控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

1、第四節(jié)第四節(jié) 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施精選ppt2一，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路一，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)？系統(tǒng)要達(dá)到的目標(biāo)？控制的對象？控制的對象？被控對象的特性？被控對象的特性？被控量和控制量？被控量和控制量？外界的主要干擾因素？外界的主要干擾因素？怎樣的方案既達(dá)到目的、又經(jīng)濟(jì)、易于實(shí)現(xiàn)？怎樣的方案既達(dá)到目的、又經(jīng)濟(jì)、易于實(shí)現(xiàn)？設(shè)備和元件？設(shè)備和元件？精選ppt3控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)實(shí)施控制系統(tǒng)所需實(shí)施控制系統(tǒng)所需的設(shè)備、元件等的設(shè)備、元件等系統(tǒng)的成本分系統(tǒng)的成本分析析控制系統(tǒng)調(diào)試、控制系統(tǒng)調(diào)試、運(yùn)行和評價(jià)運(yùn)行和評價(jià)控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的方案選擇方案選擇分

2、析被控對象分析被控對象的主要特征的主要特征明確控制的目的明確控制的目的確定被控量、確定被控量、控制量控制量分析主要的分析主要的干擾因素干擾因素。 。精選ppt41 1、設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，是選擇、設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，是選擇開環(huán)控制還是閉環(huán)控開環(huán)控制還是閉環(huán)控制，應(yīng)根據(jù)對控制精度的要求以及條件的可行性而定。制，應(yīng)根據(jù)對控制精度的要求以及條件的可行性而定。2 2、在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，、在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，被控對象的特性被控對象的特性往往難往往難以直接得到，通常是通過了解被控對象的輸入與輸出之以直接得到，通常是通過了解被控對象的輸入與輸出之間的關(guān)系來分析它的基本特性，從而確定控制器的運(yùn)算間的關(guān)系來分

3、析它的基本特性，從而確定控制器的運(yùn)算方式方式( (暗箱方法暗箱方法) )；3 3、一個(gè)控制系統(tǒng)中可能存在若干個(gè)、一個(gè)控制系統(tǒng)中可能存在若干個(gè)干擾因素干擾因素，需要，需要分析主次，找出對系統(tǒng)影響最大的干擾因素；分析主次，找出對系統(tǒng)影響最大的干擾因素；4 4、被控量與控制量的確定被控量與控制量的確定是控制方案的是控制方案的關(guān)鍵關(guān)鍵，對于，對于簡單控制系統(tǒng)，需要控制的量往往被確定為被控量，控簡單控制系統(tǒng)，需要控制的量往往被確定為被控量，控制量應(yīng)選擇可控的、對抑制干擾因素和保持系統(tǒng)穩(wěn)定又制量應(yīng)選擇可控的、對抑制干擾因素和保持系統(tǒng)穩(wěn)定又明顯作用的量；明顯作用的量；5 5、執(zhí)行器、檢測器的選擇執(zhí)行器、檢測

4、器的選擇：一是要根據(jù)被控量和控：一是要根據(jù)被控量和控制量的需求，二是要根據(jù)控制的條件進(jìn)行。制量的需求，二是要根據(jù)控制的條件進(jìn)行。一，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路一，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路精選ppt51 1、設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，是選擇、設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，是選擇開環(huán)控制還是閉環(huán)控開環(huán)控制還是閉環(huán)控制，應(yīng)根據(jù)對控制精度的要求以及條件的可行性而定。制，應(yīng)根據(jù)對控制精度的要求以及條件的可行性而定。一，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路一，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路精選ppt6開環(huán)控制系統(tǒng)的開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相對比較簡單設(shè)計(jì)相對比較簡單，在明確設(shè)計(jì)，在明確設(shè)計(jì)要求，明確被控對象、被控量和控制量后，即可要求，明確被控對象、被控量和

