工程认识教案

1、背工程认识（控制扒系统认识）般教案吧授课学期：哎2005-20矮06度第二学期柏授课学时：败8小时办工业工程认识耙教学部昂教学题目坝工程认识课程一伴控制系统认识扮教学时间扳8小时傲性质稗讲授、讨论、参熬观及操作坝教学目的和要求板1捌白了解自动控制系霸统的一般概念半2碍耙了解自动控制系百统的基本组成百3罢板了解常用控制方败式及应用袄主要内容简介班1艾哎自动控制系统:捌 不需要人的直盎接参与，通过控搬制装置代替艾人的控制作用，笆使被控对象按照阿预先确定的理想按规律运动，版以达到控制目标矮的要求。挨2袄扒自动控制系统的绊基本组成一般包懊含: 控制器，艾驱动装置、把执行器及传感器白。敖3翱矮常用控制方

2、式及哀应用。伴(I按)办机电控制系统.般应用举例: 如背装配流水线、包拔裹翻转机、升降拌台、观光电梯等叭。()液压控制岸系统。应用举例耙: 如自卸巴载重汽车、消防岸车、联合收割机稗等。(3)气压傲控制系统.应用案举例: 如气动癌机器人等。八教学知识点八1蔼耙控制系统的组成巴2邦凹控制系统的应用隘现代化手段隘多媒体教学敖控制系统认识教澳案邦第一次课(4学搬时)办一爸昂绪 论 (0皑.5学时)案1板奥教学内容与学时癌分配凹第一次课笆绪论 (0.5澳学时)爱控制系统介绍 肮(2学时)盎控制系统典型应俺用及演示 (1坝.5学时)罢第二次课蔼慧鱼机器人组装拜及液压综合实验耙台操作 (3.唉5学时)阿课后

3、总结及布置芭作业 (0.5唉学时)霸2阿般课程目的凹通过讲解肮凹观察及实际动手奥操作,可以在本靶环节的学习中,艾初步掌握控制系邦统的基本组成,阿了解控制方法及坝在各个领域中作蔼用,为其将来的百工作和学习奠定肮一个良好的基础百.俺3跋隘工程链:鞍 按产品的全寿暗命周期有如下环傲节笆研究 设计 颁 制造 运行昂 管理 报盎废 回爱收颁本环节内容处于阿运行板环节,当然在挨设计佰环节也要首先考熬虑.稗二皑癌控制系统介绍(霸2学时)鞍 芭在现代的工业翱肮农业颁把国防和科学技术懊领域中,自动控岸制技术得到了广版泛的应用,不仅颁保证了安全,提敖高了劳动生产率岸和产品质量,改拜善了劳动条件,昂而且在人类利用拌

4、自然坝扒探索新能源,发鞍展空间技术和改胺善人民物质生活扮等方面都起着极昂为重要的作用.耙例如在生产和生背活中的例子举不艾胜举.癌在空间技术方面绊，导弹能够正确拌地命中目标，人佰造卫星能按俺照预定的轨道运稗行并返回地面，佰都是不用人的直蔼接参与(不用人巴来驾驶)，而能岸控制其运行的方暗向和速度，使其巴物理量按照事先氨的规定变化。把 在城市氨交通方面，随着办计算机的应用,白采用按时间控制般的交通管制系统绊在我国各大城市半中已很普遍。但柏是由于近几年来板城市俺运输车辆的增加叭，势必要求提高安对交通的管制，跋对等待通行信号艾的汽车数量进行啊不断的测量，并白将这种信号传递芭到发出运行信号懊的控制中心计算

5、八机，由中心计算拜机根据所有道路捌的综合情况，发哀出最佳的控制信昂息，则这种系统邦就变成了更高阶拔段的智能交通自熬动控制系统.柏 在日常疤生活中，橱房中哀的电冰箱是一个矮典型的自动控制拌系摆统，它不需要人傲的直接参与(不肮用人去频繁地开拔关电源)，能自癌动胺控制温度这个物懊理量按照指定温矮度变化(通过通邦断电源来保持温叭度的恒定). 柏厕所中的水箱也芭是一个自动控制版系统，不用人开罢关疤阀门，控制水箱艾内的水位就能按邦照指定的规律变癌化(通过开关进邦水阀门来保持水佰位的恒定).胺从以上例子中，蔼我们可以看出它佰们有共同的控制叭规律构成了控制皑系统.版1耙百基本概念捌自动控制扒自动控制: 隘是指

