高三通用技术一轮复习 控制与设计课件4

4 1控制的手段与应用 刘禹锡的 竹枝词 东边日出西边雨 道是无晴却有晴 一 控制的手段 事物的发展与变化具有多样性 例如 一棵树可能因为某种原因结不出果实来 也可能硕果累累 而且果实可以有大有小 或酸或甜 1 事物发展的结果可能是人们预先期望的 也可能是与预期的目标不相符 甚至是不希望得到的 马上行动 2 如果人们想达到某一特定的目的 就必须运用适当的手段来实现 下一页 大禹治水 大禹采用挖通河道 汇集洪水至江河中的办法实现了泄洪的目的生活中 通过控制电灯的办法实现照明 通过修建道路连接各地 还有 什么是控制 思考 大禹治水过程中 通过什么手段实现了什么样的目的 人们按照自己的意愿或目的 通过一定的手段使事物向期望的目标发展 这就是控制 例如 射手通过瞄准 使箭射中靶心 控制的涵义 P97 思考 找出自行车存在的各种控制现象 刹车控制速度控制方向控制 1 控制的对象是什么 理解控制现象 需要明确 2 控制要达到什么目的 3 采取什么控制手段 电风扇 调节速度 换挡 音响 音量的调节 旋转音量旋钮 马上行动 热水器 调节出水口温度的高低 改变燃气火头的大小 音响的音量控制 燃气热水器温度的控制 控制的实现需要通过一定的手段 从控制过程中人工干预的情形来分 控制有人工控制和自动控制 人工控制 控制过程是在人的直接干预和全程干预下进行的 关 开门 驾驶汽车 太阳能路灯 自动门 自动控制 指在无人直接参与的情况下 使事物的变化准确地按照期望的方向进行 按照执行部件的不同 控制可分为机械控制 气动控制 液压控制 电子控制 当然在很多控制的事例中 控制的手段又可以是综合的 马上行动 请说说你所了解的人工控制和自动控制的事例 人工控制 人工纺纱 普通自来水龙头 拖地板等自动控制 数控机床 饮料自动装罐生产线 十字路口红绿灯的转换等 二 控制的应用 控制的应用自古就有 并在近代得到迅速发展 在社会生产生活的各个领域都有极其广泛的应用 现代网络家电 日常生活 汽车自动装配生产线 工业生产 汽车油漆 农业生产 水车 温室 农田灌溉 电源 控制室 水泵 农田灌溉 折射式微喷 射流式微喷 锤式微灌 精密制导导弹 神舟五号 神舟六号 请同学们说说你在生活学习中所见到的应用控制的事例 学校 学校的音乐铃声 多媒体教学系统 足球场草地自动喷淋系统 体育馆的自动伸缩坐椅等 家庭 冰箱 电饭煲 微波炉等 社会 交通信号灯 电子警察 电梯 程控电话交换机等 控制系统的工作过程与方式 任何一种控制的实现 都要通过若干个环节 这些环节的有机组合就构成了一个系统 称为控制系统 控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系 电风扇控制系统 电风扇风速挡位 电机 扇叶 风速 输入 输出 马上行动 P102 请指出下列控制系统中的输入 输出分别是什么 调速器或挡位 风扇的转速 电源的电信号 锅内的温度 电源的电信号 脱粒的量 人手的红外信号 水龙头的出水量 控制系统通常又分为 开环控制系统Openloopcontrosystem 闭环控制系统Closedloopcontrolsystem 通过上述两个案例可以看出 输入量决定输出量 但控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响 这就是开环控制系统 对于开环控制系统 用方框图描述如下 开环控制系统 案例分析 P103 自动门的控制系统 红外装置检测人体辐射信号 控制电路 电机 门的开 关 自动门 转动 控制量 马上行动 普通家用电饭煲的开环系统 接通电源 加热装置 电饭煲 按扭 锅内温度 公交汽车车门的开关控制 传动装置 执行活塞 开关 车门 电磁阀 车门开 关 锅内温度 空气流向 控制量 控制量 闭环控制系统就是把系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统 简单闭环控制系统的方框图如下 二 闭环控制系统 课本 P112 水箱的水位自动控制示意图 案例分析 空调器温度控制系统 