高中通用技术 4.6控制系统的实现教案 地质版

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1、第六节控制系统的实现学习目标和要求：结合一定的案例，了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，划出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计方案。能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置，或根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。学习过程一、前课复习1、开环控制系统1.含义：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。如：十字路口的红绿灯定时控制系统、楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统、自动门的控制系统、家用高压锅等。⒉开环控制系统的方框图在系统控制中，

2、为了分析的方便，常采用方框来表示系统的环节，用单向信号线来表示系统信号的传递方向，这种图称为控制系统的方框图，它表示了系统的各个环节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。⒊开环控制系统特征：系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递。2、闭环控制系统⒈含义：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称为闭环控制系统。如：电冰箱的温度控制系统、交通路口红绿灯自动控制（根据车流量大小改变红绿灯时间）系统等⒉闭环控制系统方框图上图中，检测装置测量出被控量并返回到系统的输入端；是比较器，它将所给量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值；

3、控制器将这一偏差值进行运算处理，并向执行器下达控制指令。执行器根据指令对被控对象进行控制，从而使被控量稳定在一定范围内。3．闭环控制系统的特征在系统的输入量和输出量之间，还有一条从输出量返回到输入端的反馈环节，它们形成了一条闭合回路，反馈环节使得输出量的改变对控制的过程产生直接影响。4闭环控制系统的干扰与反馈干扰因素和反馈是闭环控制系统中的两个重要的核心概念，闭环控制系统是通过反馈环节克服干扰因素而使系统达到稳定的（1）干扰：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称为干扰因素。在干扰中我们需要注意以下几点：第一，来源问题。有的干扰因素是

4、由于环境造成的，如影响自行车行驶速度变化的自然风等；有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。第二，数量问题。在控制系统中，干扰因素可能是一个，也可能是若干个。如战士在大风大雨中进行射击练习，风和雨都是子弹命中准确度的干扰因素。第三，处理问题。控制系统在工作中必须克服干扰，使被控量稳定。如空调器的温度控制系统是闭环控制系统，它能克服室外温度变化这一干扰，当室外温度升高时，空调器检测出干扰引起的室内温度变化，通过启动压缩机降温来克服这一干扰，使室温保持稳定。第四，利用问题。在一般控制系统中，干扰因素是需要克服的。而在有些情况下却可以利用干扰因素

5、实现某种目的。如在军事演习中，红方利用一定频率的电磁波对蓝方的信息指挥系统进行干扰，使之不能正常工作。但在生产生活中，我们需要以谨慎、严谨的态度对待干扰因素的利用。（2）反馈：A定义：在控制系统中，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，就是反馈。B反馈方法：利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法，称为反馈方法。如普通电水壶将水加热至沸腾时，需要人工关闭电源，而自动电水壶具有当水沸腾时自动切断电源的功能，这就是利用反馈方法实现自动控制的结果。3、开环控制系统与闭环控制系统的比较⒈开环

6、控制系统输入量到输出量之间的信号是单向传递的，它对输出量的控制精度较低，但它具有结构简单、成本低、容易实现等优点。⒉闭环控制系统的输入量和输出量之间还有一个反馈环节，它们形成了一条闭合回路。它对输出量的控制精度较高，但它结构复杂、成本高，主要用在要求较高精度和高可靠性的控制中。二、简单设计案例⑴开环控制系统设计：整个过程设计相对比较简单，在明确设计要求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可考虑具体控制系统的方案。例：电吹风机控制系统的设计：a设计分析：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。b电吹

7、风的控制过程：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。c框图：有了框图，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。⑵闭环控制系统设计：第一，一个闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。第二，控制系统的控制精度必须符合要求，即系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内。第三，闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。例：抽水马桶水箱的自动控制系统设计：a设计分析：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（进水量）水箱水位的高度与进水量之间呈线性关系。b控制过程：拨动冲水旋钮，使出水阀打开

8、，水箱冲水。与此同时，进水阀打开，水箱