5、控制量后，即可考慮具體控制系統(tǒng)的方案。考慮具體控制系統(tǒng)的方案。開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)例：普通電風(fēng)扇控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)例：普通電風(fēng)扇控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)被控對象被控對象被控量被控量控制量控制量 電風(fēng)扇電風(fēng)扇電風(fēng)扇輸出的風(fēng)速電風(fēng)扇輸出的風(fēng)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速精選ppt7精選ppt8案例分析：電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)案例分析：電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求： 電吹風(fēng)能根據(jù)不同的檔位（如冷風(fēng)檔、熱風(fēng)電吹風(fēng)能根據(jù)不同的檔位（如冷風(fēng)檔、熱風(fēng)檔）輸出不同種類的風(fēng)。檔）輸出不同種類的風(fēng)。設(shè)計(jì)分析：設(shè)計(jì)分析：被控對象：被控對象：被控量：被控量：控制量：控制量：干擾因素：干擾因素：是電吹風(fēng)裝置，是電吹風(fēng)

6、裝置，是風(fēng)的速度和溫度，是風(fēng)的速度和溫度，是電機(jī)的電壓，是電機(jī)的電壓，是房間溫度、電源電壓的波動(dòng)等。是房間溫度、電源電壓的波動(dòng)等。精選ppt9方案構(gòu)思：方案構(gòu)思： 選擇選擇開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電吹風(fēng)的控制要求。實(shí)現(xiàn)電吹風(fēng)的控制要求。 設(shè)定風(fēng)的檔位就設(shè)定了電機(jī)的電壓和電熱絲設(shè)定風(fēng)的檔位就設(shè)定了電機(jī)的電壓和電熱絲的阻值，接通電源后，電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，的阻值，接通電源后，電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的風(fēng)通過電吹風(fēng)的電熱絲，輸出的就是與設(shè)產(chǎn)生的風(fēng)通過電吹風(fēng)的電熱絲，輸出的就是與設(shè)定的風(fēng)種相對應(yīng)的風(fēng)。定的風(fēng)種相對應(yīng)的風(fēng)。 確定了電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案后，畫出確定了電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

7、后，畫出必要的電器線路圖，選擇適當(dāng)型號(hào)的元件和配件，必要的電器線路圖，選擇適當(dāng)型號(hào)的元件和配件，進(jìn)行組裝、調(diào)試。進(jìn)行組裝、調(diào)試。 電吹風(fēng)的控制工作過程：電吹風(fēng)的控制工作過程： 電吹風(fēng)是要將其內(nèi)部電吹風(fēng)是要將其內(nèi)部電熱絲電熱絲的熱量通過一個(gè)的熱量通過一個(gè)小電風(fēng)扇擴(kuò)散出去。小電風(fēng)扇擴(kuò)散出去。精選ppt10世界世界100100大發(fā)明之一，生活必備，每天都要使用大發(fā)明之一，生活必備，每天都要使用精選ppt11閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同的閉環(huán)控制系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)不同的控制目的，要求往往也不同的閉環(huán)控制系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)不同的控制目的，要求往往也不一樣。對于簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)，有以下基本要求：不一樣。

8、對于簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)，有以下基本要求：1 1、一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)要正常工作，首先必須是穩(wěn)定的。、一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)要正常工作，首先必須是穩(wěn)定的。 當(dāng)干擾因素出現(xiàn)時(shí)，輸出量發(fā)生偏離，系統(tǒng)通過當(dāng)干擾因素出現(xiàn)時(shí)，輸出量發(fā)生偏離，系統(tǒng)通過動(dòng)態(tài)調(diào)整使被控量回到平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的這種調(diào)整過動(dòng)態(tài)調(diào)整使被控量回到平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的這種調(diào)整過程有可能使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，若振蕩呈逐漸衰減趨勢，程有可能使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，若振蕩呈逐漸衰減趨勢，能很快穩(wěn)定下來，還屬于穩(wěn)定系統(tǒng)，否則就是不穩(wěn)定能很快穩(wěn)定下來，還屬于穩(wěn)定系統(tǒng)，否則就是不穩(wěn)定系統(tǒng)。系統(tǒng)。2、控制系統(tǒng)的控制精度必須符合要求，即系統(tǒng)的輸、控制系統(tǒng)的控制精度必須符合要求，即系

