仍能满足供电给浮式装置的生产设备, 同时基本的生活条件也应得到保证, 至少应包括适当的炊事、取暖、食品冷冻、机械通风、卫生和淡水等设备的供电。
2.1.1.2 对交流系统, 当任一台发电机组停止工作时, 其余机组应有足够的储备容量, 以使在相当负载下起动最大一台电动机所导致的较大电压降落, 不会使任何电机失速或设备失效。
2.1.2 变压器2.1.2.1 若变压器构成本节所要求主电源供电系统的必要组成部分时, 则其容量和数量应能在其中任一对绕组停止工作时, 仍能保证对装置安全所必须的设备安全运转所要求的设备供电, 同时最低舒适居住条件也应得到保证。
2.1.2.2 上述主电源用变压器一般应采用干式空气冷却型。
如采用油浸变压器时, 则应符合本篇第1章1.3.1.14的要求。
2.1.3 主配电板的安装2.1.3.1 主配电板的汇流排应至少分成两部分, 平时由隔离开关或其他可拆卸连接件或其他经本社认可的方式加以连接, 并尽可能地将发电机和其他双套设备均分地连至各段汇流排上。
2.1.3.2 主配电板的后方和上方不应有水、油及蒸汽管、油柜及其他液体容器。
若不可避免时, 应有可靠的防护措施。
2.1.3.3 主配电板的前后通道宽度应符合本篇表1.3.1.1要求。
若配电板的结构型式可在前面和侧面进行维护检查和更换部件时, 则允许不设后通道。
2.1.3.4 主配电板前后均应铺有防滑和耐油的绝缘地毯或经绝缘处理的木格栅。
第2节应急电源2.2.1 一般要求2.2.1.1 浮式装置上的应急电源可以如下组成:(1)独立的应急发电机组、变压器和配电板；(2)当应急发电机不能自动起动和在规定时间(如45s)内自动供电时, 应设有能自动接入的临时应急电源。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2、被控参数的选择方法
• •
被控参数的选择一般有两种方法，一是直接参 数法，二是间接参数法。 直接参数法
•
选择能直接反映生产过程中产品产量和质量又易于 测量的参数作为被控参数。 选择那些能间接反映产品产量和质量又与直接参数 有单值对应关系、易于测量的参数作为被控参数。 当选择直接参数有困难时，如直接参数检测很困难 或根本无法进行检测，可采用间接参数法。
Y lim Y t lim s
t sபைடு நூலகம் 0
K
s T o s 1 T f s 1 K 0 K c T f s 1
f
T o s 1
K
f
1 KoKc
•
过程静态特性对控制质量好坏有很大的影响， 是选择控制变量的一个重要依据。
广西大学电气工程学院
扰动通道静态放大系数Kf 对控制质量的影响
•
仿真结果： Kf从0.5→1.5，曲线从蓝色到黑色
扰动通道放大系数Kf越大，在同样的扰动作用下，使 广西大学电气工程学院 被控参数偏离设定值越大，应使Kf越小越好。
控制通道静态放大系数Ko 对控制质量的影响
•
•
控制通道的静态放大系数Ko愈大，表示控制作 用愈灵敏，克服扰动的能力愈强，控制效果愈 显著。 控制通道静态放大系数Ko对控制质量影响的仿 真
扰动作用点位置对控制质量的影响
•
•
扰动引入系统的位置 不同，对被控参数的 影响也不同。 如图所示串联工作的3 个水箱，为了实现3# 水箱水位不变，设计 图示的控制系统。其 中扰动f1、f2、f3由三 处分别引入系统。
广西大学电气工程学院
扰动作用点位置对控制质量的影响
• •
设三只水箱均为一阶惯性环节，它们对扰动f 起着滤波作用。 当扰动引入系统的位置离被控参数愈近时，则 对其影响愈大；相反，当扰动离被控参数愈远 时，则对其影响愈小。
