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1、第四章 控制与设计,技术与设计2,【本单元与其他单元的联系】,结构是设计的基础，流程是设计的方法，系统是设计的保障，控制是设计的关键。,学习目标：,理解控制的涵义及其在生产和生活中的应用。 了解控制系统的类型，熟悉简单控制系统的基本组成和工作过程。 了解并能确定控制系统的主要参量。 能画出简单控制系统的方框图，理解其中各环节的作用。 能设计、制作、调试和改进简单的控制装置。,了解 探究 设计 提高,活动建议,了解控制,木牛流马图,希罗的自动门,控制在现代的应用,GPS（全球卫星定位系统）,全球卫星定位系统能够提供精确的地理位置信息，在航海、航空和城市交通管理等领域有着广泛的应用。,控制在现代的
2、应用,电视制导导弹,控制在现代的应用,希望某一事物按照自己的意愿发展，就要对其进行干预，这种根据自己的目的，通过一定的方法使事物沿着某一确定方向发展，就形成了控制。,控制的含义,控制的对象是什么？,控制要达到什么目的？,采取什么控制手段？,控制的三要素,控制,人工干预的情形,手动控制系统,自动控制系统,开环控制系统,闭环控制系统,有无反馈,开环控制系统：不将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统，称为开环控制系统。闭环控制系统：能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据它们的误差及时调整控制作用的系统，称为闭环控制系统。,系统中将控制的结果反馈回来的部分，称为反馈环节。 反馈环节是闭环控制系
3、统的重要特征。,控制与设计,自动控制,手动控制,闭环控制,开环控制,控制的分类,知识提纲： 1、控制系统的组成：控制器、执行器、被控对象。 2、控制系统的分类：开环控制系统、闭环控制系统。 3、控制系统框图：各环节、输入量、输出量。 教学思路： 1、组成结构。 2、开环分析。 3、闭环分析。 4、两环比较。 5、习题巩固。,二、控制系统的组成与描述,大脑,肢体,飞镖,落点,期望值,控制器,执行器,被控对象,被控量,控制系统的组成与描述,图1 投掷飞镖的控制过程,眼睛,大脑,手、阀门,容器,给定值,比较器,人工调节液面,液体输出量,液面位置,控制器,执行器,反馈环节,被控对象,控 制 量,被控
4、量,开环控制,闭环控制,控制框图,干 扰,接收控制器的命令，并直接影响控制对象的装置和元件,执行器,电动机,气缸,电磁铁,液压缸,阀门,液压缸和气缸工作原理相同，只是使用的工作介质不同。,电动机,电磁铁,气 缸,液压缸,阀 门,扬声器,路灯,水管,电风扇,电风扇的开关,路灯的开关,路灯,水管,水箱水位,出水,定时器,连杆机构 或杠杆,控制电路,电机,水泵,电磁继电器,进水阀门,电路的接通 或断开,转动,水流量,机械开关或 电磁继电器,电路的接通 或断开,水箱,浮球,小试身手,1、分析控制系统的工作原理,2、根椐方框图找出相应的量（控制器、执行器、被控对象、检测装置）,3、用简练的语言回答问题,
5、“析”,“找”,“答”,控制系统处理方法：,练习1 原理：随着音乐起伏而变化的音乐喷泉是控制技术的一 种具体应用。其工作过程是由 “声电转换装置”将起伏的音乐强度转换为随之而变化的电信号，这种电信号驱动电动机带动水泵转动。音乐声信号强，水泵的转速就快，喷头的压力就大，喷出的水柱就高。反之，喷出的水柱就低。音乐信号的强弱与喷泉水柱的高低一一对应。请回答以下问题： 1、是开环控制系统还是闭环控制系统？ 2、输入量和输出量分别是什么?,如果声控灯的附近并没有来人，而 出现意外的声响，如楼上或隔壁有人高声说话或以动作发出声响，灵敏度高的声控灯也会应声而亮。为避免这种情况你有什么好办法？ 画出声控灯的系
6、统框图。,练习2 如图是声控灯系统组成示意图，根据你的理解和认识回答下列问题：,答案提示： 开环，关键词：方便、节电 。 把传感器的灵敏度调小一点。 ：,此系统是开环还是闭环，声控灯的优点有哪些？,案例分析：自动门,自动门的动作过程是怎样的？ 当门口没有人时，门是关着的；当有人来门口时，门打开；当人离开门口后一段时间，门又关闭。 自动门的功能实现方案：方案一：自动开门（无防夹功能）方案二：自动开门（有防夹功能）方案三：密码开门,自动门如何实现自动开、关的呢？,电机,自动门,控制电路,门的开启 或关闭,人体 热辐射,转动,电机,控制电路,红外传感器,控制器,执行器,控制量,红外传感器,案例分析：
7、水塔试验,试验方案：方案一：电子定时加水方案二：单个传感器延时加水方案三：双传感器自动加水,简单控制系统的设计,明确设计目标 确定设计方案 选择实现方法 完成你的设计 评估你的设计,设计一个会翻转的广告牌,分析实验系统性能,确定待定参数,建立控制器、被控对象、执行机构和反馈环节的模型,确定被控量,给定控制要求（设计指标）,确定系统结构,确定控制的目的,控制系统的设计,控制系统设计的一般思路,若满足规范要求，设计结束,若不满足，重新开始,方案一,将需要展示的画面（广告）连在一起，然后卷在两根轴上，当同时转动两根转轴时，画面就可以依次显示。,手动控制 自动控制,方案二,三棱柱的每一 面对应一幅画的一 部分，当所有三棱 柱同时转动时，可 将三幅图像顺序显 示出来。,控制系统的设计框图,定时 控制器,继电器电动机 减速器,广告牌,给定值,转动/停止,转速,选择实现方法,1、电动机转速快，需减速。,设计减速装置,使用定时控制器、继电器,2、准确控制电动机转动、停止的时间，使电动机停止期间，画面显示完整。,完成设计,1.绘制原理图或者安装图；2.设计系统制作的流程；3.找材料、加工处理、组装。,1.绘制原理图或者安装图；2.设计系统制作的流程；3.找材料、加工处理、组装。,评估,1.是否到达预期效果；2.其他人的评价；3.如何改进、优化；4.为你的设计写一份使用说明书。,谢谢,
