控制与设计 教材分析.ppt

 第四单元 控制与设计教材分析 重要概念： 控制、控制系统、开环控制、闭环控制、干扰因素、反馈、功能模拟法、黑箱方法   第一节 控制的手段与应用  能够结合一定的事例，理解控制的含义及在生活和生产中的应用。 了解人工控制和自动控制， 控制的应用 课本P97：马上行动 控制的分类 从控制过程中人工干预的情形来分： ?人工控制：人工纺纱、打开普通自来水龙头，揿按键打开电灯、驾驶汽车等； ?自动控制：数控机床、饮料自动装罐生产线、花房恒温控制、十字路口红绿灯的转换等 按照执行部件的不同，控制分为： 机械控制（普通水龙头）、气动控制（公共汽车车门开关控制）、液压控制（建筑工地打桩机）、电子控制（家用电冰箱） 观察学校饮用水自动控制电热水器。 当玻璃管中的水位过低或过高时，会出现什么样的工作状态？   第二节 控制系统的工作过程与方式  能够分析典型的案例，熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程。 通过案例分析，能画出一个简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器的作用，熟悉反馈环节的作用。 希罗的自动门   第三节 闭环控制系统的干扰与反馈  能够通过案例分析、马上行动和阅读等活动，找出并分析影响简单控制系统运行的主要干扰因素，了解功能模拟方法和黑箱方法在控制系统中的应用。 干扰就是对控制系统的行为造成影响的有害的信号及扰动，即除给定量外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。 克服干扰的基本方法 1、消除干扰2、减弱干扰3、提高控制系统性能 反馈 所谓反馈，就是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。 没有反馈的控制系统为开环控制， 具有反馈的控制系统为闭环控制。 反馈 负反馈，通过反馈来减少输出量的偏差，使被控量接近给定值。 负反馈形成的系统，控制精度高，系统运行稳定。 正反馈主要对小的变化进行放大。 GPS GPS (Global Position System)，就是全球定位系统。在大海中航行的船只，通过GPS可获得自己当前的地理位置，然后将这个位置与计算机中保存的期望位置进行比较，发现误差及时调整，使船保持在正确的航线上。GPS实际上就是自动导航系统中的反馈环节。 GPS能够提供精确的地理位置信息，所以在航海、航空和城市交通管理等领域有着广泛的应用。 闭环控制系统与开环控制系统的比较 开环控制系统 优点：结构简单，外界的干扰相对较小 缺点：控制精度较差 适用：控制精度要求不高而本身系统元件比较稳定。 闭环控制系统 优点：控制精度高 缺点：设计较麻烦，结构较复杂，成本较高。 适用：要求高精度和高可靠性的场合。 功能模拟方法 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 。   第四节 控制系统的设计与实施  能根据开环控制系统的设计方案，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。 1. 开环控制系统的设计 例：普通电风扇控制系统的设计 被控对象——电风扇； 被控量——电风扇输出的风速； 控制量——电机的转速； 例：电吹风控制系统的设计 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； 2. 闭环控制系统的设计 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； 例：抽水马桶水箱的自动控制系统的设计 升旗简易控制装置的设计 控制系统的分析方法 黑箱方法 通过对系统的输入与输出的关系的研究推断系统内部结构和功能的方法， 通过观测黑箱外部的输入信息(