控制技术电子教案(第2章)
电器及PLC控制技术教案
集美轻工业学校教案用纸第一章控制用电磁组件电器的定义和分类电器——自动或手动接通和断开电路，能实现对电路或非电对象切换、保护、检测、变换和调节目的的电气元件分类：低压电器——交流1200V或直流1500V以下（一）按工作电压等级分高压电器——交流1200V或直流1500V以上手动电器——需人工直接操作才能完成指令任务（二）按动作原理分自动电器——按照电的或非电的信号自动完成指令任务（三）按用途分 1. 控制电器——用于各种控制电路和控制系统2. 主令电器——用于自动控制系统中发送控制指令3. 保护电器——用于保护电路及用电设备4. 配电电器——用于电能的输送和分配5.执行电器——用于完成某种动作或传动功能电磁式电器——依据电磁感应原理工作（四）按工作原理分非电量控制电器——靠外力或某种非电物理量的变化而动作第一节低压电器的分类及发展概述低压电器通常是指工作在交流电压小于1200V、直流电压小于1500V的电路一、低压电器的分类(1)按其用途或所控制对象分类(1)低压配电电器：包括刀开关、转换开关、熔断器和自动开关等。
主要用于低压配电系统中，要求在系统发生故障的情况下动作准确、工作可靠。
(2)低压控制电器：包括接触器、控制继电器、主令开关、起动器和电磁铁等。
主要用于电力拖动自动控制系统和用电系统中，要求寿命长、体积小且工作可靠。
(2)按动作方式分类(1)自动电器：是按照外来信号或某个物理量的变化而自动动作的电器，如接触器、继电器等。
(2)非自动电器：是通过人工或外力直接操作而动作的电器，如按钮、行程开关等。
(3)按电器的执行机能分类(1)触点电器：开关、按钮等(2)无触点电器：晶闸管、IGBT管二、我国低压控制电器的发展概况我国低压电器的主攻方向是：抓新产品的研制、开发工作，加强基础技术的理论研究。
具体体现在：提高电器元件的性能，大力发展机电一体化产品，研制开发智能化电器、电动机综合保护电器、有触点电器和无触点的混合式电器、模数化终端组合电器和节能电器。
《控制工程基础》电子教案
《控制工程基础》电子教案第一章：绪论1.1 课程介绍解释控制工程的定义、目的和重要性概述控制工程的应用领域和学科范围1.2 控制系统的基本概念介绍控制系统的定义和组成解释输入、输出、反馈和控制器的概念1.3 控制工程的历史和发展回顾控制工程的发展历程和重要里程碑讨论现代控制工程的挑战和发展趋势第二章：数学基础2.1 线性代数介绍矩阵、向量的基本运算和性质讲解线性方程组的求解方法2.2 微积分复习微积分的基本概念和公式讲解导数和积分的应用2.3 离散时间信号介绍离散时间信号的定义和特点讲解离散时间信号的运算和处理方法第三章：连续控制系统3.1 连续控制系统的概述介绍连续控制系统的定义和特点解释连续控制系统的应用领域3.2 传递函数讲解传递函数的定义和性质介绍传递函数的绘制和分析方法3.3 控制器设计讲解PID控制器和模糊控制器的原理和方法讨论控制器设计的考虑因素和优化方法第四章：离散控制系统4.1 离散控制系统的概述介绍离散控制系统的定义和特点解释离散控制系统的应用领域4.2 差分方程和离散传递函数讲解差分方程的定义和求解方法介绍离散传递函数的定义和性质4.3 控制器设计讲解离散PID控制器和模糊控制器的原理和方法讨论控制器设计的考虑因素和优化方法第五章：状态空间方法5.1 