第六章简单控制系统的设计与投运
简单控制系统的设计共52页文档
简单控制系统的设计
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
《简单控制系统的设计》教案
《简单控制系统的设计》教案一、教学目标1. 了解控制系统的基本概念和分类。
2. 掌握简单控制系统的设计方法和步骤。
3. 能够运用控制系统理论知识分析和解决实际问题。
二、教学内容1. 控制系统的基本概念控制系统的定义控制系统的组成控制系统的分类2. 简单控制系统的设计方法系统建模系统稳定性分析系统控制器设计系统仿真与实验3. 控制系统设计实例线性控制器设计实例非线性控制器设计实例数字控制器设计实例三、教学方法1. 讲授法：讲解控制系统的基本概念、设计方法和实例。
2. 实践法：引导学生参与控制系统实验，提高实际操作能力。
3. 讨论法：组织学生分组讨论，促进互动交流。
四、教学准备1. 教学PPT：制作控制系统基本概念、设计方法和实例的PPT。
2. 实验设备：控制系统实验装置。
3. 参考教材：控制系统相关教材和学术论文。
五、教学过程1. 引入控制系统的基本概念，讲解控制系统的重要性。
2. 介绍控制系统的基本组成和分类，让学生了解控制系统的基本框架。
3. 讲解控制系统的设计方法，包括系统建模、稳定性分析、控制器设计等步骤。
4. 通过实例分析，让学生掌握控制系统设计的方法和技巧。
5. 组织学生进行实验操作，验证控制系统设计结果的正确性。
6. 引导学生进行分组讨论，分享控制系统设计的心得体会。
7. 总结本节课的内容，布置课后作业，巩固所学知识。
六、教学评估1. 课堂讲解评估：通过观察学生的听课情况，了解学生对控制系统基本概念和设计方法的理解程度。
2. 实验操作评估：通过学生在实验过程中的操作表现，评价其对控制系统设计方法的掌握情况。
3. 课后作业评估：通过学生完成的课后作业，检验其对课堂所学知识的吸收和运用能力。
七、教学拓展1. 控制系统在工程中的应用：介绍控制系统在工业、交通、医疗等领域的应用案例，让学生了解控制系统的实际价值。
2. 先进控制系统技术：简要介绍智能控制、自适应控制等先进控制系统技术，激发学生的学习兴趣。
3 简单控制系统的设计
4）被控参数的选取还应考虑工艺上的合理性和所用测量仪表的 性能、价格、售后服务等因素 。
对于一个已经运行的生产过程，被控参数往往是由工艺要求 事先确定的。
19
三、实例
过程控制
第三章
精馏原理：根据被分离物各组分挥发度 的不同，把混合物分离为组 分较纯的产品。 假定：要使塔顶馏出物达到规定的纯 度，那么塔顶馏出物的组分纯 度XD应该作为被控变量，因为 它就是成产工艺的质量指标。
一般希望控制通道克服扰动的能力要强，动态响 应应比扰动通道快。通过正确选择控制参数，构成一 个控制性能良好的过程控制系统，可有效克服扰动的 影响。
24
过程静态特性的分析
• 单回路控制系统的框图如图所示
– Wc（s）为控制器与执行机构的传递函数 – Wo（s）为控制通道的传递函数 – Wf（s）为扰动通道的传递函数 – 并设
被控对象组成。
– 检测元件和变送器用于检测被控变量，并将检测到的信号
转换为标准信号输出。 – 控制器用于将检测变送单元的输出信号与设定值信号进行
比较，按一定的控制规律对其偏差信号进行运算，运算结
果输出到执行器。 – 执行器是控制系统环路中的最终元件，直接用于控制操纵 变量变化。 – 被控对象是需要控制的设备 。
22
3.2.3 控制参数的选择
• 在正确选择被控参数后，就要确定构成一个怎样的控制回路。 • 确定一个控制回路，实质上就是选择控制参数的问题。 • 控制参数又称控制变量、控制量、操纵变量。 一、选择的意义 • 扰动量对被控参数的作用通道称为扰动通道；控制参数对被控 参数作用的通道称为控制通道。 • 扰动量通过扰动通道对被控参数产生影响，使被控参数偏离给 定值。
21
过程控制
(优选)简单控制系统的设计
6.2.2被控参数与控制变量的选择 6.2.2.1被控参数的选择
被控变量—生产过程中希望借助自动控制保 持恒定值（或按一定规律变化）的变量。
合理选择被控变量，关系到生产工艺能否达 到稳定操作、保证质量、保证安全等目的。
被控变量的选择依据： 1、根据生产工艺的要求，找出影响生产的关 键变量作为被控变量
