控制系统的设计与实施

临汾二中临汾二中 高二年级高二年级四、四、4.4.控制系统的设计与实施控制系统的设计与实施控制系统设计的一般思路控制系统设计的一般思路:v系统要达到的目标？系统要达到的目标？v控制的对象？控制的对象？v被控对象的特性？被控对象的特性？v被控量和控制量？被控量和控制量？v外界的主要干扰因素？外界的主要干扰因素？v怎样的方案既达到目的、又经济、易于怎样的方案既达到目的、又经济、易于实现？实现？v设备和元件？设备和元件？控制系统设计应考虑的基本问题控制系统设计应考虑的基本问题v能达到控制的目的；能达到控制的目的；v采用易于实现的形式；采用易于实现的形式；v降低控制的成本；降低控制的成本；v减少对环境的负面影响。减少对环境的负面影响。案例分析案例分析1 1：电吹风控制系统的设计电吹风控制系统的设计设计要求：设计要求：电吹风能根据不同档位输出不同种类的风。电吹风能根据不同档位输出不同种类的风。案例分析案例分析1 1：电吹风控制系统的设计电吹风控制系统的设计设计分析：设计分析：被控对象被控对象电吹风电吹风 被控量被控量风的速度和温度风的速度和温度 控制量控制量电机的电压电机的电压 干扰因素干扰因素房间温度、电源电压的波动房间温度、电源电压的波动工作过程：工作过程：电机、风扇、电机、风扇、电热丝电热丝设定电吹风的档位设定电吹风的档位（输入）（输入）风的速度和温度风的速度和温度（输出）（输出）案例分析案例分析2：抽水马桶水抽水马桶水箱的箱的自动控制自动控制系统的设计系统的设计设计要求：设计要求：当水位达到某一当水位达到某一指指定高度定高度时，进水口停止进水。时，进水口停止进水。设计分析：设计分析：（1 1）控制目的是什么？）控制目的是什么？（2 2）被控对象是什么？）被控对象是什么？（3 3）被控量是什么？控制量是什么？）被控量是什么？控制量是什么？（4 4）为什么采用闭环控制方式？）为什么采用闭环控制方式？（5 5）被控量与控制量之间是如何实现反馈的？）被控量与控制量之间是如何实现反馈的？（6 6）如果要节约用水，减少水箱每次冲水量，你）如果要节约用水，减少水箱每次冲水量，你能设计哪几种方案？能设计哪几种方案？设计分析：设计分析：根据设计要求，选择闭环控制系统。被控根据设计要求，选择闭环控制系统。被控对象是抽水马桶的水箱，被控量是抽水马桶水对象是抽水马桶的水箱，被控量是抽水马桶水箱水位的高度，控制量是进水管的水流量，水箱水位的高度，控制量是进水管的水流量，水箱水位的高度与进水量之间呈线形关系，主要箱水位的高度与进水量之间呈线形关系，主要干扰因素是水箱的出水流量。干扰因素是水箱的出水流量。方案构思：方案构思：采用浮球作为水位高度的检测装置。采用浮球作为水位高度的检测装置。当水箱的水位低于水箱的某个高度时，出当水箱的水位低于水箱的某个高度时，出现了水位差（给定的水位高度与实际水位现了水位差（给定的水位高度与实际水位高度之差），这个信号通过浮球、连杆机高度之差），这个信号通过浮球、连杆机构传给进水阀，使进水阀打开，从而水箱构传给进水阀，使进水阀打开，从而水箱进水；当水箱进水；当水箱的的水位达到水箱的某个高度水位达到水箱的某个高度时，水位差为零，进水阀关闭。时，水位差为零，进水阀关闭。控制过程：控制过程：转动冲水旋钮，使出水阀打开，水箱冲转动冲水旋钮，使出水阀打开，水箱冲水。与此同时，进水阀打开，水箱进水，直水。与此同时，进水阀打开，水箱进水，直到指定水位时，进水阀关闭。到指定水位时，进水阀关闭。在抽水马桶水箱自动控制系统的设计案例中，如果要节约用水，减少水箱每次冲水的量，你能设计哪几种方案？