1、控制系统设计的一般思路
机电一体化技术第二版课后习题答案
第1章1-1、机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。
1-2、机电一体化系统的主要组成、作用及其特点是什么？a、机械本体：用于支撑和连接其他要素，并把这些要素合理地结合起来，形成有机的整体。
b、动力系统：为机电一体化产品提供能量和动力功能，驱动执行机构工作以完成预定的主功能。
c、传感与监测系统：将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数及状态转换成可以测定的物理量，同时利用监测系统的功能对这些物理量进行测定，为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息。
d、信息处理及控制系统：接收传感器与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理、运算和决策，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制的功能。
e、执行装置：在控制信息的作用下完成要求的动作，实现产品的主功能。
1-3、工业三大要素：物质、能量、信息。
1-4、机电一体化产品与传统的机械电气化产品相比，具有较高的功能水平和和附加值，它为开发者、生产者和用户带来越来越多的社会经济效益。
1-7、机电一体化的主要支撑技术：传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、接口技术、精密机械技术、系统总成技术。
1-8、机电一体化的发展趋势：智能化、模块化、网络化、微型化、绿色化、人格化、自适应化。
第2章2-1、机电一体化系统对传动机构的基本要求：传动间隙小、精度高、低摩擦、体积小、重量轻、运动平稳、响应速度快、传动转矩大、高谐振频率以及与伺服电动机等其他环节的动态性能相匹配等要求。
2-2、丝杆螺母机构的传动形式及其特点：a、螺母固定、丝杆转动并移动；b、丝杆转动、螺母移动；c、螺母转动、丝杆移动；d、丝杆固定、螺母转动并移动；e、差动传动。
2-3、滚珠丝杆副的组成及特点：由丝杆、螺母、滚珠和反相器四部分组成；具有轴向刚度高、运动平稳、传动精度高、不易磨损、使用寿命长等优点。
普通高中学业水平考试通用技术总复习资料
一、会考要求1． 1 基本要求（1）知识与技能《课程标准》对知识与技能的要求如下：①理解技术的性质，了解技术的发展历史和一些最新的技术成果以及技术在生活和生产中的应用，能正确认识技术对人们日常生活及社会产生的正反两方面的影响，具有正确使用生活中一些常用技术的基本技能。
②了解技术设计的基本知识，初步掌握技术设计的一般程序和基本技能，了解它们在日常生活和工农业生产中的应用，能对技术设计的过程、方案和成果作出比较全面的评价。
③能从技术设计的角度理解结构、系统、流程、控制的一般概念，了解简单的结构设计、系统设计、流程设计、控制设计的基本知识，以及这些知识与日常生活和工农业生产的内在联系和广泛应用。
④了解技术语言的种类及其应用，能绘制和识读一些简单的技术图样，会使用几种常用的规范的技术语言进行交流。
⑤熟悉一些常见材料的属性及加工方法，能根据设计要求选择材料和工具，能根据设计方案制作产品或模型。
⑥具有初步的技术试验的操作技能，能进行基本的技术测试和技术指标测量，会写简单的技术测试和技术试验报告。
高中通用技术会考的知识内容主要由技术设计的基本知识、技术基本概念和基本原理等组成，知识范围包括“技术与设计1”、“技术与设计2”两个模块。
通用技术会考注重考查学科基本能力。
通用技术学科基本能力包括以下几个方面：①技术设计能力：指制定设计方案，并用技术图样等技术语言来表达的能力。
②技术制作能力：指根据设计方案和已有条件选择合适的加工工艺进行作品制作的能力。
③技术试验能力：指对产品进行技术试验，并写出试验报告的能力。
④技术评价能力：指对技术问题的发现、明确，设计方案的选择以及设计的评价的能力。
⑤技术应用能力：指运用所学的技术知识、思想方法解决简单的实际问题的能力。
（2）过程与方法通用技术会考包含考查过程与方法。