过程控制系统设计包括控制系统方案设计、工 程设计、工程安装和仪表调校、调节器参数整定等 四个主要内容。
其中控制方案设计是控制系统设计的核心。
3. 过程控制系统设计的步骤 1）掌握生产工艺对控制系统的技术要求 2）建立被控过程的数学模型 3）确定控制方案
包括控制方式和系统组成结构的确定，是过程 控制系统设计的关键步骤。 4）控制设备选型 5）实验（或仿真）验证
()
1
1 K0Kc
;ef
()
Kf 1 K0Kc
❖ K0越大，控制作用越强，稳态误差越小；
❖ K0越大，被调参数对控制作用的反应越灵敏， 系统的闭环稳定性越低。
❖ Kf越大，干扰作用越强，稳态误差越大。 故应选放大系数大的变量作为控制变量。
2．过程（通道）动态特性对控制品质的影响
1）干扰通道动态特性对控制品质的影响
影响变量
被控变量
对象特性对控制品质影响的分析：
1．过程（通道）静态特性对控制品质的影响 如图所示为单回路控制系统的等效框图。
X(s) ＋－
Gc(s)
Go(s)
Gc(s) —控制器的传递函数；
F(s)
Gf(s) ＋ ＋
Go
(s)
Ko Tos 1
Y(s) Gc (s) Kc
G
f
(s—甲苯
苯 甲苯
《简单控制系统的设计》教案
《简单控制系统的设计》教案一、教学目标1. 让学生了解控制系统的概念，理解控制系统的基本组成部分及其作用。
2. 使学生掌握简单控制系统的设计方法，能够运用控制理论设计简单的控制系统。
3. 培养学生分析问题和解决问题的能力，提高学生的创新意识和实践能力。
二、教学内容1. 控制系统的基本概念介绍控制系统的定义、作用及其在工程应用中的重要性。
2. 控制系统的基本组成部分讲解控制器、被控对象、反馈元件及输入输出设备等基本组成部分的功能和作用。
3. 简单控制系统的设计方法介绍控制系统设计的基本原则，讲解系统稳定性、快速性、精确性等性能指标的确定方法。
4. 控制系统设计实例分析分析典型的控制系统设计实例，如PID控制器设计、模糊控制器设计等，让学生学会运用所学知识解决实际问题。
5. 控制系统设计软件工具的使用介绍常用的控制系统设计软件工具，如MATLAB/Simulink等，对学生进行上机操作训练。
三、教学方法1. 讲授法：讲解控制系统的基本概念、基本组成部分和设计方法。
2. 案例分析法：分析典型的控制系统设计实例，让学生学会运用所学知识解决实际问题。
3. 实践操作法：使用控制系统设计软件工具进行实际操作，提高学生的实践能力。
四、教学环境1. 教室：配备投影仪、计算机等教学设备，方便进行PPT讲解和案例分析。
2. 实验室：配备控制系统设计软件工具和相关实验设备，供学生进行实践操作。
五、教学评价1. 课堂参与度：考察学生在课堂上的发言、提问等互动情况，评价学生的积极性和主动性。
2. 课后作业：布置相关的课后练习题，评价学生对知识点的掌握程度。
3. 实践操作：评价学生在实验室进行控制系统设计实践操作的表现，包括设计方案的合理性、操作的正确性等。
六、教学资源1. 教材：《控制系统原理与应用》、《现代控制系统》等。
2. 课件：制作详细的PPT课件，用于辅助讲解和展示。
3. 实验设备：控制系统实验装置，用于学生实践操作。
《简单控制系统的设计核心素养目标教学设计、教材分析与教学反思-2023-2024学年高中通用技术粤科
《简单控制系统的设计》导学案导学目标：1. 了解控制系统的基本观点和分类；2. 掌握控制系统的设计步骤和方法；3. 能够运用所学知识设计简单控制系统。
导学内容：一、控制系统的基本观点和分类1. 控制系统的定义：控制系统是指能够对被控对象进行监测、比较和调节的系统。
2. 控制系统的分类：根据控制对象的性质和控制方式，控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
二、控制系统的设计步骤和方法1. 确定控制目标：明确控制系统需要实现的具体功能和目标。
2. 建立数学模型：通过对被控对象进行建模，得到控制系统的数学描述。
3. 设计控制器：根据数学模型和控制目标，设计合适的控制器。
4. 仿真分析：利用仿真软件对设计的控制系统进行验证和分析。
5. 调整优化：根据仿真结果，对控制系统进行调整和优化。
三、设计简单控制系统以温度控制系统为例，设计一个简单的闭环控制系统。