广西大学电气工程学院
3、过程动态特性的分析
•
过程动态特性分析包括
• •
•
• • •
扰动通道时间常数Tf对控制质量的影响 扰动通道纯时间滞后τf对控制质量的影响 扰动作用点位置对控制质量的影响 控制通道时间常数To对控制质量的影响 控制通道的时间滞后τ对控制质量的影响 时间常数分配对控制质量的影响
广西大学电气工程学院
• •
其中T1＝10s，T2＝5s，T3＝2s。 若每次改变其中一个或两个时间常数，可求 得一组Kmax、ωc、Kmaxωc值。
广西大学电气工程学院
时间常数分配对控制质量的影响
T1 原始数据 减小T1 减小T2 减小T3 10 5 10 10 T2 5 5 2.5 5 T3 2 2 2 1 Kmax 12.6 9.8 13.5 19.8 ωc 0.41 0.49 0.54 0.57 Kmaxωc 5.2 4.8 7.3 11.2
载热介质 TC TT
冷物料
热交换器
热物料
广西大学电气工程学院
被控参数的选择方法--间接参数法
• •
例3 化工的精馏物 纯度控制系统 精馏塔是利用混合 物各成分挥发度不 同，将混合物分离 成较纯组分产品或 中间产品的设备。
如图将苯—甲苯混合 液进行分离。
苯 苯—甲苯
•
甲苯
广西大学电气工程学院
被控参数的选择方法--间接参数法
时间常数分配对控制质量的影响
•
•
控制系统的开环传递函数（包括控制器、调 节阀、被控过程以及测量变送器）大多可表 示为多个一阶环节的串联。 设某系统的开环传递函数为
W c s W o s W m s W v s 1
T 1 s 1 T 2 s 1 T 3 s 1
广西大学电气工程学院
•
间接参数法
•
•
被控参数的选择方法--直接参数法
• •
例1 储罐液位控制系统 工艺要求储罐液位稳定。那么设计的控制系统 就应以储罐液位为被控参数。
液 位 调 LC 节 器 执行器
储罐
LT 差压变送器
广西大学电气工程学院
被控参数的选择方法--直接参数法
• •
例2 换热器出口温度控制系统 工艺要求出口温度为定值。那么设计的控制系 统就应以出口温度为被控参数。
广西大学电气工程学院
1、选择控制变量的意义
• • •
被控参数选定以后，应对工艺进行分析，找出所有 影响被控参数的因素。在这些变量中，有些是可控 的，有些是不可控的。 在诸多影响被控参数的因素中选择一个对被控参数 影响显著且便于控制的变量，作为控制变量； 其它未被选中的因素则视为系统的干扰。
影响变量
•
被控量Y（s）对扰动F（s）的闭环传递函数为
Y s F s
T o s 1 T f s 1
T o s 1 K
K o K c T f s 1
f
广西大学电气工程学院
过程静态特性的分析
•
由于系统是稳定的，所以在阶跃扰动作用下， 系统稳态值可应用终值定理求得
阀1
阀2
LC
LC
LT
LT
广西大学电气工程学院
确定控制变量的基本方法：
•
通过对工艺过程的分析，找出影响被控参数变 化的因素，根据对象控制通道特性和扰动通道 特性对控制质量的影响，正确选择可控性良好 的变量作为控制变量。
阀1
阀2
广西大学电气工程学院
2、过程静态特性的分析
•
简单控制系统的框图如图所示
第六章
简单控制系统的设计
第二节 简单控制系统 的方案设计
广西大学电气工程学院
• •
对于过程控制系统的工程设计与应用来说，控 制方案的设计是核心。 简单控制系统的系统结构已确定，控制方案设 计所包含的内容是：
•
•
•