通用技术过程与方法包括以下几个方面：①经历将人们的需求和愿望确认为值得解决的技术问题、并形成设计方案的过程，初步学会从技术的角度提出问题、解决问题，能多角度提出解决问题的方案。
控制与设计说课稿
技术与设计2第四单元控制与设计内容要求课程标准一、理解控制的含义及其在生产和生活中的应用，了解手动控制、自动控制。
教学目标:1.理解控制的含义2.积极观察生活，对控制技术产生强烈的兴趣与好奇心，并转化为对后续知识学习的动力教材内容：1、控制的含义(Ⅰ) ：人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制。
2、理解任何控制现象，都要明确：①控制的对象是什么，②控制要达到什么目的，③采取什么控制手段。
3、控制的分类：从控制过程中人工干预的情形分为人工控制和自动控制;现代控制技术往往是指自动控制技术。
自动控制是科学和技术的一个重要分支。
自动控制系统能在无人直接参与的情形下运行，并承担人的职能。
4、控制的应用(Ⅰ)如银行的自动取款机、红外线自动出水龙头装置、红外自动烘手机、农田节水灌溉的自动控制、十字路口红绿灯自动控制、冰箱、空调的恒温控制、精确制导武器等等。
教师可先抛砖引玉再让学生尽情发挥举例5、控制手段了解在生产过程中对力、热、光、声、水位、流量等的控制，了解生活中电冰箱、洗衣机、空调机等生活用品的控制技术。
对于传感器的教学，只做一般性阐述，不深究内部构造，看成黑箱即可。
了解其与输入和输出之间的关系就可以了教学建议：精心设置课上活动环节⏹1、模仿迎宾员和手动上水过程的活动，建议一定要由学生参与完成。
目的是强调对控制过程的体验，体验最简单的控制过程中的一般的控制思想⏹2、自动门和自动水箱的工作过程，有条件的话做出动画或事物展示，让学生充分、细致的观察，使学生获得充分的感性经验⏹3、技术试验¡±走直线是理解开环控制与闭环控制差别的既生动又形象，又容易被学生接受的活动，建议充分组织好，让学生充分、细致的体会。
4、建议在学生的学习活动过程中，随时填写技术学习活动卡。
具体可参考地址版《技术⏹与设计2》教师教学用书P102 __ P103课程标准二、分析典型的案例，熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程课程标准三、能画出一个简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器等环节的作用，熟悉反馈环节的作用教学目标：1.建立控制实施的工作过程的经验或体验2.清楚一般控制系统的组成要素，熟悉简单控制系统的工作过程。
第六章：控制系统校正
第六章系统的性能指标与校正本章目录6.1 控制系统设计的基本思路6.2 串联校正装置的结构与特性6.3 基于频率法的串联校正设计6.4 基于根轨迹的串联校正设计小结本章简介在本书第一章，曾指出控制理论学习的两大任务是系统的分析和系统的设计。
在第二章到第五章，我们从时域和频域两个角度分析了控制系统的稳定性、相对稳定性和及其性能指标。
本章考虑如何根据系统的要求或预定的性能指标对控制系统进行分析。
一个控制系统一般可分解为被控环节、控制器环节和反馈环节三个部分，其中被控部分和反馈部分一般是根据实际对象而建立的模型，不可变的，因此根据要求对控制器进行设计是控制系统设计的主要任务。
同时需要指出，由于系统设计的目的也是对系统性能的校正，因此控制器（又称补偿器或调节器）的设计有时又称控制系统的校正。
本章内容包括了无源控制器设计、有源控制器设计（PID控制器）两个内容，重点介绍控制器的结构、校正原理和设计方法。
6.1 控制系统设计的基本思路一般的控制系统均可表示为如图6－1的形式，是控制系统的不可变部分，即被控对象，为反馈环节。
未校正前，系统不一定能达到理想的控制要求，因此有必要根据希望的性能要求进行重新设计。
在进行系统设计时，应考虑如下几个方面的问题：（1）综合考虑控制系统的经济指标和技术指标，这是在系统设计中必须要考虑的。
（2）控制系统结构的选择。
对单输入、单输出系统，一般有四种结构可供选择：前馈校正、串联校正、反馈校正和复合校正，其框图如图6－2。
考虑到串联校正比较经济，易于实现，且设计简单，在实际应用中大多采用此校正方法，因此本章只讨论串联校正，典型的校正装置有超前校正、滞后校正、滞后－超前校正和PID校正等装置。
（3）控制器或校正装置的选择。
