1、設(shè)計(jì)的一般思路是什么？,控制也需要設(shè)計(jì)。,發(fā)現(xiàn)與明確問題,制作模型或原型,測(cè)試評(píng)估及優(yōu)化,產(chǎn)品的使用與維護(hù),制定設(shè)計(jì)方案,第四單元 控制與設(shè)計(jì) 第四節(jié) 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施,我們知道在設(shè)計(jì)的一般過程中，首先要發(fā)現(xiàn)和明確問題，那么在對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)我們要明確那些問題呢？,1、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路:,1）要設(shè)計(jì)好一個(gè)控制系統(tǒng)，需要做到：,（1）明確這個(gè)系統(tǒng)要達(dá)到的目的是什么？ （2）所要控制的對(duì)象是什么？ （3）被控對(duì)象有哪些重要特征？被控量和控制量分別是什么？ 被控對(duì)象的特征往往難以直接得到，通常是通過了解被控對(duì)象的輸入與輸出之間的關(guān)系來分析它的基本特性，從而確定控制器的運(yùn)算方式。,（4）

2、外界的主要干擾因素有哪些？ 一個(gè)控制系統(tǒng)中可能同時(shí)存在若干個(gè)干擾因素，需要分清主次，找出對(duì)系統(tǒng)影響最大的干擾因素。 （5）選擇怎樣的設(shè)計(jì)方案既能達(dá)到目的，又經(jīng)濟(jì)、又易于實(shí)現(xiàn)。 為達(dá)到實(shí)現(xiàn)控制的目的，應(yīng)采用易于實(shí)現(xiàn)的控制方式，降低控制成本、減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響等。 （6）如何選擇設(shè)備和元件。 注意在選擇元器件時(shí)要優(yōu)先考慮標(biāo)準(zhǔn)件的使用。,在以上問題都確定后：,（1）要根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)對(duì)控制精度的要求以及條件的可行性來確定是用開環(huán)控制系統(tǒng)還是閉環(huán)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)所要最終達(dá)到的目的。 （2）畫出控制方框流程圖。 （3）畫出必要的設(shè)計(jì)圖紙（控制電路設(shè)計(jì)或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）和實(shí)施圖紙，撰寫設(shè)計(jì)說明書等。,2）開環(huán)控

3、制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),電風(fēng)扇控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)： 被控對(duì)象電風(fēng)扇， 被控制量電風(fēng)扇輸出的風(fēng)速， 控制量電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 設(shè)計(jì)的目的有： 一是有定時(shí)關(guān)閉電風(fēng)扇。 二是有不同的風(fēng)速。 三是又定時(shí)，又有不同的風(fēng)速。,案例分析：電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),請(qǐng)同學(xué)快速閱讀書中案例電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分析這個(gè)系統(tǒng)要達(dá)到的目的是什么？控制的對(duì)象是什么？被控對(duì)象有哪些特性？被控量的控制量分別是什么？外界的干擾因素是什么？經(jīng)濟(jì)實(shí)用？,被控對(duì)象電吹風(fēng)； 被控量風(fēng)的速度和溫度； 控制量電機(jī)的電壓； 干擾因素房間溫度、電源電壓的波動(dòng)；,這個(gè)案例是開環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的案例，用以說明開環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程與方法，體現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路。,

4、3）閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),對(duì)于簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制系統(tǒng)有如下的要求： (1)必須是穩(wěn)定的。一是工作時(shí)要穩(wěn)定，二是干擾出現(xiàn)時(shí)要穩(wěn)定，這個(gè)穩(wěn)定是通過調(diào)節(jié)而出現(xiàn)的穩(wěn)定。 (2)控制精度要符合要求,即系統(tǒng)的輸出值與給定值之差應(yīng)控制在允許的范圍之內(nèi)。 (3)有較好的抗干擾性能。 (4)幾項(xiàng)要求有時(shí)產(chǎn)生矛盾，要平衡有側(cè)重點(diǎn)的解決。,案例分析：抽水馬桶水箱的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。,這個(gè)案例是閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)例，用以說明閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程與方法，體現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路。,討論：在上述案例中，如果要節(jié)約用水，減少水箱每次沖水的量，你能設(shè)計(jì)哪幾種方案？,水箱一次的沖水量實(shí)際上是隨水箱的橫截面積和水位設(shè)定高度而變

5、化的， 即：沖水量=水箱的橫截面積設(shè)定高度 因此，要減少每次沖水量，應(yīng)該從減少水箱橫截面積和設(shè)定高度入手。,具體方案可以有：,1）將杠桿支點(diǎn)右移，使浮球在較小的高度上關(guān)閉進(jìn)水閥。 2）在水箱中放入比水重的物體，起到減小水箱平均截面積的作用。 3）控制進(jìn)水閥開啟的時(shí)間，使其在水未放完之前關(guān)閉出水閥。這相當(dāng)于改變?cè)O(shè)定高度。 4）在水箱中放置12塊磚頭，以減少水箱的實(shí)際蓄水量。 5）設(shè)計(jì)兩種沖水方式，一種是半箱水沖洗，一種是整箱水沖洗。,2、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例,我們了解了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路，下面我們一起來分析和了解控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例。,閱讀書中案例自動(dòng)升旗簡(jiǎn)易控制裝置的設(shè)計(jì),各方案的

6、特點(diǎn)：,方案A：在控制上采用機(jī)械裝置，對(duì)電子知識(shí)要求不高，但升旗和唱國(guó)歌的啟動(dòng)需要人工同步，定時(shí)裝置的精度不高，容易產(chǎn)生不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。,方案B：此方案同樣有啟動(dòng)不容易同步的問題，但定時(shí)器的精度較高。,其實(shí)，對(duì)升旗來說，可以采用人工控制。,方案C：可以增加學(xué)生的知識(shí)面，但需要補(bǔ)充電子線路的知識(shí)，比較費(fèi)時(shí)，課時(shí)難以保證。,方案D:升旗和唱國(guó)歌同步啟動(dòng)，由于CD唱機(jī)比較普遍，器材準(zhǔn)備較其它方案容易。,因此：方案D實(shí)現(xiàn)較容易。,1、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路。 2、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例。,小結(jié):,1.水車 2.晾衣控制裝置,練習(xí):,章節(jié)練習(xí)：,1.該套裝置中，綜合運(yùn)用了機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能及穩(wěn)壓等技術(shù)原理，運(yùn)用了蓄能、系統(tǒng)、穩(wěn)壓和控制等多種技術(shù)。其簡(jiǎn)要過程可以用方框圖表示如下：,2.（1）一般家用太陽能熱水器溫度控制是如何實(shí)現(xiàn)的？ 家用太陽能熱水器通常都是在出水的地方裝有冷水管和熱水管，使用時(shí)，通常采用不斷調(diào)節(jié)熱水管和冷水管的流量實(shí)現(xiàn)溫度控制。 （2）這是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中有一個(gè)感溫元件不斷測(cè)量出水管內(nèi)的水溫，當(dāng)水溫低于某值時(shí)，便切換到電加熱器加熱的狀態(tài)。 一般來說，賓館供應(yīng)的熱水溫度要比較高，使客人有調(diào)節(jié)的余地，因此它必須保證熱水高于一定的溫度。其方法是設(shè)計(jì)一個(gè)閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)，使供應(yīng)的熱水不低于某一溫度。,控制系統(tǒng)的工作過程