4.4 控制系统的设计与实施 课件-2023-2024学年高中通用技术苏教版(2019)必修《技术与设计2》

控制系统的设计和实施 走进情境 下雨天，雨水收集池的水位不断升高，当水位升至溢水口时,声音报警装置启动，同时水泵开始向位于高处的蓄水箱抽水。当雨水收集池的水位降到水池高度的1/4时,应停止抽水。 任务一 探究控制系统的设计要素 输出量 输入量 控制器 执行器 被控对象 控制量 执行器 被控对象 被控量 控制器 检测装置 + - 给定量 比较器 控制量 偏差量 在任务学习单上画出控制系统方框图 结合控制系统方框图分组讨论完成控制系统设计需要考虑的要素？ 系统要达到的目标？ 控制的对象？ 被控对象的特性？ 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？ 如何选择设备和元件？…… 任务一 探究控制系统的设计要素 控制系统的设计 实施控制系统所需的设备、元件等 系统的成本分析 控制系统调试、运行和评价 控制系统的方案选择 分析被控对象的主要特征 明确控制的目的 确定被控量、控制量 分析主要的干扰因素 。。。 。。。 任务一 探究控制系统的设计要素 1、开、闭环的确定 选择开环控制还是闭环控制，可根据对控制精度的要求以及条件的可行性而定； 2、控制器的确定 通过了解被控对象的输入与输出之间的关系来分析被控对象的基本特性，从而确定的控制器以及控制器的运算方式； 3、被控量与控制量的确定 这是控制方案的关键，对于简单控制系统，需要控制的量往往被确定为被控量，控制量应选择可控的、对抑制干扰因素和保持系统稳定又明显作用的量； 4、干扰因素的确定 一个控制系统中可能存在若干个干扰因素，需要分析主次，找出对系统影响最大的干扰因素； 5、执行器、检测器的选择： 一是要根据被控量和控制量的需求，二是要根据控制的条件进行…… 任务一 探究控制系统的设计要素 任务二、开环控制系统的设计 开环控制系统的设计相对比较简单，在明确设计要求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可考虑具体控制系统的方案。 例：普通电风扇控制系统的设计 被控对象—— 被控量—— 控制量—— 电风扇 电风扇输出的风速 电机的转速 任务三：技术体验国旗自动升旗控制装置的设计 情境展示：高二（3）班负责学校国旗的升旗仪式，他们决定利用所学知识设计一套自动升旗控制装置的模型。 问题分析: 1、 在播放《义勇军进行曲》的时间内，控制国旗匀速上升到旗杆的顶端。 2、选择恰当的控制方案实现控制。 3、选用成本低、易于获取的元件、设备和材料制作模型。 设计分析：（在任务单上填写） 1、被控对象—— 国旗 被控量—— 上升的速度 控制量—— 电机的转速 升旗速度 定时时间 定时装置 电动机 国旗 电机转动 2、该控制系统采用开环控制，由计时装置系统（控制器）和控制升旗的装置执行器）共同组成。 3、计时装置和控制升旗装置的实现可以有多种方案。例如，可采用机械定时器和电动机实现，可采用成品电子定时器和电动机实现，可采用自制电子定时器和带有可调速电路的电动机实现，也可以采用音频信号触发电路和电动机实现。 任务三：技术体验国旗自动升旗控制装置的设计 第一组：方案A 采用机械定时器、直流电动机、直流电源、滑轮等元器件实现。 机械定时器 直流电机 滑轮 任务三：技术体验国旗自动升旗控制装置的设计 直流电机 滑轮 第二组：方案B 采用电子定时器、直流电动机、直流电源、滑轮等元器件实现。 电子定时器 任务三：技术体验国旗自动升旗控制装置的设计 直流电机 滑轮 第三组：方案C 自制电子定时器、调速电动机、直流电源、滑轮等元器件实现。 自制电子定时器 任务三：技术体验国旗自动升旗控制装置的设计 直流电机 滑轮 第四组：方案D 采用CD唱机（含触发电路）、直流电动机、直流电源、滑轮等元器件实现。 音频触发电路 任务三：技术体验国旗自动升旗控制装置的设计 思考：同学们提出的四种方案各有什么特点？哪种方案最容易实现？并选择一个方案实施。 方案A最简单，关键点是需要确定定时器的定时时间并预估电动机的转速，根据时间、旗杆长度和电动机的转速选择滑轮的直径。 方案D最好，不需要加额外的定时器，用音频信号直接控制电动机，减少了时间上的误差。 任务三：技术体验国旗自动升旗控制装置的设计 任务四、水位报警系统设计 设计分析： 被控对象—— 蜂鸣器、发光二极管 被控量—— 是否报警 控制量—— 电子开关 声光报警 水位信息 控制电路 电子开关 蜂鸣器 发光二极管 小结： 控制系统设计需要注意以下几点 1、控制系统的设计需要先确定被控量和控制量； 2、根据输入、输出关系判断开环、闭环； 3、明确影响设计的主要因素； 4、确定控制系统的方案并制作出原因和模型。 作业： 请大家帮助陈晨同学设计一个集水池水位控制系统！谢谢！ $$