校正装置的物理器件可以有电气的、机械的、液压的和气动的等形式，选择的一般原则是根据系统本身结构的特点、信号的性质和设计者的经验，并综合经济指标和技术指标进行选择。
本书我们以电气校正装置作为控制器，详述有源和无源装置的工作原理和设计方法。
“文物监控报警控制系统”设计教学的研究
吸合 ， 电路 导通 ， 鸣 器报 警 。当文 物 被 外 蜂 移动时 ， 过 文 物 上磁 铁 位 置 的变 化 ， 发 通 触 磁控 电路 （ 物控制 流程分 析 图和 电路 图分 实
别如 图 ９ 图 １ ） 和 ０。
—
合， 外电路导通 ， 警 。原理 和红外线 报警一 报 样， 只是用处不同（ 实物控制 流程分析 和 电路
器实施 报警 ， 系统 稳定 性强 ， 敏度 高 ， 该 灵 即
使发生微小形变 ， 也会触 发报警 ， 实际需要 在 设置的环境 中应用 ， 现被监控文 物 的安全 、 实
监控 防盗 的 目的。
图 ｌ ４
三 、 改与 完 善 修
四个 小组 分 别从 不 同 的 角度 设 计 了 四
海河人义不容辞 的责任 。正 值高二年 级开设 通 用技术必 修 ２中“ 控制 与设计 ” 内容 ， 笔者 结合学校 实际开发 了文 物报警控制 系统设计 的实践活动 。笔者利用课余 时 间组织 学生对 文物的监 控保 护进 行 了大量 的实 践与 探索 ，
设计制作 了 四组 报警 系统 ， 分别 是 断线监 测
当一种监 控 系统 被识 破 时 ， 另外 几种 防
盗装 置可 以起 作 用 。综 合 防 盗装 置 的稳 定
性 、 敏度 、 灵 抗干 扰性 都大 幅度 提分体 现 了设 计 思想 的 充
系统 化 。
图 １ ３
总结 ： 装置 把力 学信 号转 换成 电学信 该 号， 实现了当压 力发生 变 化时 即会 触发传 感
电路 原 理 ： 当文 物 在原 位 时 ， 物 上 的 文
磁铁使 干 簧管 吸合 ， 过 电 流极 大 ， 极管 通 三 基极 电 流小 ， 导 通 ， 电器 不 吸合 。当 文 不 继 物被 移走时 ， 文物 上磁 铁移 走 ， 干簧管 张 开 ，
PLC控制系统设计的一般流程与要求
PLC控制系统设计的一般流程与要求1．PLC控制系统设计的一般步骤与传统的继电器——接触器控制系统的设计相比较，组件的选择代替了原来的器件选择，程序设计代替了原来的逻辑电路设计。
（1）根据工艺流程分析控制要求，明确控制任务，拟定控制系统设计的技术条件。
技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据。
工艺流程的特点和要求是开发PLC控制系统的主要依据，所以必须详细分析、认真研究，从而明确控制任务和范围。
如需要完成的动作（动作时顺、动作条件，相关的保护和联锁等）和应具备的操作方式（手动、自动、连续、单周期，单步等）。
（2）确定所需的用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等），估算PLC的I/O点数；分析控制对象与PLC之间的信号关系，信号性质，根据控制要求的复杂程度，控制精度估算PLC的用户存储器容量。
（3）选择PLC。
PLC是控制系统的核心部件，正确选择PLC对于保证整个控制系统的各项技术、经济指标起着重要的作用，PLC的选择包括机型的选择、容量的选择、I/O模块的选择、电源模块的选择等。
选择PLC的依据是输入输出形式与点数，控制方式与速度、控制精度与分辨率，用户程序容量。
（4）分配、定义PLC的I/O点，绘制I/O连接图。
根据选用的PLC所给定的元件地址范围（如输入、输出、辅助继电器、定时器、计数器。
数据区等），对控制系统使用的每一个输入、输出信号及内部元件定义专用的信号名和地址，在程序设计中使用哪些内部元件，执行什么功能格都要做到清晰，无误。
（5）PLC控制程序设计。
包括设计梯形图、编写语句表、绘制控制系统流程图。
控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常，安全。
可靠的关键，因此，控制程序的设计必须经过反复测试。
修改，直到满足要求为止。
（6）控制柜（台）设计和现场施工。
在进行控制程序设计的同时，可进行硬件配备工作，主要包括强电设备的安装、控制柜（台）的设计与制作、可编程序控制器的安装、输入输出的连接等。