9、統(tǒng)的輸出量與給定值之差應(yīng)控制在允許的范圍之內(nèi)。出量與給定值之差應(yīng)控制在允許的范圍之內(nèi)。3、閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)有較好的抗干擾性能。、閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)有較好的抗干擾性能。在進(jìn)行閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，幾項(xiàng)控制要求之間往往會(huì)在進(jìn)行閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，幾項(xiàng)控制要求之間往往會(huì)產(chǎn)生矛盾，需要結(jié)合具體問題全面解決或有所側(cè)重地解決。產(chǎn)生矛盾，需要結(jié)合具體問題全面解決或有所側(cè)重地解決。精選ppt12案例分析案例分析設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求：當(dāng)水箱水位低于某一指定高度時(shí)，進(jìn)水口立即進(jìn)水。當(dāng)水箱水位低于某一指定高度時(shí)，進(jìn)水口立即進(jìn)水。當(dāng)水箱水位達(dá)到某一指定高度時(shí)，進(jìn)水口停止進(jìn)水。當(dāng)水箱水位達(dá)到某一指定高度時(shí)，進(jìn)水口停止進(jìn)水?？?/p>

10、制系統(tǒng)對控制精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性均沒有特別要求。控制系統(tǒng)對控制精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性均沒有特別要求。抽水馬桶水箱的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)抽水馬桶水箱的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)精選ppt13設(shè)計(jì)分析：設(shè)計(jì)分析：從設(shè)計(jì)要求來看，這是一種從設(shè)計(jì)要求來看，這是一種自動(dòng)控制，因此選擇閉自動(dòng)控制，因此選擇閉環(huán)控制系統(tǒng)。環(huán)控制系統(tǒng)。被控對象是抽水馬桶的水箱，被控量是抽水馬桶水被控對象是抽水馬桶的水箱，被控量是抽水馬桶水箱水位的高度，控制量是進(jìn)水管的水流量（進(jìn)進(jìn)水箱水位的高度，控制量是進(jìn)水管的水流量（進(jìn)進(jìn)水量），水箱水位的高度與進(jìn)水量之間呈線形關(guān)系量），水箱水位的高度與進(jìn)水量之間呈線形關(guān)系主要干擾因素是水箱的出水流量。主要干

11、擾因素是水箱的出水流量。精選ppt14方案構(gòu)思：方案構(gòu)思：采用浮球作為水位高度的檢測裝置。當(dāng)水箱的水位采用浮球作為水位高度的檢測裝置。當(dāng)水箱的水位低于水箱的某個(gè)高度時(shí)，出現(xiàn)了水位差（給定的水低于水箱的某個(gè)高度時(shí)，出現(xiàn)了水位差（給定的水位高度與實(shí)際水位高度之差），這個(gè)信號(hào)通過浮球、位高度與實(shí)際水位高度之差），這個(gè)信號(hào)通過浮球、連桿機(jī)構(gòu)傳給進(jìn)水閥，使進(jìn)水閥打開，從而水箱進(jìn)連桿機(jī)構(gòu)傳給進(jìn)水閥，使進(jìn)水閥打開，從而水箱進(jìn)水；當(dāng)水箱水位達(dá)到水箱的某個(gè)高度時(shí)，水位差為水；當(dāng)水箱水位達(dá)到水箱的某個(gè)高度時(shí)，水位差為零，進(jìn)水閥關(guān)閉。零，進(jìn)水閥關(guān)閉。水箱水位控制過程：水箱水位控制過程：波動(dòng)沖水旋鈕，使出水閥打開，水