6、在没有人直扳接参与的情况下奥，利用外加的设跋备或装置(称为拜控制装置或控制唉器)，使被控对蔼象的受控量按照扳预定的规律运行斑.疤给定值澳澳控制装置埃哎被控对象啊凹般输出量败 翱 邦 埃自动控制示意图把自动控制有两种拔基本的控制方法凹: 开环控制和拔闭环控制，对矮!应与这两种控隘制方法的系统分般别为开环控制系靶统和闭环控制系阿统。埃开环控制系统白开环控制系统是爸指系统的输出量唉对控制作用没有颁影响的系统，也罢就是说，在开环伴控制系统，既不邦需要对输出量进背行测量，懊也不需要将输出哀量反馈到系统的耙输入端与输入量扮进行比较.或者哎说,控制装置与绊被控对象之间只艾有顺向作用，而爸没有逆向联系。按例如

7、，洗衣机就挨是开环控制系统哀的一个实例，在拌洗衣机中，浸湿跋、洗涤和漂清过爱程都是按照一种扳时间顺序进行的罢，洗衣机不必对柏输艾出信号，即衣服扒的清洁程度进行稗测量。控制装置被控对象哎 坝给定值跋邦被控量捌开环控制系统班闭环控制系统敖闭环控制系统,艾是指能对输出量埃与参考输入量进凹行比较，并爱且将它们的偏差笆作为控制手段，半以保持两者之间澳预定关系的系统笆。在闭环控制系稗统中，控制装置按与被控对象之间案不仅有顺向作用盎，而还有逆向联板系。作为输入信翱号与反馈信号之跋间的误差信号颁被传送到控制装肮置，以便减小误笆差，并且使系统矮的输出达到期望澳值。皑 被控对象控制装置奥给定值版扮被控量测量装置哀

8、 拔闭环控制系统 笆 百常用术语皑自动控制系统拔:不需要人的直伴接参与，通过控叭制装置代替人的皑控凹制作用，使被控胺对象按照预先确哎定的理想规律运岸动或变化，以达懊到控制目标的要唉求。疤系统:盎由一些相互联系摆和相互制约的环暗节组成并具有特般定功能的整体。把系统有人们预定按的输入量和输出肮量。败控制装置:蔼是指对被控对象澳起控制作用的设搬备总体。可以取耙代人耙的一部分工作。半被控对象:岸是指要求实现自矮动控制的机器、暗设备或生产过程敖。耙 那么在控制系盎统中，怎样实现搬信息变换和传递吧呢?罢2敖半控制系统的组成板(典型控制系统佰一工业机器人演鞍示)耙从上述各种控制哎系统的示例中可扒以看到，尽管

9、控鞍制系统由不同的八元件组成，系统板的功能也不一样澳，但相同的工作斑原理决定了它们版必然具有类似的捌组成结构。执行机构控制装置驱动装置阿给定值佰柏被控量传感器拌 扮控制系统流程图办看完演示后我们爱看看如何用控制翱系统流程图来解坝释货物搬佰运机器人的工作奥过程。首先，我班们向拜控制装置按输入要搬运货物霸的给定值(大小哀、重量等)，然稗后爱控制装置哀按照预先编好的版程序通过爸驱动装置罢让半执行机构艾(机械手)到指扮定位置搬运货物绊。那么机械手是稗如何知道什么时翱候到达指定位置癌?什么时候知道傲夹紧货物或卸下耙货物呢?就是通绊过把传感器巴为袄控制装置阿提供反馈信息，瓣来确认机械手的阿具体位置及工作摆

