通用技术2第四章控制与设计.ppt

第四章,控制与设计,自行车都骑过吧？,不过不要以为所有的自行车你都hold得住哟,思考：,我们是怎样控制自行车的？,我们希望自行车按照我们的意愿行驶，那就要对其进行干预。这种根据自己的目的，通过一定的方法使事物沿着某一确定的方向发展的行为，就称为控制。,控制：,正如骑自行车，生活中有许多事情都需要控制,大脑控制肢体，肢体再控制自行车前进。每当自行车的实际行驶方向和我们预期的行驶方向不同时，我们就会立刻操控车把，将方向引正。,投掷飞镖,自动伸缩门,生活中的控制,音乐喷泉控制系统,生活中的控制,生活中的控制,冰箱,电饭煲,生活中的控制,生活中的控制,大家来总结：,林林总总的“控制”，有什么共同点和区别？,控制系统的共同特征：,、一个输入对应一个输出、中间有若干个环节,初步结论：,一、有些控制系统是手动的，有些是自动的。,控制系统的区分归类一：,有些控制系统必须在人的直接干预下才能完成控制任务，这种控制系统，我们称之为手动控制系统。,手动控制系统：,手动控制系统与自动控制系统,相反，不需要人的直接干预就可按期望规律或预定程序进行的控制系统称为自动控制系统。,自动控制系统：,手动控制系统与自动控制系统,下面哪些是人工控制，哪些是自动控制？,判断一下：,二、有些控制系统需要根据反馈情况进行实时控制，有些则不需要。,控制系统的区分归类二：,车子歪向一边，我们的大脑会立刻下令纠正。,夏天，空调检测到室内温度高于我们设定的温度过多，也会立刻启动制冷。,闭环控制系统与开环控制系统,能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据它们的误差及时调整控制作用的系统，称为闭环控制系统。,闭环控制系统：,闭环控制系统与开环控制系统,不将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统，称为开环控制系统。,开环控制系统：,飞镖离手，将不再可控，飞镖选手也不能再控制飞镖。,风扇没有温度设定，也没有室温检测系统。风扇转速控制系统只控制风扇依档位转动。,闭环控制系统与开环控制系统的对比,有反馈,无反馈,精度高,精度较低,结构复杂,结构简单,成本高,成本低,高精度、高可靠、系统本身不稳定的应用领域,控制精度要求不高本身很稳定的应用,下面哪些是闭环控制，哪些是开环控制？,判断一下：,闭环控制与开环控制的判断方法,考察分析当控制效果发生变化时，控制系统能否作出相应的调整去改变控制的效果，以减少控制误差，如果能，则为闭环控制，否则是开环控制。,控制系统的组成,控制器,被控对象,执行器,被控量,（对被控对象产生作用，使被控量发生变化的量）比如：力量,控制系统的框图表示,简单控制系统的设计,明确控制的目的,确定被控量,给定控制要求（设计指标）,确定系统结构,建立控制器、被控对象、执行机构和反馈环节的模型,确定待调参数,分析、实验系统性能,若满足规范要求，设计工作结束,若性能不能满足设计规范要求，重新确定系统结构、部件性能等指标,基本过程：,自动升旗简易控制装置的设计与实施,1.明确设计的要求，明确控制系统设计所要达到的目标。2.提出多个设计方案，进行分析、权衡、比较，确定一个相对较好方案。3.动手安装、调试升旗控制系统。4.撰写试验报告、自我评价和小结。,案例:,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.选用成本低、易于获取的元件、设备和材料制作模型。,设计分析：,1.采用开环控制系统，被控对象是国旗，被控量是上升的速度，控制量是电动机的转动与停止（或速度）。2.这一开环控制系统由计时装置和控制升旗的装置共同组成。3.计时装置和控制升旗装置的实现可以有多种方案，例如，采用机械定时器和电动机实现，采用成品电子定时器和电动机实现，采用自制电子定时器和带可调速电路的电动机实现，采用音频信号、触发电路和电动机实现。4.采用任何一种方案实现，都要经过若干次调试，直到符合设计要求为止。,设计准备：,机械定时器（或电子定时器、自制电子定时器、CD唱机），旗杆，滑轮，卷筒，变速齿轮箱，电动机调速器，直流电源。