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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？ 开环控制系统的设计 开环控制系统的设计相对比较简单，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，控制量是电机的转速；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。 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； 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； 闭环控制系统的设计 不同的闭环控制系统用于实现不同的控制目的，要求往往也不一样。对于简单的闭环控制系统，有以下基本要求： 一个闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。当干扰因素出现时，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生振荡，若振荡呈逐渐衰减趋势，能很快稳定下来，还属于稳定系统，否则就是不稳定系统。 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。 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，几项控制要求之间往往会产生矛盾，需要结合具体问题全面解决或有所侧重地解决。 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； 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 二，控制系统的设计实施案例 升旗简易控制装置的设计 案例分析：自动升旗简易控制装置的设计 设计要求： 在国歌播放的时间内，控制国旗运输上升到旗杆的顶端。 选择适当的控制方案实现控制； 选用成本低，易于获取的元件、设备和材料的模型。 晾衣控制装置 画出“自行车——发电——电视机”这一过程的方框图 分析其中的技术和原理 * * 华甫中学通用技术备课组 1、控制系统设计的一般思路 2、控制系统的设计与实施的案例 学习目标 1.了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计的方案。 2.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。 要设计好一个控制系统，应该明确这个系统要达到的目的是什么，所要控制的对象是什么，被控对象有哪些重要的特性，被控量和控制量分别是什么，外界的主要干扰因素有哪些，选择怎样的设计方案即能达到目的，又经济、易于实现，如何选择设备和元件，等等。 一，控制系统设计的一般思路 控制系统的设计 实施控制系统所需的设备、元件等 系统的成本分析 控制系统的调试、运行和评价 控制系统的方案选择 分析被控对象的主要特征 明确控制的目的 确定被控量、控制量 分析主要的干扰因素 。。。 。。。 设计一个控制系统，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中，被控对象的特性往往难以直接得到，通常是通过了解被控对象的输入与输出之间的关系来分析它的基本特性，从而确定控制器的运算方式；一个控制系统中可能存在若干个干扰因素，需要分析主次，找出对系统影响最大的干扰因素；被控量与控制量的确定是控制方案的关键，对于简单控制系统，需要控制的量往往被确定为被控量，控制量应选择可控的、对抑制干扰因素和保持系统稳定又明显作用的量；执行器、检测器的选择一是要根据被控量和控制量的需求，二是要根据控制的条件进行。总之，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、减少多环境的负面影响等，是我们控制系统设计必须考虑的基本问题。 控制系统的设计方案，还包括画出必要的设计图纸（控制电路设计或控制结构设计）和实施图纸、撰写设计说明书等。 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