12、波動(dòng)沖水旋鈕，使出水閥打開，水箱沖水。與此同時(shí)，進(jìn)水閥打開，箱沖水。與此同時(shí)，進(jìn)水閥打開，水箱進(jìn)水，知道指定水位時(shí)，進(jìn)水水箱進(jìn)水，知道指定水位時(shí)，進(jìn)水閥關(guān)閉。閥關(guān)閉。精選ppt15抽水馬桶水箱的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)抽水馬桶水箱的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)討論討論 在上述案例中，如果要節(jié)約用水，減少水箱每次在上述案例中，如果要節(jié)約用水，減少水箱每次沖水的量，你能設(shè)計(jì)哪幾種方案？沖水的量，你能設(shè)計(jì)哪幾種方案？精選ppt1638.8萬元的金馬桶萬元的金馬桶 一套近似天價(jià)的金一套近似天價(jià)的金意大利宮廷潔具亮相北京，意大利宮廷潔具亮相北京，并以當(dāng)日兩套訂單的驚人業(yè)并以當(dāng)日兩套訂單的驚人業(yè)績?yōu)楣?jié)后剛剛復(fù)蘇的家居建績

13、為節(jié)后剛剛復(fù)蘇的家居建材市場注入了一針興奮劑。材市場注入了一針興奮劑。精選ppt17二，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)施案例升旗簡易控制裝置的設(shè)計(jì)升旗簡易控制裝置的設(shè)計(jì)精選ppt18案例分析：自動(dòng)升旗簡易控制裝置的設(shè)計(jì)案例分析：自動(dòng)升旗簡易控制裝置的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求：在國歌播放的時(shí)間內(nèi)，控制國旗運(yùn)輸上升在國歌播放的時(shí)間內(nèi)，控制國旗運(yùn)輸上升到旗桿的頂端。到旗桿的頂端。選擇適當(dāng)?shù)目刂品桨笇?shí)現(xiàn)控制；選擇適當(dāng)?shù)目刂品桨笇?shí)現(xiàn)控制；選用成本低，易于獲取的元件、設(shè)備和材選用成本低，易于獲取的元件、設(shè)備和材料的模型。料的模型?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施案例陳劍負(fù)責(zé)學(xué)校每周兩次的升旗儀式。在學(xué)完陳劍負(fù)

14、責(zé)學(xué)校每周兩次的升旗儀式。在學(xué)完技術(shù)技術(shù)與設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)2 2模塊后，他決定利用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)一套能模塊后，他決定利用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)一套能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升旗的簡易控制裝置的模型。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升旗的簡易控制裝置的模型。精選ppt19設(shè)計(jì)分析：設(shè)計(jì)分析：采用開環(huán)控制系統(tǒng)，被控對象是國旗，被控采用開環(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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與量是上升的速度，控制量是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與停止（或速度）。停止（或速度）。這一開環(huán)控制系統(tǒng)由計(jì)時(shí)裝置和控制升旗的這一開環(huán)控制系統(tǒng)由計(jì)時(shí)裝置和控制升旗的裝置共同完成。裝置共同完成。計(jì)時(shí)裝置和控制升旗裝置的實(shí)現(xiàn)可以有多種計(jì)時(shí)裝置和控制升旗裝置的實(shí)現(xiàn)可以有多種方案

15、。方案。例如，采用機(jī)械定時(shí)器和電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)；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)器和帶有可調(diào)速電路的電動(dòng)機(jī)實(shí)制電子定時(shí)器和帶有可調(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)現(xiàn)；采用音頻信號(hào)、觸發(fā)電路和電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。采用任何一種方案實(shí)現(xiàn)控制，都要經(jīng)過若干采用任何一種方案實(shí)現(xiàn)控制，都要經(jīng)過若干次調(diào)試，直到符合設(shè)計(jì)要求為止。次調(diào)試，直到符合設(shè)計(jì)要求為止。精選ppt20設(shè)計(jì)準(zhǔn)備：設(shè)計(jì)準(zhǔn)備：機(jī)械定時(shí)器（或電子定時(shí)器、自制的電子定機(jī)械定時(shí)器（或電子定時(shí)器、自制的電子定時(shí)器、時(shí)器、CD唱機(jī)），旗桿，滑輪，卷筒，變唱機(jī)），旗桿，