通用技術(shù)2第四章控制與設(shè)計(jì).ppt

第四章,控制與設(shè)計(jì),自行車(chē)都騎過(guò)吧？,不過(guò)不要以為所有的自行車(chē)你都hold得住喲,思考：,我們是怎樣控制自行車(chē)的？,我們希望自行車(chē)按照我們的意愿行駛，那就要對(duì)其進(jìn)行干預(yù)。這種根據(jù)自己的目的，通過(guò)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(chē)，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(chē)前進(jìn)。 每當(dāng)自行車(chē)的實(shí)際行駛方向和我們預(yù)期的行駛方向不同時(shí)，我們就會(huì)立刻操控車(chē)把，將方向引正。,投擲飛鏢,自動(dòng)伸縮門(mén),生活中的控制,音樂(lè)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(lái)總結(jié)：,林林總總的“控制”，有什么共同點(diǎn)和區(qū)別？,控制系統(tǒng)的共同特征：,、一個(gè)輸入對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出 、中間有若干個(gè)環(huán)節(jié),初步結(jié)論：,一、有些控制系統(tǒng)是手動(dòng)的，有些是自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)。,手動(dòng)控制系統(tǒng)：,手動(dòng)控制系統(tǒng)與自動(dòng)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(jìn)行的控制系統(tǒng)稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)。,自動(dòng)控制系統(tǒng)：,手動(dòng)控制系統(tǒng)與自動(dòng)控制系統(tǒng),下面哪些是人工控制，哪些是自動(dòng)控制？,判斷一下：,二、有些控制系統(tǒng)需要根據(jù)反饋情況進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，有些則不需要。,控制系統(tǒng)的區(qū)分歸類二：,車(chē)子歪向一邊，我們的大腦會(huì)立刻下令糾正。,夏天，空調(diào)檢測(cè)到室內(nèi)溫度高于我們?cè)O(shè)定的溫度過(guò)多，也會(huì)立刻啟動(dòng)制冷。,閉環(huán)控制系統(tǒng)與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),能將控制的結(jié)果反饋回來(lái)與希望值進(jìn)行比較，并根據(jù)它們的誤差及時(shí)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(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),不將控制的結(jié)果反饋回來(lái)影響控制作用的系統(tǒng)，稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。,開(kāi)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(méi)有溫度設(shè)定，也沒(méi)有室溫檢測(cè)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(dòng)。,閉環(huán)控制系統(tǒng)與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的對(duì)比,有反饋,無(wú)反饋,精度高,精度較低,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(kāi)環(huán)控制？,判斷一下：,閉環(huán)控制與開(kāi)環(huán)控制的判斷方法,考察分析當(dāng)控制效果發(fā)生變化時(shí)，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(kāi)環(huán)控制。,控制系統(tǒng)的組成,控制器,被控對(duì)象,執(zhí)行器,被控量,（對(duì)被控對(duì)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(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),明確控制的目的,確定被控量,給定控制要求（設(shè)計(jì)指標(biāo)）,確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu),建立控制器、被控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋環(huán)節(jié)的模型,確定待調(diào)參數(shù),分析、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)性能,若滿足規(guī)范要求，設(shè)計(jì)工作結(jié)束,若性能不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，重新確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、部件性能等指標(biāo),基本過(guò)程：,自動(dòng)升旗簡(jiǎn)易控制裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)施,1.明確設(shè)計(jì)的要求，明確控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目標(biāo)。 2.提出多個(gè)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行分析、權(quán)衡、比較，確定一個(gè)相對(duì)較好方案。 3.動(dòng)手安裝、調(diào)試升旗控制系統(tǒng)。 4.撰寫(xiě)試驗(yàn)報(bào)告、自我評(píng)價(jià)和小結(jié)。,案例:,設(shè)計(jì)要求：,1.在國(guó)歌播放的時(shí)間內(nèi)，控制國(guó)旗勻速上升到旗桿的頂端； 2.選擇恰當(dāng)?shù)目刂品桨笇?shí)現(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(jì)分析：,1.采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，被控對(duì)象是國(guó)旗，被控量是上升的速度，控制量是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與停止（或速度）。 2.這一開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)由計(jì)時(shí)裝置和控制升旗的裝置共同組成。 3.計(jì)時(shí)裝置和控制升旗裝置的實(shí)現(xiàn)可以有多種方案，例如，采用機(jī)械定時(shí)器和電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，采用成品電子定時(shí)器和電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，采用自制電子定時(shí)器和帶可調(diào)速電路的電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，采用音頻信號(hào)、觸發(fā)電路和電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。 4.