通用技術(shù)2第四章控制與設(shè)計.ppt

第四章,控制與設(shè)計,自行車都騎過吧？,不過不要以為所有的自行車你都hold得住喲,思考：,我們是怎樣控制自行車的？,我們希望自行車按照我們的意愿行駛，那就要對其進行干預(yù)。這種根據(jù)自己的目的，通過一定的方法使事物沿著某一確定的方向發(fā)展的行為，就稱為控制。,控制：,正如騎自行車，生活中有許多事情都需要控制,大腦控制肢體，肢體再控制自行車前進。 每當自行車的實際行駛方向和我們預(yù)期的行駛方向不同時，我們就會立刻操控車把，將方向引正。,投擲飛鏢,自動伸縮門,生活中的控制,音樂噴泉控制系統(tǒng),生活中的控制,生活中的控制,冰箱,電飯煲,生活中的控制,生活中的控制,大家來總結(jié)：,林林總總的“控制”，有什么共同點和區(qū)別？,控制系統(tǒng)的共同特征：,、一個輸入對應(yīng)一個輸出 、中間有若干個環(huán)節(jié),初步結(jié)論：,一、有些控制系統(tǒng)是手動的，有些是自動的。,控制系統(tǒng)的區(qū)分歸類一：,有些控制系統(tǒng)必須在人的直接干預(yù)下才能完成控制任務(wù)，這種控制系統(tǒng)，我們稱之為手動控制系統(tǒng)。,手動控制系統(tǒng)：,手動控制系統(tǒng)與自動控制系統(tǒng),相反，不需要人的直接干預(yù)就可按期望規(guī)律或預(yù)定程序進行的控制系統(tǒng)稱為自動控制系統(tǒng)。,自動控制系統(tǒng)：,手動控制系統(tǒng)與自動控制系統(tǒng),下面哪些是人工控制，哪些是自動控制？,判斷一下：,二、有些控制系統(tǒng)需要根據(jù)反饋情況進行實時控制，有些則不需要。,控制系統(tǒng)的區(qū)分歸類二：,車子歪向一邊，我們的大腦會立刻下令糾正。,夏天，空調(diào)檢測到室內(nèi)溫度高于我們設(shè)定的溫度過多，也會立刻啟動制冷。,閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng),能將控制的結(jié)果反饋回來與希望值進行比較，并根據(jù)它們的誤差及時調(diào)整控制作用的系統(tǒng)，稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。,閉環(huán)控制系統(tǒng)：,閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng),不將控制的結(jié)果反饋回來影響控制作用的系統(tǒng)，稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。,開環(huán)控制系統(tǒng)：,飛鏢離手，將不再可控，飛鏢選手也不能再控制飛鏢。,風(fēng)扇沒有溫度設(shè)定，也沒有室溫檢測系統(tǒng)。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)只控制風(fēng)扇依檔位轉(zhuǎn)動。,閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的對比,有反饋,無反饋,精度高,精度較低,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,結(jié)構(gòu)簡單,成本高,成本低,高精度、高可靠、系統(tǒng)本身不穩(wěn)定的應(yīng)用領(lǐng)域,控制精度要求不高本身很穩(wěn)定的應(yīng)用,下面哪些是閉環(huán)控制，哪些是開環(huán)控制？,判斷一下：,閉環(huán)控制與開環(huán)控制的判斷方法,考察分析當控制效果發(fā)生變化時，控制系統(tǒng)能否作出相應(yīng)的調(diào)整去改變控制的效果，以減少控制誤差，如果能，則為閉環(huán)控制，否則是開環(huán)控制。,控制系統(tǒng)的組成,控制器,被控對象,執(zhí)行器,被控量,（對被控對象產(chǎn)生作用， 使被控量發(fā)生變化的量） 比如：力量,控制系統(tǒng)的框圖表示,簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計,明確控制的目的,確定被控量,給定控制要求（設(shè)計指標）,確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu),建立控制器、被控對象、執(zhí)行機構(gòu)和反饋環(huán)節(jié)的模型,確定待調(diào)參數(shù),分析、實驗系統(tǒng)性能,若滿足規(guī)范要求，設(shè)計工作結(jié)束,若性能不能滿足設(shè)計規(guī)范要求，重新確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、部件性能等指標,基本過程：,自動升旗簡易控制裝置的設(shè)計與實施,1.明確設(shè)計的要求，明確控制系統(tǒng)設(shè)計所要達到的目標。 2.提出多個設(shè)計方案，進行分析、權(quán)衡、比較，確定一個相對較好方案。 3.動手安裝、調(diào)試升旗控制系統(tǒng)。 4.撰寫試驗報告、自我評價和小結(jié)。,案例:,設(shè)計要求：,1.在國歌播放的時間內(nèi)，控制國旗勻速上升到旗桿的頂端； 2.選擇恰當?shù)目刂品桨笇崿F(xiàn)控制； 3.選用成本低、易于獲取的元件、設(shè)備和材料制作模型。,設(shè)計分析：,1.