机电一体化知识点
一、机电一体化起源与定义：在机械的主功能、动力功能、信息功能、控制功能基础上引入微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机地结合所构成系统的总称。
机电一体化一般包含机电一体化产品(系统)和机电一体化技术两层含义。
典型的机电一体化产品(系统)有：数控机床、机器人、工程机械、汽车、智能化仪器仪表、CAD／CAM系统等。
P26间隙的影响三、机电一体化的目的（功能）使系统（产品）高附加值化，即多功能化、高效率化、高可靠性化、省材料化、省能源化，并使产品结构向轻、薄、短、小巧化方向发展，不断满足人们生活和生产的多样化需要和生产的省力化、自动化需要。
四、 机电一体化发展概况“萌芽阶段”“蓬勃发展阶段”“智能化阶段”1 智能化、2 模块化、3 网络化、4 微型化、5、绿色化、6、人格化五、机电一体化系统的构成1、执行元件（主功能）实现机电一体化系统主功能。
主功能是系统的主要特征部分，完成对物质、能量、信息的交换、传递和储存。
主功能包括三个目的功能：（1）变换（加工、处理）功能；（2）传递（移动、输送）功能；（3）储存（保存、存储、记录）功能2、机械本体（构造功能）机械本体包括机架、机械连接、机械传动等，它是机电一体化的基础，起着支撑系统中其他功能单元、传递运动和动力的作用。
3、动力源(动力功能)是机电一体化产品的能量供应部分，其作用是按照系统控制要求，为系统提供能量和动力，使系统正常运行。
4、传感检测单元（计测功能）对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测。
要求：体积小、精度高、抗干扰5、控制与信息处理单元（控制功能）将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的地运行。
要求：高可靠性、处理速度快、智能化6、接口将各组成单元或子系统连接成一有机的整体。
各要素或子系统之间能顺利进行物质、能量和信息的传递和交换。
乐高课程设计西米亚(小学)教学提纲
活动项目：序号主题内容活动项目实物图学习目标活动目的课标内容1认识结构不同形状的桥1、认识结构，了解结构的类型。
2、从力学角度理解什么是结构。
1．认识不同形状的桥的结构类型，分析桥的各构件的作用。
2．比较不同形状的桥承受压力的大小。
3．体验不同形状桥的受力情况。
《课标》P83-84：内容标准（1）了解结构的涵义，能从力学的角度理解结构的概念和一般分类。
（2）能结合1～2种简单的结构案例，分析结构是如何承受应力的。
（3）能通过技术试验分析影响结构的强度和稳定性的因素，并写出试验报告。
（4）能确定一个简单对象进行结构设计，并绘制设计图纸，做出模型或原型。
2 桥的受力分析1、从力学角度理解什么是结构。
2、能对结构的受力情况进行分析。
1、比较不同结构的拱桥模型承受压力的大小。
2、对桥的受力情况进行分析。
3稳固的结构稳固的梯子1、学习结构的形状及结构与地面支撑面积的大小对结构稳定性的影响。
2、理解结构稳定性和强度的概念。
1、制作稳固的梯子模型。
2、通过对不同梯子结构的试验得出结论。
4 篮球架学习影响结构稳定性和强度的主要因素。
1、制作篮球架模型。
2、通过对结构的调整，使篮球架更加稳固。
5 不同垒法的墙1、理解构件之间的连接方式对结构强度的影响。
2、探究结构的形状与结构强度的关系。
1、探究砖与砖之间的连接方式对墙的强度的影响。
2、探究墙的形状与其强度的关系。
6 结构的设计折叠桌1、明确结构设计的目标。
2、掌握结构设计要考虑的主要因素。
1、明确设计折叠桌时必须考虑的因素。
2、进行折叠桌的结构设计，并制作模型。
3、熟悉结构设计的一般步骤。
7折叠椅1、明确结构设计的目标。
2、掌握结构设计要考虑的主要因素。
3、熟悉结构设计的一般步骤。
还可以完成更多的拓展活动和挑战项目！活动项目：序号主题内容活动项目实物图学习目标活动目的课标内容1生活与生产中的流程盖房子1、理解流程的含义。
2、理解流程中时序和环节的意义。
1、了解盖房子的流程。