采用任何一種方案實(shí)現(xiàn)，都要經(jīng)過(guò)若干次調(diào)試，直到符合設(shè)計(jì)要求為止。,設(shè)計(jì)準(zhǔn)備：,機(jī)械定時(shí)器（或電子定時(shí)器、自制電子定時(shí)器、CD唱機(jī)），旗桿，滑輪，卷筒，變速齒輪箱，電動(dòng)機(jī)調(diào)速器，直流電源。,設(shè)計(jì)方案A：,1.采用機(jī)械定時(shí)器、直流電動(dòng)機(jī)、直流電源、滑輪等元件實(shí)現(xiàn)。其中機(jī)械定時(shí)器相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)的開(kāi)關(guān)。 2.測(cè)得國(guó)歌播放時(shí)間和旗桿長(zhǎng)度，確定定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間并預(yù)估電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)時(shí)間、旗桿長(zhǎng)度和電動(dòng)的轉(zhuǎn)速，選擇滑輪的直徑。 3.將機(jī)械定時(shí)器、直流電源和電動(dòng)機(jī)串聯(lián)在一個(gè)回路中。,4.初始狀態(tài)使國(guó)旗在旗桿底端。在國(guó)歌播放的同時(shí)啟動(dòng)機(jī)械定時(shí)器，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)滑輪運(yùn)動(dòng)，使國(guó)旗上升。當(dāng)定時(shí)器計(jì)時(shí)停止時(shí)，斷開(kāi)電源使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)國(guó)旗應(yīng)該正好升至桿頂。如果升旗速度與國(guó)歌的播放時(shí)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(jì)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(gè)手動(dòng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，使用手動(dòng)開(kāi)關(guān)直接控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與停止。 機(jī)械定時(shí)器靠手動(dòng)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)定時(shí)，定時(shí)的精確度略低，但只要細(xì)心操作可以滿足要求的。,設(shè)計(jì)方案A：,轉(zhuǎn)”控制中的干擾”,方案B：,采用成品的電子定時(shí)器、直流電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、直流電源、滑輪等元件實(shí)現(xiàn)。 用電子定時(shí)器代替機(jī)械定時(shí)器，其他步驟參照方案A。 電子定時(shí)器比機(jī)械定時(shí)器的定時(shí)精確度高，所以對(duì)操作者的要求相對(duì)低一些。,方案C：,1.采用成品的電子定時(shí)器、帶有可調(diào)速電路的電動(dòng)機(jī)、直流電源、滑輪等元件實(shí)現(xiàn)。 2.測(cè)得國(guó)歌播放時(shí)間和旗桿長(zhǎng)度，確定定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間并預(yù)估電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)時(shí)間、旗桿長(zhǎng)度和電動(dòng)的轉(zhuǎn)速，選擇滑輪的直徑。 3.將自制的電子定時(shí)器、直流電源和電動(dòng)機(jī)串聯(lián)在一個(gè)回路中。其中，自制的電子定時(shí)器可根據(jù)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的元件、設(shè)備和已知電路進(jìn)行制作，如可用555時(shí)基電路制作定時(shí)器，通過(guò)定時(shí)器控制的繼電器來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與停止；采用TWH8752開(kāi)關(guān)電路制作電動(dòng)機(jī)的可調(diào)速電路。,方案C：,4.在調(diào)速電路中并聯(lián)一個(gè)手動(dòng)按鈕SW2，用于在出現(xiàn)故障時(shí)能升降旗幟。 5.初始狀態(tài)使國(guó)旗在旗桿底端。在國(guó)歌播放的同時(shí)啟動(dòng)自制的電子定時(shí)器，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)滑輪運(yùn)動(dòng)，使國(guó)旗上升。當(dāng)定時(shí)器計(jì)時(shí)停止時(shí)，斷開(kāi)電源使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)國(guó)旗應(yīng)該正好升至桿頂。如果升旗速度與國(guó)歌的播放時(shí)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(dòng)升旗簡(jiǎn)易控制裝置電路圖）,方案D：,1.采用CD 唱機(jī)（含有觸發(fā)電路）、電動(dòng)機(jī)、直流電源、滑輪等元件實(shí)現(xiàn)。 2.測(cè)得國(guó)歌播放時(shí)間和旗桿長(zhǎng)度，預(yù)估電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)時(shí)間、旗桿長(zhǎng)度和電動(dòng)的轉(zhuǎn)速，選擇滑輪的直徑。 3.從CD唱機(jī)中引出音頻信號(hào)，將CD唱機(jī)（含有觸發(fā)電路）、電動(dòng)機(jī)、直流電源串聯(lián)在電路中。,方案D：,4.初始狀態(tài)使國(guó)旗在旗桿底端。當(dāng)啟動(dòng)CD唱機(jī)播放國(guó)歌時(shí)，音頻信號(hào)觸發(fā)電路帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使滑輪運(yùn)動(dòng)，國(guó)旗勻速上升；當(dāng)國(guó)歌播放結(jié)束、沒(méi)有音頻信號(hào)時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)國(guó)旗應(yīng)該正好升至桿頂。如果升旗速度與國(guó)歌的播放時(shí)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(dòng)機(jī)的電路中并聯(lián)一個(gè)手動(dòng)按鈕SW2，用于在出現(xiàn)故障時(shí)能升降旗幟。 這一方案的特點(diǎn)是，不需要外加定時(shí)器，而用音頻信號(hào)直接控制電動(dòng)機(jī)，減少了時(shí)間上的誤差。,控制中的干擾,干擾：在實(shí)際的控制系統(tǒng)中，常常會(huì)有一些變化不定的因素對(duì)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(zhǔn)量（希望值）之間的誤差。所以較之開(kāi)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(duì)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(guò)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(duì)象、被控量,控制系統(tǒng)的框圖表示,簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)制作,