采用開環(huán)控制系統(tǒng)，被控對象是國旗，被控量是上升的速度，控制量是電動機的轉(zhuǎn)動與停止（或速度）。 2.這一開環(huán)控制系統(tǒng)由計時裝置和控制升旗的裝置共同組成。 3.計時裝置和控制升旗裝置的實現(xiàn)可以有多種方案，例如，采用機械定時器和電動機實現(xiàn)，采用成品電子定時器和電動機實現(xiàn)，采用自制電子定時器和帶可調(diào)速電路的電動機實現(xiàn)，采用音頻信號、觸發(fā)電路和電動機實現(xiàn)。 4.采用任何一種方案實現(xiàn)，都要經(jīng)過若干次調(diào)試，直到符合設(shè)計要求為止。,設(shè)計準備：,機械定時器（或電子定時器、自制電子定時器、CD唱機），旗桿，滑輪，卷筒，變速齒輪箱，電動機調(diào)速器，直流電源。,設(shè)計方案A：,1.采用機械定時器、直流電動機、直流電源、滑輪等元件實現(xiàn)。其中機械定時器相當于電動機的開關(guān)。 2.測得國歌播放時間和旗桿長度，確定定時器的定時時間并預(yù)估電動機的轉(zhuǎn)速。根據(jù)時間、旗桿長度和電動的轉(zhuǎn)速，選擇滑輪的直徑。 3.將機械定時器、直流電源和電動機串聯(lián)在一個回路中。,4.初始狀態(tài)使國旗在旗桿底端。在國歌播放的同時啟動機械定時器，電動機開始轉(zhuǎn)動并帶動滑輪運動，使國旗上升。當定時器計時停止時，斷開電源使電動機停止轉(zhuǎn)動，此時國旗應(yīng)該正好升至桿頂。如果升旗速度與國歌的播放時間之間存在誤差，則需要重新調(diào)整滑輪的直徑，直到符合要求。,設(shè)計方案A：,5.為使系統(tǒng)在非正常狀態(tài)下保證旗幟的升降，還需要在電路中并聯(lián)一個手動開關(guān)，當控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，使用手動開關(guān)直接控制電動機的轉(zhuǎn)動與停止。 機械定時器靠手動旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)定時，定時的精確度略低，但只要細心操作可以滿足要求的。,設(shè)計方案A：,轉(zhuǎn)”控制中的干擾”,方案B：,采用成品的電子定時器、直流電動機、直流電動機、直流電源、滑輪等元件實現(xiàn)。 用電子定時器代替機械定時器，其他步驟參照方案A。 電子定時器比機械定時器的定時精確度高，所以對操作者的要求相對低一些。,方案C：,1.采用成品的電子定時器、帶有可調(diào)速電路的電動機、直流電源、滑輪等元件實現(xiàn)。 2.測得國歌播放時間和旗桿長度，確定定時器的定時時間并預(yù)估電動機的轉(zhuǎn)速。根據(jù)時間、旗桿長度和電動的轉(zhuǎn)速，選擇滑輪的直徑。 3.將自制的電子定時器、直流電源和電動機串聯(lián)在一個回路中。其中，自制的電子定時器可根據(jù)學(xué)校實驗室現(xiàn)有的元件、設(shè)備和已知電路進行制作，如可用555時基電路制作定時器，通過定時器控制的繼電器來控制電動機的轉(zhuǎn)動與停止；采用TWH8752開關(guān)電路制作電動機的可調(diào)速電路。,方案C：,4.在調(diào)速電路中并聯(lián)一個手動按鈕SW2，用于在出現(xiàn)故障時能升降旗幟。 5.初始狀態(tài)使國旗在旗桿底端。在國歌播放的同時啟動自制的電子定時器，電動機開始轉(zhuǎn)動并帶動滑輪運動，使國旗上升。當定時器計時停止時，斷開電源使電動機停止轉(zhuǎn)動，此時國旗應(yīng)該正好升至桿頂。如果升旗速度與國歌的播放時間之間存在誤差，則需要重新調(diào)整滑輪的直徑，直到符合要求。（自動升旗簡易控制裝置電路圖）,方案D：,1.采用CD 唱機（含有觸發(fā)電路）、電動機、直流電源、滑輪等元件實現(xiàn)。 2.測得國歌播放時間和旗桿長度，預(yù)估電動機的轉(zhuǎn)速。根據(jù)時間、旗桿長度和電動的轉(zhuǎn)速，選擇滑輪的直徑。 3.從CD唱機中引出音頻信號，將CD唱機（含有觸發(fā)電路）、電動機、直流電源串聯(lián)在電路中。,方案D：,4.初始狀態(tài)使國旗在旗桿底端。當啟動CD唱機播放國歌時，音頻信號觸發(fā)電路帶動電動機轉(zhuǎn)動，使滑輪運動，國旗勻速上升；當國歌播放結(jié)束、沒有音頻信號時，電動機停止轉(zhuǎn)動，此時國旗應(yīng)該正好升至桿頂。如果升旗速度與國歌的播放時間之間存在誤差，則需要重新調(diào)整滑輪的直徑，直到符合要求。 5.在啟停電動機的電路中并聯(lián)一個手動按鈕SW2，用于在出現(xiàn)故障時能升降旗幟。 這一方案的特點是，不需要外加定時器，而用音頻信號直接控制電動機，減少了時間上的誤差。,控制中的干擾,干擾：在實際的控制系統(tǒng)中，常常會有一些變化不定的因素對系統(tǒng)的行為造成不利的影響，這種有害的因素我們稱其為干擾。,克服干擾的基本方法： 、閉環(huán)控制系統(tǒng)能不斷地修正控制效果，以減少被控量和基準量（希望值）之間的誤差。所以較之開環(huán)控制系統(tǒng)有更好的抗干擾能力。 、克服干擾的基本方法，就是分析干擾的性質(zhì)，然后“對癥下藥”。,控制系統(tǒng)的框圖表示,總結(jié),控制系統(tǒng),控制的涵義：根據(jù)自己的目的，通過一定的方法使事物沿著某一確定的方向發(fā)展的行為，就稱為控制,控制系統(tǒng)的類型,控制系統(tǒng)的基本組成：控制器、控制量、執(zhí)行器、 被控制對象、被控量,控制系統(tǒng)的框圖表示,簡單控制系統(tǒng)設(shè)計制作,