單元控制與設(shè)計教材分析.ppt

1、a,1,第四單元 控制與設(shè)計教材分析,a,2,重要概念： 控制、控制系統(tǒng)、開環(huán)控制、閉環(huán)控制、干擾因素、反饋、功能模擬法、黑箱方法,第四單元 控制與設(shè)計,第一節(jié) 控制的手段與應(yīng)用 第二節(jié) 控制系統(tǒng)的工作過程與方式 第三節(jié) 閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋 第四節(jié) 控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施,a,3,第一節(jié) 控制的手段與應(yīng)用,能夠結(jié)合一定的事例，理解控制的含義及在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。 了解人工控制和自動控制,教學(xué)目標(biāo),a,4,指出下列事物發(fā)展與變化的多種可能性 : 魚塘 : 成熟的西瓜 : 流行性病毒,大禹治水過程中 , 通過什么手段實現(xiàn)了什么樣的目的 ? 舉出生活中通過某些手段實現(xiàn)特定目的的事例,控 制：人

2、們按照自己的意愿或目的 , 通過一定的手段 , 使事物向期望的目標(biāo)發(fā)展,第一節(jié) 控制的手段與應(yīng)用,a,5,伸縮門的自動控制,a,6,日常生活中的控制舉例,1、拔動教室電燈開關(guān)，燈的亮與不亮與手動有關(guān),2、聲光感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)有聲音時燈亮,3 、紅外感應(yīng)出水龍頭，手靠近水龍頭出水，離開則不出水,4、賓館自動門，當(dāng)有人進(jìn)入，門自動打開,a,7,生活、生產(chǎn)、軍事、國防,控制的應(yīng)用,a,8,圓形齒輪、條形齒輪組,控制的手段,a,9,課本P97：馬上行動,a,10,控制的分類,從控制過程中人工干預(yù)的情形來分： 人工控制：人工紡紗、打開普通自來水龍頭，撳按鍵打開電燈、駕駛汽車等； 自動控制：數(shù)控機床、飲料自動

3、裝罐生產(chǎn)線、花房恒溫控制、十字路口紅綠燈的轉(zhuǎn)換等 按照執(zhí)行部件的不同，控制分為： 機械控制（普通水龍頭）、氣動控制（公共汽車車門開關(guān)控制）、液壓控制（建筑工地打樁機）、電子控制（家用電冰箱,a,11,觀察學(xué)校飲用水自動控制電熱水器。 當(dāng)玻璃管中的水位過低或過高時，會出現(xiàn)什么樣的工作狀態(tài),思考,a,12,第二節(jié) 控制系統(tǒng)的工作過程與方式,能夠分析典型的案例，熟悉簡單的開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和簡單的工作過程。 通過案例分析，能畫出一個簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖，理解其中的控制器、執(zhí)行器的作用，熟悉反饋環(huán)節(jié)的作用,教學(xué)目標(biāo),a,13,思 考,自行車的傳動控制系統(tǒng)是怎樣的呢,a,14,腳

4、蹬、曲柄、鏈輪、 中軸、鏈條、飛輪,腳踩的力,輸入,自行車行駛的速度,輸出,踩動腳蹬的力越大，車輪的轉(zhuǎn)速就越快,控制系統(tǒng),a,15,電風(fēng)扇的風(fēng)速控制系統(tǒng)（control system,電機、扇葉,電風(fēng)扇風(fēng)速的檔位,輸入,風(fēng)速,輸出,一個檔位對應(yīng)著一個風(fēng)速,定義： 任何一種控制的實現(xiàn)，都要通過若干個環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)就構(gòu)成了一個系統(tǒng)，稱為控制系統(tǒng),控制系統(tǒng),a,16,是,通電信號,溫度,是,是,通電信號,檢測到人手信號,脫粒量,出水量,馬上行動,a,17,游泳池注水控制系統(tǒng)方框圖,游泳池,進(jìn)水閥門,定時器,設(shè)定注水時間,輸入,水流量,游泳池的水位,輸出,開環(huán)控制系統(tǒng),游泳池的水位只受設(shè)定的注水的時間

5、的控制,a,18,2、特征,系統(tǒng)的輸出量僅受輸入量控制，輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞,1、定義： 控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響， 這種控制稱為開環(huán)控制系統(tǒng),列舉你所知道的開環(huán)控制系統(tǒng),1、自動聲光控?zé)?2、自動烘手機,a,19,被控對象,執(zhí)行器,控制器,輸入量,控制量,輸出量,簡單開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖,控制器：即對輸入信號進(jìn)行處理并發(fā)出控制命令的裝置或元件,執(zhí)行器：即直接對被控對象進(jìn)行控制的裝置或元件,控制量：即執(zhí)行器的輸出信號,輸入量：即控制系統(tǒng)的給定量,輸出量：即控制系統(tǒng)所要控制的量,被控對象：即控制系統(tǒng)中所要求控制的裝置和生產(chǎn)過程,歸納總結(jié),a,20,游泳池注水控制系

