4.4任务一：探究控制系统的设计要素课件-2024-2025学年苏教版（2019）高中通用技术必修二

探究控制系统的设计要素 1 技术与设计2 第四单元 控制及其设计 第四节 控制系统的设计与实施 任务一 探究控制系统的设计要素 1 控制的方式与应用 控制的含义、方式与应用 3 闭环控制系统的工作过程 闭环控制系统的概念与工作过 程，反馈在控制系统中的作用。 控制与设计单元学习回顾 2 开环控制系统的工作过程 控制系统含义、开环控制系统 的概念及工作过程。 走进情境——燃气泄露事故频发 摘自央视频 3 如果生活中遇见燃气泄露的情况，你会如何处置？ 情境讨论分析 遇到燃气泄漏的情况，首先保持冷静，做好自我保护措施的情况下小心关闭燃气总阀门‌，以切断气源，防止燃气继续泄漏。其次，最好能有报警装置提醒有燃气泄露。‌ 有合适的控制系统解决类似的问题吗？ 一、控制系统探究 摘自淘宝网 燃气报警器中内置气体传感器（俗称电子鼻），当燃气时浓度达到一定值时，控制模块发出控制指令，接通内置电子开关，报警器就会发出声光报警，提醒人们发生了燃气泄漏。此外，燃气报警器还与电磁切断阀联动，在报警时自动关闭燃气阀门，保障安全。 任务一：请写出燃气报警控制子系统和燃气切断控制子系统的工作过程方框图。 燃气报警及切断控制系统 任务一：请画出燃气报警子系统及切断子控制系统工作过程方框图 被控对象 声光报警器 控制器 控制模块 （含气体传感器） 执行器 电子开关 燃气浓度超标信号 声光报警 开关打开 被控对象 电磁阀 控制器 控制模块 （含气体传感器） 执行器 电子开关 燃气浓度超标信号 切断电磁阀 开关打开 输入量 控制量 被控量 输入量 控制量 被控量 走进情境——围炉煮茶 摘自小红书 摘自央视频 某医院曾接诊一位小伙，半夜独自在家围炉煮茶，因怕冷未开窗通风，凌晨三点未熄灭炭火直接入睡，第二天中午醒来有乏力、想吐、心慌、胸闷、头痛等症状。小伙意识到不对劲，立即呼叫120前往医院就医，原来是一氧化碳中毒了。 走进情境——围炉煮茶暗藏危险 摘自小红书 运用控制的方法解决通风问题，控制系统设计要求： 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 控制系统的调试、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 。。。。。。 当检测到室内有毒气体浓度超标时，能启动应急通风装置，保障人身安全。 控制系统的控制方式 任务二：根据控制系统设计要求进行设计要素分析 1.分析该控制系统设计要素 控制目的：当一氧化碳等有毒气体超标时，能启动通风系统； 被控对象：通风装置；被控量：通风装置启动。 控制器：含气体传感器的控制模块，能发出控制指令启动应急通风装置。 2.确定该控制系统控制方式 由于控制系统工作过程中检测到有毒气体超标时，立即能打开通风装置，不存在控制浓度的精度要求，控制方式为开环控制方式，同时从成本核算、设备选择等方面考虑，开环控制系统更适合。 3.描述控制系统的工作过程 用方框图的形式写出控制系统工作过程。 任务二：根据控制系统设计要求进行设计要素分析 当检测到室内有毒气体浓度超标时，能启动应急通风装置，保障人身安全。 任务二：根据控制系统设计要求进行设计要素分析 方案一：应急排风通风控制系统 当检测到一氧化碳等有毒气体超标时，能打开排风扇，因此执行器是电机，控制量是电机转动 二、设计应急通风控制系统 被控对象 排风扇 控制器 控制模块 （含气体传感器） 执行器 电机 有毒浓度超标信号 排风扇启动 电机转动 输入量 控制量 被控量 方案二：应急排风及开门（窗）通风控制系统 当检测到一氧化碳等有毒气体超标时，既能启动排风扇，同时也能打开门（窗）。因此该控制系统中存在两个不同的执行器，并控制不同的被控对象。 二、设计应急通风控制系统 被控对象 门（窗） 控制器 控制模块 （含气体传感器） 执行器 舵机 有毒浓度超标信号 门（窗）打开 舵机转动 输入量 控制量 被控量 执行器 电机 被控对象 排风扇 电机转动 排风扇启动 三、搭建应急通风模拟控制系统 技术体验活动：根据各自的设计方案，小组合作体验简单的开环控制系统的搭建、 实施和调试的过程 1.选择：利用实验套件作为基础硬件设备，选择合适的检测及相关控制模块。 2.编程：通过micro:bit编程技术，在检测模块中设置有毒气体参数； 3.搭建：根据控制系统工作过程方框图，连接各模块，安装到密闭空间模型中； 4.运行：用点燃的纸巾测试，查看通风系统是否工作； 5.调试：通过修改浓度参数，多次调试，直到更符合实际情境为止。 供选择的实验器材 供选择的实验器材 方案一：应急排风通风模拟控制系统搭建图 执行器：电机，控制量：电机转动 被控对象：风扇 方案二：应急排风及开门（窗）通风模拟控制系统搭建图 执行器1：电机，控制量：电机转动，被控对象：风扇 执行器2：舵机，控制量：舵机转动，被控对象：门（窗） 三、综合评价分析应急通风模拟控制系统 任务三：课堂学习评价 指标一：能对真实控制案例进行分析，并用方框图描述控制过程 指标二：探究分析控制系统设计过程中需要考虑的相关因素 指标三：根据控制要求，初步学会制定控制系统设计方案 指标四：根据设计方案，能搭建模拟控制系统，并进行调试和运行 指标五：针对真实技术案例，能运用控制的思想方法解决实际问题 评价总结： 门窗开启方式： 改变执行器的运转方式 （控制量） 02 增加报警功能： 增设声光报警装置 （控制目标） 03 通风效果： 增加油烟机的启动 （被控对象） 01 有毒气体浓度控制： 闭环控制，加入反馈装置 （控制方式） 04 空气质量显示： 增加空气质量显示装置 （执行器、被控对象） 05 特殊（如社区）报警功能： 增加联动报警或无线报警装置 （控制器、执行器、被控对象） 06 四、应急通风模拟控制系统优化提升 五、课堂总结 1.控制系统的设计要素探究：根据控制系统的控制要求，明确控制目的，了解被控对象的特征，从而确定被控量、控制量等要素，同时根据控制要求和精度要求，选择合适的控制方式。 2.开环控制系统设计与调试：设计分析时要对控制过程进行描述，并选择合适的部件和装置进行搭建，调试和运行。 3.综合评价与分析控制系统：对所搭建的模拟控制系统进行综合评价分析，并尝试改进提升，重新梳理相关设计要素。 请阅读课本技术体验部分（P130-132）：运动会会旗自动升旗控制装置的设计。请根据材料，完成以下任务： 1.请说出该控制装置设计中需要重点关注那些设计要素； 2.请比较、权衡四种设计方案，做出综合分析评价，并说出哪种方案更智能化； 3.（选做）有条件的学生，准备相应的套件设计并制作运动会会旗自动升旗模拟控制系统。 六、课后作业 谢谢大家的聆听 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 $$