状态空间模型的概述介绍状态空间模型的定义和特点解释状态空间模型的应用领域5.2 状态空间方程讲解状态空间方程的定义和求解方法介绍状态空间方程的稳定性分析5.3 状态控制器设计讲解状态控制器的原理和方法讨论状态控制器设计的考虑因素和优化方法第六章：频域分析6.1 频率响应介绍频率响应的定义和作用讲解频率响应的实验测量方法6.2 频率特性分析系统频率特性的性质和图形讨论频率特性对系统性能的影响6.3 滤波器设计讲解滤波器的基本类型和设计方法分析不同滤波器设计指标的选择和计算第七章：数字控制系统7.1 数字控制系统的概述介绍数字控制系统的定义和特点解释数字控制系统的应用领域7.2 数字控制器设计讲解Z变换和反变换的基本原理介绍数字PID控制器和模糊控制器的设计方法7.3 数字控制系统的仿真与实现讲解数字控制系统的仿真方法和技术讨论数字控制系统的实现和优化第八章：非线性控制系统8.1 非线性系统的概述介绍非线性系统的定义和特点解释非线性系统的应用领域8.2 非线性模型和分析方法讲解非线性系统的建模方法和分析技术分析非线性系统的稳定性和可控性8.3 非线性控制策略讲解非线性PID控制器和模糊控制器的原理和方法讨论非线性控制策略的设计和优化第九章：鲁棒控制9.1 鲁棒控制的概述介绍鲁棒控制的定义和目的解释鲁棒控制在控制工程中的应用领域9.2 鲁棒控制设计方法讲解鲁棒控制的基本设计和评估方法分析不同鲁棒控制策略的性能和特点9.3 鲁棒控制在实际系统中的应用讲解鲁棒控制在工业和航空航天等领域的应用案例讨论鲁棒控制在实际系统中的挑战和限制第十章：控制系统的设计与实践10.1 控制系统的设计流程讲解控制系统设计的基本流程和方法分析控制系统设计中的关键环节和技术选择10.2 控制系统实践案例分析不同控制系统实践案例的设计和实现过程讲解控制系统实践中的注意事项和优化方法10.3 控制系统的发展趋势讨论控制系统未来的发展方向和挑战分析新兴控制技术和方法在控制系统中的应用前景重点和难点解析重点环节1：控制系统的基本概念和组成控制系统定义和组成的理解输入、输出、反馈和控制器的相互作用重点环节2：传递函数和控制器设计传递函数的定义和性质PID控制器和模糊控制器的设计方法和应用重点环节3：差分方程和离散传递函数差分方程的求解方法离散传递函数的定义和性质重点环节4：状态空间模型的建立和分析状态空间方程的定义和求解状态空间模型的稳定性和可控性分析重点环节5：频率响应和滤波器设计频率响应的实验测量和分析滤波器设计方法和应用重点环节6：数字控制系统和控制器设计Z变换和反变换的应用数字PID控制器和模糊控制器的设计方法重点环节7：非线性系统的建模和控制策略非线性系统的建模方法非线性控制策略的设计和优化重点环节8：鲁棒控制的设计和评估鲁棒控制的基本设计和评估方法鲁棒控制策略的性能和特点重点环节9：控制系统的设计流程和实践案例控制系统设计的基本流程和方法控制系统实践案例的设计和实现过程重点环节10：控制系统的发展趋势和新兴技术控制系统未来的发展方向新兴控制技术和方法在控制系统中的应用前景本教案涵盖了控制工程基础的十个重点环节，包括控制系统的基本概念和组成、传递函数和控制器设计、差分方程和离散传递函数、状态空间模型的建立和分析、频率响应和滤波器设计、数字控制系统和控制器设计、非线性系统的建模和控制策略、鲁棒控制的设计和评估、控制系统的设计流程和实践案例以及控制系统的发展趋势和新兴技术。