讨论讨论:水箱一次的冲水量实际上是随水箱的横截面积和水位设定高度而变化的，即 冲水量水箱横截面积X设定高度 因此，要减少每次冲水量，应该从减少水箱横截面积和设定高度人手。具体方案可以有：将杠杆支点右移，使浮球在较小的高度上关闭进水阀（图见教材）。在水箱中放人比水重的物体，起到减小水箱平均截面积的作用。控制出水阀开启的时间，使其在水未放完之前关闭出水阀。这相当于改变设定高度。在水箱中放置1-2块砖头，以减少水箱的实际蓄水量。设计两种冲水方式，一种是半箱水冲洗，一种是整箱水冲洗。（装置结构）（装置作用）设计要求设计分析控制过程方案构思（被控对象）（被控量）（控制量）（干扰量）（主要元件）（工作原理）（输入量）（控制方式）（输出量）控制系统设计的一般思路：控制系统设计的一般思路：综合实践综合实践:（P124）1.该套装置中，综合运用了机械能转化为电能及稳压等技术原理，运用了蓄能、系统、稳压和控制等多种技术。其简要过程可用方框图表示如下 综合实践综合实践:（P124）2.（1)一般家用太阳能热水器温度控制是如何实现的？家用太阳能热水器通常都是在出水的地方装有冷水管和热水管，使用时，通常采用不断调节热水管与冷水管的流量实现温度控制。(2)这是一个闭环控制系统，其中有一感温元件不断测量出水管内的水温，当水温低于某一值时，便切换到电加热器加热的状态。一般来说，宾馆供应的热水温度要比较高，使客人有调节的余地，因此它必须保证热水高于一定的温度。其方法是设计一个闭环温度控制系统，使供应的热水不低于某一温度。控制系统的工作过程大致如下：测温装置测量储水箱热水的温度，当水温低于某一给定温度时，控制装置将输出一个信号去接通加热装置，使之给水箱加热；当温度高于给定温度时，控制装置就会切断加热器电源，停止加热。这一过程的方框图可以表示如下：闭环控制在日常生活中应用 普通电饭煲的结构：普通电饭煲的结构：普通电饭煲主要由发热盘、限温器、保温开关、杠杆开关、限流电阻、指示灯、插座等组成。1 1、发热盘：、发热盘：这是电饭煲的主要发热元件。这是一个内嵌电发热管的铝合金圆盘，内锅就放在它上面，取下内锅就可以看见。2 2、限温器：、限温器：又叫磁钢。它的内部装有一个永久磁环和一个弹簧，可以按动，位置在发热盘的中央。煮饭时，按下煮饭开关时，靠磁钢的吸力带动杠杆开关使电源触点保持接通，当煮米饭时，锅底的温度不断升高，永久磁环的吸力随温度的升高而减弱，当内锅里的水被蒸发掉，锅底的温度达到1032C时，磁环的吸力小于其上的弹簧的弹力，限温器被弹簧顶下，带动杠杆开关，切断电源。3 3、保温开关：、保温开关：又称恒温器。它是由一个弹簧片、一对常闭触点、一对常开触点、一个双金属片组成。煮饭时，锅内温度升高，由于构成双金属片的两片金属片的热伸缩率不同，结果使双金属片向上弯曲。当温度达到80C以上时，在向上弯曲的双金属片推动下，弹簧片带动常开与常闭触点进行转换，从而切断发热管的电源，停止加热。当锅内温度下降到80C以下时，双金属片逐渐冷却复原，常开与常闭触点再次转换，接通发热管电源，进行加热。如此反复，即达到保温效果。4 4、杠杆开关：、杠杆开关：该开关完全是机械结构，有一个常开触点。煮饭时，按下此开关，给发热管接通电源，同时给加热指示灯供电使之点亮。饭好时，限温器弹下，带动杠杆开关，使触点断开。此后发热管仅受保温开关控制。5 5、限流电阻：、限流电阻：外观金黄色或白色为多，大小象3W电阻，按在发热管与电源之间，起着保护发热管的作用。常用的限流电阻为185C 5A或10A（根据电饭煲功率而定）。限流电阻是保护发热管的关键元件，有能用导线代替。Thank You!祝大家学习愉快祝大家学习愉快!