第四单元第四节控制系统的设计与实施(教案)

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。

板

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