《电子控制技术》教案分析
《电子控制技术》教案分析一、教案简介《电子控制技术》教案分析旨在帮助学生了解电子控制技术的基本概念、原理及其应用。
通过本章的学习，学生将掌握电子控制技术的基本原理，熟悉常见电子控制器件的工作原理和应用方法。
二、教学目标1. 了解电子控制技术的基本概念及发展历程。
2. 掌握电子控制技术的基本原理。
3. 熟悉常见电子控制器件的类型及应用。
4. 学会分析电子控制系统的性能指标。
三、教学内容1. 电子控制技术的基本概念及发展历程。
2. 电子控制技术的基本原理。
3. 常见电子控制器件的类型及应用。
4. 电子控制系统的性能指标分析。
四、教学方法1. 讲授：讲解电子控制技术的基本概念、原理及其应用。
2. 案例分析：分析实际应用中的电子控制系统案例，加深学生对理论知识的理解。
3. 讨论：组织学生就电子控制技术在实际应用中的问题进行讨论，提高学生的分析能力。
五、教学评价1. 课后作业：评估学生对课堂所学知识的掌握情况。
2. 课堂问答：检测学生对电子控制技术基本概念、原理的理解。
3. 小组项目：考察学生对电子控制系统的应用能力和团队协作能力。
六、教学资源1. 教材：《电子控制技术》相关教材。
2. 课件：制作包含图文并茂的课件，用于辅助讲解。
3. 实验设备：电子控制相关实验设备，如传感器、执行器等。
4. 视频资料：收集与电子控制技术相关的视频资料，用于案例分析。
5. 在线资源：提供相关网站、论坛等在线资源，方便学生自主学习。
七、教学安排根据课程要求和教学内容，建议将本课程分为两部分进行教学：1. 理论教学：共计32课时，每周2课时，共16周。
2. 实践教学：共计16课时，每周1课时，共16周。
八、教学难点与解决策略1. 教学难点：电子控制技术涉及诸多概念和原理，学生难以理解和掌握。
解决策略：通过案例分析、课后作业等方式，让学生在实际应用中体会和巩固理论知识。
2. 教学难点：电子控制器件的工作原理较为复杂，学生难以短时间内掌握。
第2章电子教案
转动惯量 力矩 转动定律 转动动能
A
rc l
C.
mv .P
此后，棒和枪弹一起以运动，机械能守恒。
枪弹射入后,棒和枪弹系统的质心位置rc： 竖直，机械能：
.C
h
零势能点
最大偏转角 处,机械能：
B
例:工程上，两飞轮常用摩擦啮合器使它们以相同的转 速一起转动。如图所示，A和B两飞轮的轴杆在同一中
心线上，A轮的转动惯量为IA=10kgm2，B的转动惯量
为两轮啮合后共同转动的角速度
A
B
C
A
B
C
以各量的数值代入得
或共同转速为
在啮合过程中，摩擦力矩作功，所 以机械能不守恒，部分机械能将转 化为热量，损失的机械能为
例: 均质圆轮A的质量为M1，半径为R1，以角速度绕OA杆的A端转动，
此时，将其放置在另一质量为M2的均质圆轮B上，B轮的半径为R2．B轮 原来静止，但可绕其几何中心轴自由转动．放置后，A轮的重量由B轮支
外力矩M所作的功。
(2)定轴转动的动能定理
合外力矩对定轴转动刚体所作的功等于 其转动动能的增量。
例：如图：均匀细棒（m、l ），水平开始下摆，到竖直位置时，
中心点C和端点A的速度各为多少？
0
.C
A
光滑轴
.C
解：当棒摆到如图所示位置时，
mg
再问：水平位置和竖直位置 棒的角加速度各为多少?
