高中通用技术控制系统的设计与实施学案

控制系统的设计与实施学案

一、学习目标

1、了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计的方案。

2、能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；或者根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行提出改进方案。

二、目标导学

1、控制系统设计的一般思路: 要设计好一个控制系统，需要做到：

（1）明确这个系统要达到的目的是什么？（2）所要控制的对象是什么？（3）被控对象有哪些重要特征？被控量和控制量分别是什么？（4）外界的主要干扰因素有哪些？等等

2、开环控制系统的设计

电风扇控制系统的设计：

被控对象——电风扇，被控制量——电风扇输出的风速，控制量——电机的转速。

3、闭环控制系统的设计，基本要求：

（1）、闭环控制系统必须是稳定的；（2）、系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内；（3）、要有较好的抗干扰性能。

三、课时训练

☆必做题

1、选择题

（1）在空调、自动升降国旗、光控路灯、音乐喷泉，这四个控制系统中．哪个一定是闭环控制系统？( ）

A．空调B．自动升降国旗C．光控路灯D．音乐喷泉（2）在自动升旗的简易控制系统中，升旗速度是（）。

A、输入量

B、控制器

C、控制量

D、输出量

（3）在水泵抽水的控制系统中，（）是执行器。

A、电机

B、水泵

C、水管

D、水流量

2、电吹风控制系统的被控对象＿；被控量＿＿＿＿；

控制量＿＿＿＿＿；干扰因素＿＿。

3、陈好同学在体育课上练习立定投篮．投了若干次才投中。投篮过程是一个控制过程．试分析该控制过程是开环控制系统还是单闭环控制系统？画出该控制系统的方枢图《将各环节名称及对应的实际名称在相应位置标注清楚》。

☆提高题

有一位科学家，为了促使迷上看电视的女儿坚持锻炼，专门设计了一辆有趣的“自行车”，女儿必须骑在车上不停地踩脚蹬，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”这一过程的方框图，分析在这套装置的设计中，综合了哪些技术与原理。

☆选做题

（1）一般家用太阳能热水器温度控制是如何实现的？

（2）有的宾馆使用多台热水器串联来集中供水，当水温过低时，通过控制器启动辅助电加热开关，使水温控制在一定范围。请画出这一控制系统的方框图，说明其工作过程。

控制系统的设计与实施练习题（答案）

嘉积中学海桂学校高中技术组翁瑜

1、选择题

（1）在空调、自动升降国旗、光控路灯、音乐喷泉，这四个控制系统中．哪个一定是闭环控制系统？( A ）

A．空调B．自动升降国旗C．光控路灯D．音乐喷泉（2）人们通过电冰箱获得适当的温度，使食物能够长期存放，分析这一现象，我们理解一个控制现象应该从（ D ）入手?

A、对象

B、目的

C、手段

D、对象、目的、手段

（3）在水泵抽水的控制系统中，（ B ）是执行器。

A、电机

B、水泵

C、水管

D、水流量

2、非选择题

1、随着音乐起伏而变化的音乐喷泉是控制技术的一种具体应用。其工作过程是由“声－电转换装置”将起伏的音乐强度转换为随之而变化的电信号，这种电信号驱动电动机带动水泵转动。音乐声信号强，水泵的转速就快，喷头的压力就大，喷出的水柱就高。反之，喷出的水柱就低。音乐信号的强弱与喷泉水柱的高低一一对应。请回答以下问题：

（1）音乐喷泉控制系统是开环控制还是闭环控制？（2分）

开环控制系统

（2）该控制系统的输入信号和输出信号分别是什么？（2分）

音乐信号喷泉水柱的高低

（3）从控制系统组成的角度，分析“声－电转换装置”在此控制系统中起什么作用？（2分）

控制器

2、分析抽水马桶的水位控制系统，请说出

（1）该系统的控制对象是什么？被控量是什么？控制量是什么？

控制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（即进水量）

（2）该系统存在哪些主要干扰因素？

主要的干扰因素是水箱的出水流量

(3) 该系统的反馈装置是什么？

浮球

3、有一位科学家，为了促使迷上看电视的女

儿坚持锻炼，专门设计了一辆有趣的“自行

车”，女儿必须骑在车上不停地踩脚蹬，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

框图，分析在这套装置的设计中，综合了

哪些技术与原理。

答案：

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。其简要过程可以用方框图表示如下：

脚踏运动→自行车轮→摩擦轮→传动机构→发电机→蓄能稳压装置→电视机

4、（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

调节热水管和冷水管的流量实现温度控制。

（2）有的宾馆使用多台热水器串联来集中供水，当水温过低时，通过控制器启动辅助电加热开关，使水温控制在一定范围。请画出这一控制系统的方框图，说明其工作过程。

这是一个闭环控制系统，其中有一个感温元件不断测量出水管内的水温，当水温低于某值时，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。

这一过程的的方框图可以表示如下：

输出

温度