10、状态。疤我们刚才了解了霸典型控制系统应耙用的一个完整工背作流程，下面让柏我们再来了解一凹下其各个组成部巴分.拔(I)输入信息暗:版根据每次工作任袄务的要求输入相颁应数据。俺例如:对于搬运半货物机器人每次唉搬运货物的大小巴输入相应数据.搬(2)控制装置斑: 艾这部分将来自各敖传感器的检测信般息和外部输入命俺令进行集中、存巴储、分析、加工版，根据信息处理胺结果，按照一定柏的程序和节奏发邦出相应的指令，半控制整个系统有败目的地运行。矮其在控制系统中稗的作用就好比人伴的大脑.爸(3)驱动装置败: 颁在控制信息作用版下提供动力，驱疤动各种执行机构岸完成各种动作和哀功能。其中的驱靶动部分又分为液俺压驱动、

11、气动驱凹动及电动驱动三斑部分。吧例如:搬运货物耙机器人用的是电斑动驱动。矮要点: 柏低速重负载时可靶选用液压驱动背 中等负载昂时可选用电动驱傲动罢轻负载、高速时罢可选用气动驱动傲通过以上的例子霸大家可以发现种拔驱动方式的特点斑。奥液压驱动: 唉承重能力最大，癌速度最慢。按气动驱动: 扒承重能力最小，柏速度最快。白电动驱动: 埃承重能力介于液懊压及气动驱动之皑间。奥(4)执行机构矮: 疤根据控制信息和隘指令，完成要求安的动作。板例如:搬运货物碍机器人的机械手扮。办(5)传感器:熬检测中首先感受罢被测量，并将它伴转换成与被测量柏有搬确定关系的电量半的器件叫传感器柏，它是检测和控笆制系统中最关键皑的

12、部分.版其在控制系统中艾的作用相当于人斑的五官.爸由于控制系统中岸有各种不同的物癌理量(如位移、岸压力、速度吧等)需要控制和稗监测，而计算机巴系统又只能识别鞍电量，因此能把板各种不同的非电半量转换成电量的捌传感器便成为控伴制系统中不可缺扒少的组成部分。隘传感器是控制系柏统中直接作用于阿被测量的器件，跋通过它将被测量扮变换成与其有确搬定对应关系的电岸量.传感元件敏感元件佰 被测非电量板瓣电量辅助电源癌 佰 传感败器的组成方框图奥传感器的分类很八多，在本环节应背用的有: 限位扮开关哀 办 跋 艾 案 行程开案关岸 暗 哀 碍 芭 控制按胺钮挨 挨 扮 扒 氨 压力传白感器熬 熬 安 耙 哀 电感式

13、拜接近开关爱 瓣 笆 熬 袄 单向光碍传感器版 袄 靶 挨 拌 反射光伴传感器板3笆昂 控制系统的应盎用白通过上面的学习傲我们了解了控制佰系统的组成.那拔么有了控制颁系统之后人类的暗生活会有那些改笆变呢?关于这个隘问题我们就看看罢控制系统的应用按。班例如: 在没有芭自动化流水线之俺前，凭手工生产般一辆汽车大概要哎l懊周左右的时间，稗而采用先进自动瓣化生产线生产一唉辆汽车只需要几疤分钟的时间。哀 除了汽车生产安线，控制技术在凹生活中也有很多碍的应用。如刚上背课时提到的电冰笆箱、水箱，还有拜电梯、各种自动百化工业平台以摆及机器人等等。疤下面给大家介绍靶下教室内的各种搬演示模型的功能笆及工作过程。扮

14、工业模型爸装配流水线: 搬该模型模拟了一扮个自动化装配流吧水线的生产过蔼程。唉(2) 自动升暗降台:该模型模般拟了在包装流水氨线中一个间断工叭作的哀升降台供料系统癌。碍(3) 包裹翻绊转机:该模型模扮拟了一个用于自疤动翻转包裹的处办理装置一一包裹昂翻转机的工作原斑理。在邮政系统跋内，包裹翻转机罢将待懊处理包裹的标识扮面(包裹单)全八部翻转至统一方奥向，以便于对包氨裹进行自动分检班。案(4)三自由度罢机械手: 把货百物从A位置搬运皑到B位置.半液压综合实验台盎: 该实验台模昂拟了一个液压控盎制装置的工作拌过程.瓣三、控制系统典罢型应用模型的演暗示及操作(1.暗5学时)版1澳吧以课件介绍工业板模型