3.3 刚体的重力势能
为IB=20kgm2 。开始时A轮的转速为600r/min，B轮静 止。C为摩擦啮合器。求两轮啮合后的转速；在啮合过 程中，两轮的机械能有何变化？
A
B
A
B
C
C
A
《汽车电子控制技术》电子教案
《汽车电子控制技术》课程教案学院职业技术学院专业汽车维修工程教育教师王忠良河北师范大学职业技术学院机械系第三节燃油喷射电子控制系统的结构原理一、空气流量传感器作用：检测进入汽缸的空气流量。
空气流量传感器将空气流量变为电信号输入ECU，ECU根据空气流量传感信号决定基本喷油量和点火时间。
（一）空气流量传感器分类根据检测进气量的方式不同，空气流量传感器分为D型（即压力型）和L型（即空气流量型）两种类型。
“D”型来源于德文“Druck（压力）”的第一个字母，是利用压力传感器检测进气歧管内的绝对压力，测量方法属于间接测量法。
装备“D”型传感器的系统称为“D”型燃油喷射系统，控制系统利用该绝对压力和发动机转速来计算吸入汽缸的空气量。
“L”型来源于德文“Luftmengen（空气流量）”的第一个字母，是利用流量传感器直接测量吸入进气管的空气流量。
汽车采用的“L”型传感器分为体积流量型（如翼片式、涡流式）传感器和质量流量型（如热丝式和热膜式）传感器。
（二）翼片式空气流量传感器1．翼片式空气流量传感器的结构安装在空气滤清器与节气门之间的进气管路上翼片式空气流量传感器主要由翼片组件和电位计组件两部分组成。
翼片组件和电位计组件是同轴结构，轴端有盘形回位弹簧。
1）翼片组件由计量翼片和缓冲翼片构成。
计量翼片转过的角度取决于空气流速和回位弹簧的预紧力矩，当进气的作用力与弹簧的回转力平衡时，计量翼片便稳定在某一角度。
空气流量传感器进气通道的旁边还有一个旁通气道。
旁通气道的流通截面积可由一个CO调整螺钉进行调整。
汽油泵开关设置在空气流量传感器内，由滑臂控制。
2）电位计组件当翼片带动电位计转动时，电位计上的滑臂便在电阻片上滑动，使输出电阻变化。
3）工作电路与接线插座图2-194）进气温度传感器图2-192．翼片式空气流量传感器的工作原理电阻转变成ECU接收的电压信号的方法有两种（即空气流量信号的选择方法有两种）：方法一：如图所示。
电气控制与PLC应用(电子教案)目录第2章
图2-7 连续运行控制线路
2.2.1 三相笼型电动机直接起动控制
既能点动又能长动控制：
图 2 ∣ 8 长 动 与 点 动 控 制
2.2.2 三相笼型电动机减压起动控制
三相笼型电动机直接起动时，电流一般可达额 定电流的4～7倍，过大的起动电流会减低电动机 的寿命，还会引起电源电压波动，所以对于容量 较大的电动机来说必须采用减压起动的方法，以 限制起动电流。 减压起动虽然可以减小起动电流，但也降低了 起动转矩，因此仅适用于空载或轻载起动。 三相笼型电动机的减压起动方法有定子绕组串 电阻（或电抗器）起动、自耦变压器减压起动、 星-三角形减压起动、延边三角形起动等。
2.1.2 电气原理图
图2-3 电动机正反转横坐ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ图示法电气原理图
2.1.3 电气元件布置图
电气元件布置图主要是用来表明电气设备上所 有电机、电器的实际位置，是机械电气控制设备 制造、安装和维修必不可少的技术文件。布置图 根据设备的复杂程度或集中绘制在一张图上，或 将控制柜与操作台的电器元件布置图分别绘制。 绘制布置图时机械设备轮廓用双点划线画出，所 有可见的和需要表达清楚的电器元件及设备，用 粗实线绘制出其简单的外形轮廓。电器元件及设 备代号必须与有关电路图和清单上的代号一致。
