四,控制系统的设计与实施

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1、四、控制系统的设计与实施学习FI标了解简单的被控对彖的基木特性，能确定被控量、控制量，価出控制系统的方框图,并形成初步的控制系统设计的方案；能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；或者根据简维闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行，提岀改进方案。1、控制系统设计的一般思路要设计好一个控制系统，应该明确这个系统要达到的H的是什么，所耍控制的对象是什么，被控对象有哪些重要的特性，被控量和控制量分别是什么，外界的主婆干扰因素有哪些，选择怎样的设计方案既能达到冃的，又经济、易于实现，如何选择设备和元件，等等。设计一个控制系统

2、，是选择开环控制还是闭环控制，应根据对控制精度的要求以及条件的可行性而定。在控制系统设计过程屮，被控对彖的特性往往难以直接得到，通常是通过了解被控対象的输入与输出之间的关系來分析它的基本特性，从而确定控制器的运算方式；一个控制系统屮可能存在若干个干扰因索，需要分析主次，找出对系统影响最大的干扰因索；被控量和控制量的确定是控制方案的关键，对■于简单控制系统，需要控制的虽往往被确定为被控虽，控制虽应选择可控制的、对抑制干扰因索和保持系统稳定侑明显作用的最；执行器、检测器的选择一是要根据被控最和控制最的需求，二是要根据控制的条件进行。总

3、之，能达到控制的目的，采用易于实现的控制方式，降低控制成本、减少对环境的负面影响等，是我们进行控制系统设计必须考虑的基本问题。控制系统的设计方案，还包括也出必要的设计图纸（控制电路设计或系统结构设计）和实施图纸、撰写设计说明书等。开环控制系统的设计开环控制系统的设计相対比较简单，在明确设计要求，明确被控対象、被控量和控制量后，即町考虑具体控制系统的方案。例如，普通电风扇控制系统的设计，被控对象是电风扇，被控量是电风扇输出的风速，控制卅是电机的转速；如果是具有定时功能的电风扇控制系统的设计，则只需在开关环节加一个定时器就可以了。案例

4、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挡位（如冷风挡、热风扌当）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宜，被控量是风的速度和温度，控制量是电机的电压，干扰因素是房间的温度、电源电压的波动等。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。方案构思：选择开环控制系统实现电吹风的控制要求。设定风的挡位就设定了电机的电压和电热丝的阻值，接通电源后，电机帯动一个小风扇转动，产牛的风通过电吹风的电热丝，输岀的就是与设定的风种相対应的风。（输入）设定电吹风的挡位f电机、风扇、

5、电热丝f风的速度和温度（输出）确定了电吹风控制系统的设计方案后，画出必要的电气线路图，选择适当型号的元件和配件，进行组装、调试。闭环控制系统的设计不同的闭环控制系统用于实现不同的控制H的，耍求往往也不一样。对于简单的闭环控制系统，有以下基木要求：第一，一个闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定的，当干扰出现时，输出量发生偏离，系统通过动态调整使被控量回到平衡状态，系统的这种调整过程有可能使系统产牛振荡，若振荡呈逐渐衰减趋势，能很快稳定下來，不属于稳定系统，否则就是不稳定系统。第二，控制系统的控制精度必须符合要求，即系统的输岀量与给

6、定值之差应控制在允许的范围Z内。笫三，闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。在进行闭环控制系统的设计时，几项控制要求Z间往往会产生矛盾，需要结合具体问题全面解决或有所侧重地解决。案例分析抽水马桶水箱的自动控制系统的设计设计项目：抽水马桶水箱的自动控制系统。设计要求:1、当水箱屮的水位低于某一指定的高度时，进水口立即进水。2、当水箱的水位达到某一指定的高度时，进水口停止进水。3、控制系统对控制和度和系统的稳定性均没有特别的要求。设计分析：1、从设计耍求来看，这是一种口动控制，因此选择闭环控制系统。2、被控对象是抽水马桶的水箱，被控疑是抽

7、水马桶水箱水位的高度，控制量是进水管的水流量（即进水量），水箱水位的高度与进水量之间呈线性关系。3、主要干扰因素是水箱的出水流量。方案构思：给定水位杠杆•比较—进水阀门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（给定的水位髙度与实际水位高度之差），这个信号通过浮球、连杆机构传给水阀，使进水阀打开，从而水箱进水；当水箱的水位达到水箱的某个高度时，水位差为零,进水阀关闭。水箱浮球讨论在上述案例小，如果要节约用水，减少水箱每次冲水的量，你能设计哪儿种方案？2、控制系统的设计与实施案例案例分析自动升旗简

8、易控制装置的设计陈剑负责学校每周两次的升旗仪式。在学完《技术与设计2》模块后，他决定利用所学知识设计一套能实现自动升旗的简易控制装置的模型。设计要求：1、在国歌播放的时间内，控制国旗匀速上升到旗杆的顶端。2、选择恰当的控制方案实现控制。3、选用成本