15、正确操作方盎法.背2霸扒布置思考问题:胺 耙(1)每个模型白如何实现自动控哀制？柏 佰 (疤2)模型中采用般哪些驱动方式?蔼3哎安对学生分组(两艾组):翱第一组学生首先白观看工业模型.拜 拜 拜 第二组学生观跋看液压综合实验矮台，然后对扮 坝 盎 换。绊4扮柏师生互动，解答唉以上问题败解答思考问题:案(1)每个模胺型如何实现自动耙控制?叭装配流水线: 案按动左侧第一按阿钮，传送带开始安工作，位于接收班台上的红色指示搬灯开始闪烁，预氨装产品被运至1澳#工作台时自动八停安止，黄色指示灯按发光，表示装配靶正在进行，灯灭拜表示本工位装配懊结束，产品送回癌传送带送至下一板个工位。邦升降台: 凹首先，满载

16、的货昂拒通过重力传送蔼带到扶可动的屐爸带传华柜送带上瓣，接着，履带传摆送带上升至上部安终端位置，与固板定位置癌传送带水平，此办时，两个传送带奥同时向前转动，袄把货柜送到预定瓣位置并停留一定傲时间用以卸货;澳随后，两个传送瓣带同时向后转动版，按空货拒到达可动啊传送带上后，并白下降至下部终端颁，传送带再次向伴前转动将空货柜肮送至指定地点。佰观光电梯: 啊通过按动楼面按岸钮或轿箱内楼层捌按钮，电梯将按拔照控般制指令进行运动艾，到达指定楼层扳后，该楼层限位耙开关向PLC发鞍出信号，电梯停唉止并自动打开轿班箱门，延时时间傲一到，自动关闭扳轿箱门，执行下板一个指令。在联矮动控制方式下，奥两部电梯会识别唉并

17、判断那部电梯熬轿箱距离目的楼巴层近，然后，发袄出指令该部电梯皑开始工作;如果澳两个轿箱距目的跋楼层的距离相同鞍.则让 1#(罢左侧)电梯工作袄。懊模型中采用哪些奥驱动方式: 电阿动驱动、液压驱案动昂5颁氨前4学时教学小凹结: 班通过今天的学习伴，我们对控制系把统有了安一定地了解，并佰且学会了观察，跋培养了动手动脑把的能力，对今后霸学习和工作的帮敖助是非常大的。版6笆稗布置作业艾(1)总结课上疤所学内容，查阅奥控制系统资料补颁充及丰富课上内挨容。熬(2)(选做)巴通过观察普通车跋床模型，结合课爱上所学内容对其霸进行合理改造。岸把其改造成数控叭车床。(只需拿蔼出设计方案即可拌，最好配结构图奥。)爱

18、第二次课(4学隘时)败四、慧鱼机器人扒组装及液压综合扒实验台操作(3阿. 5学时)按1按搬 机器人是控制拔系统的典型应用颁，机器人是我校阿强项。我校有八一名院士研究水柏下机器人，我校拔学生对机器人的罢热情也很高，有班很多学生参加各暗种机器人比赛并肮取得了不错的成般绩。今天就让大案家实际从零开始板组装机器人，通跋过组装机器人来懊对控制系统有个白更深层次的了解阿同时激发你们的鞍学习兴趣。艾2鞍半 慧鱼机器人组颁装挨2. 1机器人熬分组:实验机器阿人第十五种电磁阿铁搬运机挨 胺 坝工业机器人第一鞍种自动搬运机佰 颁 背移动机器人车类阿第三种自动避障矮机器人俺气动机器人最后爱一种自动冲压中拌心颁2. 2注意事班项: 实验机器摆人E5一Ea 班Ex，EY不联八接跋 瓣 拜气动机