GB6988—1987《电气制图》
GB7159—1987《电气技术中的文字符号制订通则》 规定从1990年1月1日起，电器控制线路中的图形 和文字符号必须符合最新的国家标准。
2.1.1 电器控制线路常用的图形、文字符号
国家标准GB7159—1987《电气技术中的文 字符号制订通则》规定了电气工程图中的文 字符号、它分为基本文字符号和辅助文字符 号。
汽车电子控制技术教案
汽车电子控制技术教案第一章：概述1.1 教学目标了解汽车电子控制技术的发展历程。
理解汽车电子控制技术的基本概念。
掌握汽车电子控制技术的应用范围。
1.2 教学内容汽车电子控制技术的发展历程。
汽车电子控制技术的定义。
汽车电子控制技术的应用领域。
1.3 教学方法讲授法：讲解汽车电子控制技术的发展历程和定义。
案例分析法：分析汽车电子控制技术的应用实例。
1.4 教学评估课堂问答：了解学生对汽车电子控制技术发展历程和定义的掌握情况。
小组讨论：评估学生对汽车电子控制技术应用领域的理解程度。
第二章：发动机电子控制技术2.1 教学目标了解发动机电子控制技术的基本原理。
掌握发动机电子控制技术的主要组成部分。
熟悉发动机电子控制技术的应用实例。
2.2 教学内容发动机电子控制技术的基本原理。
发动机电子控制技术的主要组成部分：点火系统、供油系统、排放控制系统等。
发动机电子控制技术的应用实例：电喷发动机、缸内直喷发动机等。
2.3 教学方法讲授法：讲解发动机电子控制技术的基本原理和主要组成部分。
案例分析法：分析发动机电子控制技术的应用实例。
2.4 教学评估课堂问答：了解学生对发动机电子控制技术基本原理的掌握情况。
小组讨论：评估学生对发动机电子控制技术应用实例的理解程度。
第三章：变速器电子控制技术3.1 教学目标了解变速器电子控制技术的基本原理。
掌握变速器电子控制技术的主要组成部分。
熟悉变速器电子控制技术的应用实例。
3.2 教学内容变速器电子控制技术的基本原理。
变速器电子控制技术的主要组成部分：自动变速器、手动变速器等。
变速器电子控制技术的应用实例：无级变速器、双离合变速器等。
3.3 教学方法讲授法：讲解变速器电子控制技术的基本原理和主要组成部分。
案例分析法：分析变速器电子控制技术的应用实例。
3.4 教学评估课堂问答：了解学生对变速器电子控制技术基本原理的掌握情况。
小组讨论：评估学生对变速器电子控制技术应用实例的理解程度。
第四章：制动系统电子控制技术4.1 教学目标了解制动系统电子控制技术的基本原理。
汽车电子控制技术教案
汽车电子控制技术教案汽车电子控制技术陕西职业技术学院教案系别：财经学院专业：汽车检测与诊断技术年级：2013级课程名称：汽车电子控制技术授课老师：周XX实习时间：2023-2023(2)汽车电子控制技术主编：吴_XXX份有限公司____年8月出版第1章汽车电控基础知识目的任务1.了解汽车电子控制技术的发展过程；2.掌握电子控制系统组成的英文名称；3.掌握电子控制系统的组成；4.掌握电子控制系统的简要工作过程。
重点难点1.电子控制系统的组成；2.电子控制系统的简要工作过程。