1. 确定控制目标：将房间温度控制在设定温度范围内。
2. 建立数学模型：假设房间温度满足一阶惯性系统的动态特性。
3. 设计控制器：选择比例-积分-微分（PID）控制器。
4. 仿真分析：利用MATLAB等软件进行仿真分析。
5. 调整优化：根据仿真结果，调整PID参数以实现更好的控制效果。
导学任务：1. 阅读相关教材和资料，了解控制系统的基本观点和分类；2. 尝试设计一个简单的控制系统，并进行仿真分析；3. 总结设计过程中遇到的问题和经验，准备下节课分享。
参考资料：1. 《摩登控制理论与应用》；2. 知乎文章《控制系统设计导学案》；3. 网络资源《控制系统设计导学案范文》。
《简单控制系统设计》课件
控制系统设计的步骤
1
确定控制系统的目标
明确您想要实现的目标，并确保您的设计能够实现这些目标。
2
确定控制对象的特性
了解您要控制的物体或过程的特性，并考虑如何应对不确定性。
3
选择合适的控制器
根据控制系统的要求选择适当的控制器，确保其能够满足您的设计需求。
4
设计控制系统的结构
根据控制器和控制对象的特性设计整个控制系统的结构。
2 学习本课件的收获
回顾本课件的主要内容，总结您在学习过程中的收获和体会。
3 推荐阅读材料
介绍一些与控制系统设计相关的优秀书籍和参考资料，帮助您进一步拓宽知识面。
参考文献
控制系统设计手册
作者：张三，出版社：机械工业出版社
控制工程实例分析
作者：李四，出版社：电子工业出版社
5
选定并调整控制器参数
确定控制器的参数，分析一个活塞位置控制系统的案例，了解如何将设计原理应用于实际情况。
温度控制系统
研究一个温度控制系统的例题，探讨如何通过控制系统设计来实现温度的精确控制。
总结
1 控制系统设计的重要性
了解控制系统设计对各行各业的重要性，并探讨其潜在的未来发展。
《简单控制系统设计》 PPT课件
控制系统设计是一个关键的领域，本课程将介绍简单控制系统设计的基本原 理、步骤和应用，帮助您掌握控制系统设计的关键知识。
介绍简单控制系统设计
控制系统是如何帮助我们实现目标的？了解简单控制系统设计的意义，以及 它在各个领域的应用。
控制系统设计的基本原理
掌握控制系统设计的目标和构成，同时了解控制系统的稳定性对设计的重要 性。
《简单控制系统的设计》教案
《简单控制系统的设计》教案一、教学目标1. 让学生了解控制系统的基本概念和分类。
2. 使学生掌握简单控制系统的设计方法和步骤。
3. 培养学生运用控制系统理论知识解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 控制系统的基本概念和分类2. 简单控制系统的设计方法3. 控制系统设计实例三、教学方法1. 讲授法：讲解控制系统的基本概念、分类和设计方法。
2. 案例分析法：分析控制系统设计实例，让学生参与讨论。
3. 实践操作法：让学生动手设计简单的控制系统。
四、教学准备1. 教学PPT：包含控制系统的基本概念、分类、设计方法和实例。
2. 控制系统设计软件：如MATLAB、Simulink等。
3. 计算机和投影仪。
五、教学过程1. 引入：讲解控制系统在工程中的应用，激发学生的兴趣。
2. 讲解控制系统的基本概念和分类：介绍控制系统的定义、目标、类型和性能指标。
3. 讲解简单控制系统的设计方法：包括系统建模、控制器设计、系统仿真和优化。
4. 分析控制系统设计实例：以实际工程案例为例，讲解设计过程和方法。
5. 实践操作：让学生利用控制系统设计软件，动手设计一个简单的控制系统。
7. 作业布置：布置相关练习题，巩固所学知识。
六、教学评估1. 课堂问答：通过提问了解学生对控制系统基本概念和分类的掌握情况。
2. 练习题：评估学生对简单控制系统设计方法的掌握程度。
3. 小组讨论：观察学生在案例分析中的参与度和协作能力。
4. 设计报告：评估学生对控制系统设计实例的理解和应用能力。
七、教学拓展1. 控制系统在其他领域的应用：介绍控制系统在工业、农业、医疗等领域的应用实例。
2. 先进控制系统：讲解现代控制系统技术，如智能控制、自适应控制等。
3. 控制系统设计软件的使用：教授学生如何运用MATLAB、Simulink等软件进行控制系统设计。
八、教学反馈1. 课堂反馈：课后收集学生对课堂教学的反馈，了解教学效果。
2. 作业反馈：对学生的练习题进行批改，提供个性化的反馈意见。