6、統(tǒng)方框圖,游泳池,進(jìn)水閥門,定時器,設(shè)定注水時間,輸入,水流量,游泳池的水位,輸出,開環(huán)控制系統(tǒng),控制器,執(zhí)行器,被控對象,控制量,a,21,被控對象,執(zhí)行器,控制器,輸入量,控制量,輸出量,簡單開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖,自動門的控制系統(tǒng),水泵抽水控制系統(tǒng),小試驗,活動猴的連接,a,22,希羅的自動門,祭壇點火,打開廟門,控制器,執(zhí)行器,被控對象,控制量,a,23,游泳池注水控制系統(tǒng)方框圖,簡單閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖,被控對象,執(zhí)行器,控制器,給定量,控制量,被控量,檢測裝置,比較器,閉環(huán)控制系統(tǒng),a,24,對比,控 制 系 統(tǒng),開環(huán),閉環(huán),控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響,系統(tǒng)的輸出量僅

7、受輸入量控制，輸入量到 輸出量之間的信號是單向傳遞,系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對控制過程產(chǎn)生影響,輸出量到輸入量之間的信號形成一個回路,a,25,第三節(jié) 閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋,能夠通過案例分析、馬上行動和閱讀等活動，找出并分析影響簡單控制系統(tǒng)運行的主要干擾因素，了解功能模擬方法和黑箱方法在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,教學(xué)目標(biāo),a,26,干擾就是對控制系統(tǒng)的行為造成影響的有害的信號及擾動，即除給定量外，引起被控量變化的各種因素稱為干擾因素,干擾因素,a,27,例1 樓宇水塔的水位控制的干擾因素分析 影響水塔水位的干擾因素主要有水塔的出水流量和水面蒸發(fā)的水量、水塔的進(jìn)水流量和進(jìn)水管的壓力等。 其中出水流

8、量是根據(jù)用戶的用水量變化的，是不可控制的變量；水面蒸發(fā)的水量很少，可以忽略；而水塔的進(jìn)水流量是可以控制的,a,28,例2 風(fēng)磨的轉(zhuǎn)速控制的干擾因素分析 影響風(fēng)磨轉(zhuǎn)速的干擾因素主要有風(fēng)速和投料量等。 當(dāng)投料量一定時，風(fēng)速減小，磨的轉(zhuǎn)速就變慢,a,29,克服干擾的基本方法 1、消除干擾2、減弱干擾3、提高控制系統(tǒng)性能,干擾因素,a,30,反饋,所謂反饋，就是將輸出量通過適當(dāng)?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過程。 沒有反饋的控制系統(tǒng)為開環(huán)控制， 具有反饋的控制系統(tǒng)為閉環(huán)控制,a,31,反饋,負(fù)反饋，通過反饋來減少輸出量的偏差，使被控量接近給定值。 負(fù)反饋形成的系統(tǒng)，控制精度高，系統(tǒng)運行穩(wěn)定

9、。 正反饋主要對小的變化進(jìn)行放大,a,32,GPS,GPS (Global Position System)，就是全球定位系統(tǒng)。在大海中航行的船只，通過GPS可獲得自己當(dāng)前的地理位置，然后將這個位置與計算機中保存的期望位置進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)誤差及時調(diào)整，使船保持在正確的航線上。GPS實際上就是自動導(dǎo)航系統(tǒng)中的反饋環(huán)節(jié)。 GPS能夠提供精確的地理位置信息，所以在航海、航空和城市交通管理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,a,33,閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較,開環(huán)控制系統(tǒng) 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，外界的干擾相對較小 缺點：控制精度較差 適用：控制精度要求不高而本身系統(tǒng)元件比較穩(wěn)定。 閉環(huán)控制系統(tǒng) 優(yōu)點：控制精度高 缺

10、點：設(shè)計較麻煩，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高。 適用：要求高精度和高可靠性的場合,a,34,功能模擬方法 以功能和行為的相似性為基礎(chǔ)，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法,控制系統(tǒng)的分析方法,a,35,黑箱方法 通過對系統(tǒng)的輸入與輸出的關(guān)系的研究推斷系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能的方法， 通過觀測黑箱外部的輸入信息(外界對黑箱的影響)和輸出信息(黑箱對外界的反應(yīng))研究和認(rèn)識其功能、特性、結(jié)構(gòu)、機理,a,36,第四節(jié) 控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施,能根據(jù)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，制作一個控制裝置，或根據(jù)簡單閉環(huán)控制系統(tǒng)的方案進(jìn)行模擬實施，學(xué)會調(diào)試運行，提出改進(jìn)方案,教學(xué)目標(biāo),a,37,控制系統(tǒng)設(shè)計的一般思路,a,38,1. 開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計,例：普通電風(fēng)扇控制系統(tǒng)的設(shè)計 被控對象電風(fēng)扇； 被控量電風(fēng)扇輸出的風(fēng)速； 控制量電機的轉(zhuǎn)速,a,39,例：電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計 被控對象電吹風(fēng)； 被控量風(fēng)的速度和溫度； 控制量電機的電壓； 干擾因素房間溫度、電源電壓