,设计方案A：,1.采用机械定时器、直流电动机、直流电源、滑轮等元件实现。其中机械定时器相当于电动机的开关。2.测得国歌播放时间和旗杆长度，确定定时器的定时时间并预估电动机的转速。根据时间、旗杆长度和电动的转速，选择滑轮的直径。3.将机械定时器、直流电源和电动机串联在一个回路中。,4.初始状态使国旗在旗杆底端。在国歌播放的同时启动机械定时器，电动机开始转动并带动滑轮运动，使国旗上升。当定时器计时停止时，断开电源使电动机停止转动，此时国旗应该正好升至杆顶。如果升旗速度与国歌的播放时间之间存在误差，则需要重新调整滑轮的直径，直到符合要求。,设计方案A：,5.为使系统在非正常状态下保证旗帜的升降，还需要在电路中并联一个手动开关，当控制系统出现故障时，使用手动开关直接控制电动机的转动与停止。机械定时器靠手动旋转实现定时，定时的精确度略低，但只要细心操作可以满足要求的。,设计方案A：,转”控制中的干扰”,方案B：,采用成品的电子定时器、直流电动机、直流电动机、直流电源、滑轮等元件实现。用电子定时器代替机械定时器，其他步骤参照方案A。电子定时器比机械定时器的定时精确度高，所以对操作者的要求相对低一些。,方案C：,1.采用成品的电子定时器、带有可调速电路的电动机、直流电源、滑轮等元件实现。2.测得国歌播放时间和旗杆长度，确定定时器的定时时间并预估电动机的转速。根据时间、旗杆长度和电动的转速，选择滑轮的直径。3.将自制的电子定时器、直流电源和电动机串联在一个回路中。其中，自制的电子定时器可根据学校实验室现有的元件、设备和已知电路进行制作，如可用555时基电路制作定时器，通过定时器控制的继电器来控制电动机的转动与停止；采用TWH8752开关电路制作电动机的可调速电路。,方案C：,4.在调速电路中并联一个手动按钮SW2，用于在出现故障时能升降旗帜。5.初始状态使国旗在旗杆底端。在国歌播放的同时启动自制的电子定时器，电动机开始转动并带动滑轮运动，使国旗上升。当定时器计时停止时，断开电源使电动机停止转动，此时国旗应该正好升至杆顶。如果升旗速度与国歌的播放时间之间存在误差，则需要重新调整滑轮的直径，直到符合要求。（自动升旗简易控制装置电路图）,方案D：,1.采用CD 唱机（含有触发电路）、电动机、直流电源、滑轮等元件实现。2.测得国歌播放时间和旗杆长度，预估电动机的转速。根据时间、旗杆长度和电动的转速，选择滑轮的直径。3.从CD唱机中引出音频信号，将CD唱机（含有触发电路）、电动机、直流电源串联在电路中。,方案D：,4.初始状态使国旗在旗杆底端。当启动CD唱机播放国歌时，音频信号触发电路带动电动机转动，使滑轮运动，国旗匀速上升；当国歌播放结束、没有音频信号时，电动机停止转动，此时国旗应该正好升至杆顶。如果升旗速度与国歌的播放时间之间存在误差，则需要重新调整滑轮的直径，直到符合要求。5.在启停电动机的电路中并联一个手动按钮SW2，用于在出现故障时能升降旗帜。这一方案的特点是，不需要外加定时器，而用音频信号直接控制电动机，减少了时间上的误差。,控制中的干扰,干扰：在实际的控制系统中，常常会有一些变化不定的因素对系统的行为造成不利的影响，这种有害的因素我们称其为干扰。,克服干扰的基本方法：、闭环控制系统能不断地修正控制效果，以减少被控量和基准量（希望值）之间的误差。所以较之开环控制系统有更好的抗干扰能力。、克服干扰的基本方法，就是分析干扰的性质，然后“对症下药”。,控制系统的框图表示,总结,控制系统,控制的涵义：根据自己的目的，通过一定的方法使事物沿着某一确定的方向发展的行为，就称为控制,控制系统的类型,控制系统的基本组成：控制器、控制量、执行器、被控制对象、被控量,控制系统的框图表示,简单控制系统设计制作,手动控制系统自动控制系统,开环控制系统闭环控制系统,1.有位科学家，为了促使迷上电视的女儿坚持锻炼，专门设计了一辆有趣的“自行车”女儿必须骑上自行车不停地踩脚蹬，才能驱动发电机给电视机供电，想偷懒就看不到电视。请你根据已学的技术与设计的知识，画出“自行车发电电视机”这一过程的方框土，分析在这套装置的设计中，综合了哪些技术和原理。,作业：,