依据生产工艺要求合理选择系统性能指标，合理选 择被控参数和控制变量 合理选择控制装置及控制规律 测量变送装置、执行器（调节阀）的选择
•
•
•
精馏过程要求产品达到规定 的纯度，并希望在额定生产 负荷下，尽可能地节省能源。 塔顶馏出物（或塔底残液） 的浓度应选作被控变量，因 为它最直接地反映了产品的 质量。 苯—甲苯 但目前对成分的测量尚有一 定的困难，没有合适的仪表 在线检测馏出物的纯度，则 不能直接作为被控变量。 甲苯
广西大学电气工程学院
苯
被控参数的选择方法--间接参数法
•
•
只好在与馏出物的纯 度有单值关系的工艺 参数中，找出合适的 变量作为被控变量， 进行间接参数控制。 经工艺分析发现，塔 内压力和塔内温度都 对馏出物纯度有影响。 需要对二者进行比较 试验，选出一个合适 的变量。
苯 苯—甲苯
甲苯
广西大学电气工程学院
被控参数的选择方法--间接参数法
增大T1
减小T2、 T3 • • •
20
10
5
2.5
2
1
19.2
19.3
0.37
0.74
7.1
14.2
减小过程中最大的时间常数T1，反而引起控制质量下降； 增大最大时间常数T1，虽ωc略有下降，但Kmax增大，有助 于提高控制指标； 减小T2或T3都能提高控制性能指标，若同时减小T2、T3， 则提高性能指标的效果更好。
• •
•
•
Wc（s）为控制器与执行机构的传递函数 Wo（s）为控制通道的传递函数 Wf（s）为扰动通道的传递函数 并设 K0 W o s
T0 s 1 W c s K c K f W f s T f s 1
广西大学电气工程学院
过程静态特性的分析
• •
在确定控制变量时，使控制通道的放大系数Ko 大于扰动通道的放大系数Kf是合理的。 当这一要求不能满足时，可通过调节Kc的值来 补偿，使KoKc值远大于Kf。
广西大学电气工程学院
•
结论1:
选择控制变量构成控制系统时，从静态角 度考虑，在工艺合理性的前提下，扰动通道的 放大倍数Kf越小越好，控制通道放大倍数Ko希 望适当大些，以使控制通道灵敏些。
扰动通道时间常数Tf对控制质量的影响
•
仿真结果： Tf从2s→10s，曲线从蓝色到黑色
Tf越大，扰动对被控参数的影响缓和，控制系统品质越好。
广西大学电气工程学院
扰动通道纯时间滞后τf 对控制质量的影响
•
仿真结果： τf从2s→10s，曲线从蓝色到红色
τf 的存在对控制质量无影响。
广西大学电气工程学院
广西大学电气工程学院
结论2:
•
•
•
过程的干扰通道时间常数Tf 越大越好，相当于 对扰动信号进行滤波。 干扰通道纯滞后τf不影响控制质量. 干扰进入系统的位置离被控参数检测点越远， 则Tf 越大，控制时最大偏差越小。
广西大学电气工程学院
控制通道时间常数To 对控制质量的影响
•
仿真结果： To从5s→12s，曲线从蓝色到黑色
被控变量
广西大学电气工程学院
• • •
•
扰动量对被控参数的作用通道称为扰动通道； 控制变量对被控参数作用的通道称为控制通道。 扰动量通过扰动通道对被控参数产生影响，使 被控参数偏离给定值。 控制作用通过控制通道对被控参数起主导影响， 抵消扰动影响，以使被控参数回复到给定值。 确定一个控制回路，实质上就是选择控制变量 的问题。
•
仿真条件：To＝10s，τo＝2s Tf＝1s，τf＝1s， Kf＝1
广西大学电气工程学院
控制通道静态放大系数Ko 对控制质量的影响
•
仿真结果： Ko从1.5→0.5，曲线从黑色到蓝色
控制通道放大系数KO越大，控制作用越灵敏， 广西大学电气工程学院 抑制扰动能力强，一般应使KO大些。