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本节课要点回顾： 1.开环控制系统及其特征。 2.设计简单的开环控制系统的思路有哪些？ 3.利用给定的材料，制作一个简单的开环控制系统。 4.在制作过程中，学会了使用恒温电烙铁以及剥线钳 等工具。进一步巩固了以前所学的如何正确上锡的 操作技巧。
请同学们将工具归类，关闭电烙铁和电源， 将材料和工具归到收纳盒中，并将垃圾放进垃 圾桶。谢谢合作！
被控对象是LED灯
徒手让灯亮，不需要触碰之类的开关
输入？
灯、电路
亮或者灭 输出
控制系统方框图
12V 大约130MA
12VLED灯带
输 入 量
？
被控对象
输出量
12v的电源
12V的LED灯带
发出什么颜色的光？ 光以什么样的方式 发出来
……
输出量
LED灯带可以发出七色光： 红R 绿G 蓝B 红+绿=黄 绿+蓝=青 红+蓝=品红 红+绿+蓝=白色
如何使用这些工具呢？
第一步：寻找生活中的真实情景 第二步：根据真实情景，分析控制系统， 制定设计方案，并找出所需材料。 第三步：根据控制系统分析，画出设计草图。
第四步：根据设计草图，进行控制模型制作。
分析过程中所遇到 的问题：
1.两根电线如何焊接？ 2.导线与引脚如何焊接？ 3.三根导线如何焊接？ 4.如何使用剥线钳和电烙铁？
2.广场舞的阿姨们有个困惑，她们希望自己在夏日 夜晚跳舞时，手中的扇子能根据她们摆动的动作而 发生灯光明暗的变化。
3.在妈妈的生日晚会上，王同学想设计一个魔术， 徒手将生日蛋糕上的电子蜡烛点燃，给妈妈一个惊 喜！
第二步：根据真实情景，分析控制系统， 指定设计方案，并找出所需材料。
在妈妈的生日晚会上，王同学想设计一个 魔术，徒手将生日蛋糕上的电子蜡烛点燃， 给妈妈一个惊喜！
请每组同学根据所拿的材料袋，开始进行电路 部分的焊接。
请同学展示一下他们的电路部分作品 并进行自评。
1.是否解决了生活中的真实情景问题？
2.控制系统的电路部分设计的是否合理？ 3.控制系统的电路部分焊接工艺是否正确？
4.通过这次简单的电路设计与制作，你能否 说出简单开环控制系统的分析思路？ 5.能否通过自己的作品，体会到开环控制系 统的特征（一个输入对应一个输出，输出量 对控制过程不产生影响）？
简单开环控制系统的设计与制作
江苏省锡山高级中学 吕士媛
本节课的教学环节
开环控制及其特征 （复习） 简易开环控制系统的设计思路 制作一个简单的开环控制系统（电路部分）
在产品设计中，大部分都离不开控制。
教室里有哪些控制？（从人的需求出发）
教室需要灯光
灯光电路控制系统
教室里需要风扇
风扇控制系统
……
在教室里，我们需要一个可调速度的风扇。
控制系统分类： 开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统的特征： 一个输入信号对应一个输出信号。
如何去设计一个简单的开环控制系统呢？ 从需求出发
现实生活中的 真实情景
第一步：寻找生活中的真实情景
1.某个贵重物品，最佳状态是水平状态，如果某一 天因某种原因发生微小角度的倾斜，我无法用肉眼 识别，怎么办？一旦发生倾斜，后果不堪设想。
风扇的档位
控制器控制器
执行器
被控 输出量 对象
采用方框表示系统的环节 控制系统的方框图
用单向信号线表示信号传递的方向。
可调速的风扇模型
七色光控制系统模型
一个输入对应 一个输出
它的输出量不对控 制过程产生影响
开环控制系统： 像这种信息只从输入端传递到输出端， 而且系统的输出量不对系统的控制产生任 何影响，这样控制系统称为开环控制系统。
可以直接接入电路中
振动传感器
如何用小的电流去控制大电流的电路呢？
LED色光
LED灯带的正极和 电源的正极
电源负极
增加一个三极管（S9013）和电阻47千欧
12V 灯LE带D RG
B
LED灯带正极
电源正极
电源
振动传感器
电源负极
两根导线相连接？ 三根导线如何相连接？
电阻
三极管
第四步：根据焊接草图，利用焊接工具进行焊接。
提炼关键词
水
拨动开关
输 入
声音
量
磁铁
压力
倾斜
是产品创新设计 的重要组成部分
……
振动
这些部分是需要我们想出来的。
干簧管、磁控开关
可以直接接入电路中
第三步：根据控制系统分析，画出焊接草图。
12V 灯LE带D RG
B
LED灯带正极 磁控传感器
电源正极
电源
电源负极
三根导线如何焊接在一起？ 引脚与导线如何焊接？