炎炎夏日 人们采取各种消暑措施消暑 空调是第一选择 那么 空调器是如何控制温度的呢 它的工作过程又如何呢 如设定温度为25oC 室内温度如果高于25oC 那么空调通过比较 控制电路发出信号促使压缩机进行工作 当温度达到设定温度时 控制电路发出信号 压缩机停止工作 风扇照常工作 因此 空调温度控制系统中有从输出端返回到输入端的信息反馈 它是闭环控制系统 问题 根据空调器的工作过程 试画出其温度控制系统的方框图 空调器温度控制系统方框图如下 马上行动 P106 判断下列控制系统是否属于闭环控制系统 画出方框图 4 3闭环控制系统的干扰与反馈 1 干扰因素 在控制系统中 除输入量 给定值 以外 引起被控量变化的各种因素 例如 人在逆风中骑自行车 应保持的速度 自行车 行车速度 风 思考 在下表所列控制系统中 可能存在哪些干扰因素 一般控制系统中 干扰因素是需克服的 而在有些情况下 却可以利用干扰因素实现某种目的 2 反馈控制系统中 将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程 例如 投篮工作过程 篮圈的位置 控制器 大脑 执行器 手 被控对象 篮球 篮球实际投掷的位置 检测装置 眼睛 闭环控制系统的工作过程 闭环控制系统是指在系统的输出端与输入端之间存在反馈回路 输出量对控制过程产生影响的控制系统 闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量 输出量 的偏差 案例分析 供水水箱的水位自动控制系统 水位自动调节过程 案例分析 加热炉的温度自动控制系统 炉温的调节过程 思考 在加热炉的温度控制系统中 可能有哪些干扰因素 系统是如何克服干扰使炉温稳定在给定范围内的 3 功能模拟方法 功能模拟法 以功能和行为的相似性为基础 用 模型 模拟 原型 的功能和行为的方法 功能模仿方法 来自外部的信息 传感器 计算机 执行机构 传感器 光敏传感器 磁敏传感器 热敏传感器 执行机构 电动机 继电器 阀门等 4 黑箱方法 西瓜 看 听 拍 生或熟 控制系统 系统的输入 系统的输出 第四单元控制与设计 第四节控制系统的设计与实施 一 控制系统设计的一般思路 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 设备和元件 案例分析 电吹风控制系统的设计 设计要求 电吹风能根据不同的档位 如冷风档 热风档 输出不同种类的风 设计分析 电吹风控制系统的被控对象是电吹风装置 被控量是风的速度和温度 控制量是电机的电压 干扰因素是房间温度 电源电压的波动等 方案构思 选择开环控制系统实现电吹风的控制要求 设定风的档位就设定了电机的电压和电热丝的阻值 接通电源后 电机带动一个小风扇转动 产生的风通过电吹风的电热丝 输出的就是与设定的风种相对应的风 确定了电吹风控制系统的设计方案后 画出必要的电器线路图 选择适当型号的元件和配件 进行组装 调试 电吹风的控制工作过程 电吹风是要将其内部电热丝的热量通过一个小电风扇扩散出去 被控对象 电吹风 被控量 风的速度和温度 控制量 电机的电压 干扰因素 房间温度 电源电压的波动 闭环控制系统的基本要求 1 闭环控制系统必须是稳定的 2 系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内 3 要有较好的抗干扰性能 闭环控制系统的设计 案例分析 设计要求 当水箱中的水位低于某一指定高度时 进水口立即进水 当水箱的水位达到某一指定高度时 进水口停止进水 控制系统对控制精度和系统的稳定性均没有特别的要求 抽水马桶水箱的自动控制系统的设计 设计分析 从设计要求来看 这是一种自动控制 因此选择闭环控制系统 被控对象是抽水马桶的水箱 被控量是抽水马桶水箱水位的高度 控制量是进水管的水流量 进进水量 水箱水位的高度与进水量之间呈线形关系主要干扰因素是水箱的出水流量 方案构思 采用浮球作为水位高度的检测装置 当水箱的水位低于水箱的某个高度时 出现了水位差 给定的水位高度与实际水位高度之差 这