教学方法讲授使用教具PPT、教学视频课后作业课后习题课时安排课堂教学时数：2试验教学时数：0讲授时间：____年3月9日星期一____年3月10日星期二第一节汽车电子技术发展简介1、汽车电子技术的发展过程2、汽车电子控制技术应用的优越性第二节汽车电子控制系统的组成及工作原理一、汽车电子控制系统的组成与分类1.发动控制部分电控点火装置、电控汽油喷射、废弃再循环系统、怠速控制2.底盘控制部分电控自动变速器、防抱死制动系统、电子控制动力转向系统、电控悬架、巡航控制系统、安全气囊、雷达防撞系统、驱动防滑系统、制动力分配系统、电子稳定控制系统、安全带控制系统3.车身电控系统前照灯控制系统、转向灯控制系统、自动座椅、全自动空调、电子门锁与防盗系统、音响/音像4.信息系统信息显示与报警系统、语言信息系统、车用导航系统、通信系统2、电子控制单元的功能与组成1.电子控制单元所具备基本功能2.电子控制单元的组成三、电子控制系统的工作过程案例分析：桑塔纳2000型轿车A1.汽车电控系统由哪几部分组成？2.电子控制单元有哪些功能？3.与发动机单独控制相比，集中控制有哪些优点？4.传感器的信号有哪几种类型？拓展知识点：1.发动机电控系统由哪些部分组成？2.哪些汽车是有电控单元的？3.国产奇瑞A3是否有电控单元？本章小结：1.汽车电子控制系统主要由信号输入装置即传感器、电子控制单元、执行器等组成。
PLC技术应用电子教案 绪论
PLC技术应用电子教案绪论第一章：PLC技术概述1.1 PLC的概念解释PLC（可编程逻辑控制器）的定义强调PLC在自动化控制系统中的重要性1.2 PLC的发展历程介绍PLC的起源和发展趋势强调PLC技术的不断进步和创新1.3 PLC的组成部分介绍PLC的主要组成部分，如中央处理单元、输入/输出模块、电源模块等解释各部分的功能和作用第二章：PLC的工作原理2.1 PLC的运行机制解释PLC的工作原理，包括扫描周期、程序执行过程等强调PLC的实时性和可靠性2.2 PLC的编程语言介绍PLC编程语言的种类，如梯形图、指令表、功能块图等解释各种编程语言的特点和应用场景2.3 PLC的编程工具介绍PLC编程工具的使用方法和功能强调编程工具在PLC技术应用中的重要性第三章：PLC的编程方法3.1 梯形图编程介绍梯形图编程的基本规则和注意事项强调梯形图编程在PLC技术中的应用和优势3.2 指令表编程介绍指令表编程的基本规则和注意事项强调指令表编程在PLC技术中的应用和优势3.3 功能块图编程介绍功能块图编程的基本规则和注意事项强调功能块图编程在PLC技术中的应用和优势第四章：PLC的调试与维护4.1 PLC的调试方法介绍PLC调试的基本方法和步骤强调调试在PLC技术应用中的重要性4.2 PLC的维护与保养介绍PLC维护保养的基本内容和注意事项强调维护保养在PLC技术应用中的重要性第五章：PLC技术应用案例分析5.1 PLC在工业自动化中的应用案例分析工业自动化领域中PLC技术的应用实例强调PLC技术在提高生产效率和降低成本中的作用5.2 PLC在机电控制中的应用案例分析机电控制领域中PLC技术的应用实例强调PLC技术在提高设备性能和可靠性中的作用5.3 PLC在其他领域的应用案例分析PLC技术在其他领域的应用实例，如交通运输、环境保护等强调PLC技术的广泛应用和潜力第六章：PLC的通信技术6.1 PLC通信基础介绍PLC通信的基本概念和术语强调PLC通信在自动化系统中的重要性6.2 PLC网络结构与协议介绍PLC网络的结构和常见协议解释各协议的特点和应用场景6.3 PLC的通信编程介绍PLC通信编程的方法和步骤强调通信编程在实现PLC间数据交互中的重要性第七章：PLC在过程控制中的应用7.1 过程控制概述解释过程控制的概念和特点强调PLC在过程控制中的应用优势7.2 PID控制原理介绍PID控制的基本原理和组成部分解释PID控制在过程控制中的重要作用7.3 PLC实现PID控制的方法介绍PLC实现PID控制的方法和步骤强调PLC在过程控制中的灵活性和高效性第八章：PLC在运动控制中的应用8.1 运动控制概述解释运动控制的概念和特点强调PLC在运动控制中的应用优势8.2 步进电机控制介绍步进电机的基本原理和控制方法解释PLC在步进电机控制中的应用和优势8.3 