4.3 简单控制系统的设计 课件(共16张PPT)2022-2023学年高中通用技术粤科版（2019）必修 技术与设计2
文档属性
| 名称 | 4.3 简单控制系统的设计 课件(共16张PPT)2022-2023学年高中通用技术粤科版（2019）必修 技术与设计2 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 5.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 粤科版 | ||
| 科目 | 通用技术 | ||
| 更新时间 | 2023-02-24 08:18:36 | ||
图片预览
文档简介
(共16张PPT)
2023
第三节：简单控制系统的设计
学习目标
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,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。
图样表达：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。
创新设计：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。
物化能力：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。
思考：观察生活，能否设计/改善一个简单的控制系统。
一、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。
给定值
控制器
执行器
被控对象
控制量
被控量
给定值
反馈环节
控制器
执行器
被控对象
控制量
比较器
被控量
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。
控制系统的基本流程
开始
确定控制的目的
确定被控量
给定控制要求
确定系统结构
建立系统模型
确定待调参数
测试系统性能
是否满足要求
结束
重新调整系统结构、指标参数等
否
是
二、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
（1）用计算机绘制各部分的原理图及安装图。
（2）设计系统制作的工作流。
（3）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。
（1）系统否安全、可靠 能否按设计的要求工作
（2）其他同学对你的设计有什么看法
（3）整个系统的造价是多少
（4）如果你有更多的时间，你会对其做哪些改进
（5）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
课后练习：
1.试着设计一个路灯自动开关系统，使路灯能够在黑夜自动打开，在白天自动关闭。
2.给自行车设计一个历程计，写出你希望达到的功能和合适的设计方案。
3.利用学过的控制及其设计知识，发挥自己的想象，设计一个有创意的，包含控制功能的物品。
2023
第三节：简单控制系统的设计
学习目标
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,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。
图样表达：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。
创新设计：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。
物化能力：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。
思考：观察生活，能否设计/改善一个简单的控制系统。
一、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。
给定值
控制器
执行器
被控对象
控制量
被控量
给定值
反馈环节
控制器
执行器
被控对象
控制量
比较器
被控量
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。
控制系统的基本流程
开始
确定控制的目的
确定被控量
给定控制要求
确定系统结构
建立系统模型
确定待调参数
测试系统性能
是否满足要求
结束
重新调整系统结构、指标参数等
否
是
二、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
（1）用计算机绘制各部分的原理图及安装图。
（2）设计系统制作的工作流。
（3）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。
（1）系统否安全、可靠 能否按设计的要求工作
（2）其他同学对你的设计有什么看法
（3）整个系统的造价是多少
（4）如果你有更多的时间，你会对其做哪些改进
（5）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
课后练习：
1.试着设计一个路灯自动开关系统，使路灯能够在黑夜自动打开，在白天自动关闭。
2.给自行车设计一个历程计，写出你希望达到的功能和合适的设计方案。
3.利用学过的控制及其设计知识，发挥自己的想象，设计一个有创意的，包含控制功能的物品。
同课章节目录