资源简介 第三节:简单控制系统的设计一、学习目标1.能进行简单的控制系统的设计,并制作一个简单的控制装置、能够对设计方案进行优化。2.能正确阅读所设计的项目电路图、元件图,并形成良好的设计习惯。二、素养目标技术意识:结合生活中的技术情境,收集生活中的技术案例并加以分析,能根据设计的需求,面对技术情境,明确要解决的技术问题,并根据现有条件制订解决技术问题的方案,形成一定的设计能力,形成正确的技术观。工程思维:通过所设计制作的控制项目进行控制系统方案的分析,理解其工作原理和特性,总结出控制系统的设计方法。能根据设计要求搭建一个控制系统装置,了解所用元件材料的性能,掌握基本工具的使用方法,能对所搭建的系统进行运行调试和综合评价。三、教学重点、难点重点:制订设计项目的方案。难点:根据制定的方案,进行项目的实施。四、教材情况本节内容是对本章知识的具体应用,要求学生掌握控制系统设计的基本流程。然后利用前面所学知识根据实际需要设计一个简单的控制系统,在理论的指导下进行实例设计。要求学生熟悉所用到的材料的属性和常用工具的使用方法。五、学生情况由于学生对电子电路比较陌生,不太了解电子元器件的特性,对于电子电路图和电路的焊接也不熟悉,因此需要教师在实践活动开始前,先进行相关知识的讲解。六、教学过程1.新课引入思考:为什么电磁炉之上一般都有一个童锁按键?有的插座之上每个插孔都有单独的开关?汽车的空挡要设置在前进挡和后退挡的中间?2.控制系统概论控制系统设计的基本流程如下:第一步,确定控制的目的。如速度控制是为了达到一定的速度;温度控制是为了获得一个合适的温度等。第二步,确定系统的被控量。被控量就是为了达到控制目的,我们实际需要控制的量。一般情况下,系统的控制目的就是系统的被控量。如速度控制系统的被控量是速度;温度控制系统的被控量是温度。但有时控制目的和被控量也不是同一对象,如为了控制化学反应的速度,我们通过控制化学反应的温度来实现;为了避免高速公路的交通事故,我们通过控制车速来实现。第三步,明确被控量应达到的精度指标。如速度、温度的精度指标等。第四步,选定控制系统的结构。根据控制系统的各项指标(控制精度、造价等),确定控制的类型同时根据被控对象确定执行器。第五步,建立控制系统的各个环节。大型或复杂的控制系统要通过建立模型来分析。因此要建立控制器、被控对象、执行机构和反馈环节模型。第六步,确定待调参数。找出能影响系统性能的一些参数作为调整对象,通过对他们的调整,使系统达到最佳性能第七步,分析、测试控制系统的性能。若性能不能满足设计规范要求,就要重新确定系统结构、部件性能等指标。若满足规范要求,设计工作就可以结束。3.设计实例:led数码显示器的设计LED数码管是由8个发光二级管封装在一起组成8字形的器件,其中7个发光二极管组成“8”字形的每一段,1个发光二极管组成一个小数点。这8个发光二极管的组成如下图所示,各段分别用字母A、B、C、D、E、F、GDP来表示。(1)明确设计的目的一个使用的LED数码显示器通常由多位数码管组成。但设计只用到一个数码管,通过适当的设计,完成0-9的显示。(2)确定被控量及设计指标。我们采用LED作为发光原件,显示的数字是以光的形式显现,所以该设计的被控量就是LED数码管各段的亮度,且只有亮、灭两种状态。(3)确定系统结构。通过上述步骤,我们就可以根据具体的要求来确定控制系统的结构。怎样控制LED数管8个段的亮、灭是该设计的关键。控制系统有开环和闭环、手动和自动等形式,你决采取哪种形式呢 (4)选择实现方法让LED数码管显示特定数码最简单的方法就是采用机械开关进行手动控制。假设我们要显示数字“3”,且采用图4-30所示的共阳极数码管,由数码管各的排列分布可知显示“3”应使AB、C、DG段发光,所以开关与LED数码管的连接如图所示。(5)部件模型及主要参数的确定。对一个复杂的控制系统,在确定了系统结构后,先要对系统中的各部分建立对应的数学模型,然后进行一些理论分析和仿真。当系统较为简单时,我们可以先通过简单的运算、得到一些必要的参数,然后用实验的方法调试,校正系统的工作状态,直到满意为止。(6)验证完成你的设计。确定了设计方案,并按选定的控制方法验证了各部分的工作后,就可以将它们组装起来。在《技术与设计1》中,我们学习了各种设计和交流的方法,应尽可能做到用计算机绘制各部分的原理图及安装图;设计系统制作的工作流;协同工作,共同完成整个设计。(7)评估你的设计。完成设计后,为了测试系统设计是否达到预期目的,还需要从以下几个方面进行评估。系统否安全、可靠 能否按设计的要求工作 其他同学对你的设计有什么看法 整个系统的造价是多少 如果你有更多的时间,你会对其做哪些改进 设计一份用说书。(8)优化你的设计。上面的设计对我们学习和理解LED数码管的工作原理和工作方式很有意义,但由于一次连线只能显示一个数字,实际的应用价值有限。我们怎样将它做得更合理、更智能呢?这就要用到电子技术的一些知识,下图是采用4511专用集成电路控制1位数码管的原图,这个电路可以通过4个开关的组合来控制数码管的显示,是不是比起前面的设计灵行性高了很多 七、教学反思本节为实践节,是整章的核心内容,学生要从具体的知识转变为日常生活中的实践,可以适当增加具体案例或者准备一些实验器材,让学生在行动中去理解如何进行控制系统的设计。 展开更多...... 收起↑ 资源预览