伺服电机控制介绍伺服电机的基本原理和控制方法解释PLC在伺服电机控制中的应用和优势第九章：PLC在安全与监控中的应用9.1 安全控制系统概述解释安全控制系统的概念和重要性强调PLC在安全控制系统中的应用优势9.2 PLC在紧急停止和故障处理中的应用介绍PLC在紧急停止和故障处理中的应用方法强调PLC在提高生产安全和可靠性中的作用9.3 PLC在监控系统中的应用介绍PLC在监控系统中的应用方法和实例强调PLC在实时监控和数据分析中的重要性第十章：PLC技术的发展趋势与展望10.1 PLC技术的发展趋势分析PLC技术的发展趋势，如智能化、网络化等强调PLC技术在不断进步和创新中的重要性10.2 PLC技术的应用前景探讨PLC技术在不同领域的应用前景强调PLC技术在推动工业自动化和智能化发展中的作用10.3 学习PLC技术的建议与指导给出学习PLC技术的建议和指导强调持续学习和实践在掌握PLC技术中的重要性重点和难点解析1. PLC的概念与组成部分重点：PLC的基本定义和功能难点：理解PLC各组成部分的作用及其相互关系2. PLC的工作原理与编程语言重点：PLC的工作原理和编程语言的特点难点：掌握不同编程语言的语法和应用场景3. PLC的编程方法重点：梯形图、指令表、功能块图编程方法难点：编写复杂的PLC程序和调试技巧4. PLC的调试与维护重点：PLC调试的基本方法和步骤难点：诊断和解决PLC系统的故障5. PLC技术应用案例分析重点：分析不同领域中PLC技术的应用实例难点：理解PLC技术在实际应用中的优势和限制6. PLC的通信技术重点：PLC网络结构、协议及其编程难点：设计和实现复杂的PLC通信网络7. PLC在过程控制中的应用重点：PID控制原理及其在过程控制中的应用难点：调节PID参数以优化控制效果8. PLC在运动控制中的应用重点：步进电机和伺服电机的控制方法难点：实现精确的运动控制和路径规划9. PLC在安全与监控中的应用重点：PLC在安全控制和监控系统中的应用难点：设计和实施故障处理和安全监控策略10. PLC技术的发展趋势与展望重点：PLC技术的发展趋势和应用前景难点：适应不断变化的工业自动化需求全文总结和概括：本教案全面覆盖了PLC技术的基础知识、编程方法、应用案例、通信技术、过程与运动控制、安全监控以及发展趋势等关键环节。
《汽车电子控制技术》电子教案
《汽车电子控制技术》课程教案学院职业技术学院专业汽车维修工程教育教师王忠良河北师范大学职业技术学院机械系第三节燃油喷射电子控制系统的结构原理一、空气流量传感器作用：检测进入汽缸的空气流量。
空气流量传感器将空气流量变为电信号输入ECU，ECU根据空气流量传感信号决定基本喷油量和点火时间。
（一）空气流量传感器分类根据检测进气量的方式不同，空气流量传感器分为D型（即压力型）和L型（即空气流量型）两种类型。
“D”型来源于德文“Druck（压力）”的第一个字母，是利用压力传感器检测进气歧管内的绝对压力，测量方法属于间接测量法。
装备“D”型传感器的系统称为“D”型燃油喷射系统，控制系统利用该绝对压力和发动机转速来计算吸入汽缸的空气量。
“L”型来源于德文“Luftmengen（空气流量）”的第一个字母，是利用流量传感器直接测量吸入进气管的空气流量。
汽车采用的“L”型传感器分为体积流量型（如翼片式、涡流式）传感器和质量流量型（如热丝式和热膜式）传感器。
（二）翼片式空气流量传感器1．翼片式空气流量传感器的结构安装在空气滤清器与节气门之间的进气管路上翼片式空气流量传感器主要由翼片组件和电位计组件两部分组成。
翼片组件和电位计组件是同轴结构，轴端有盘形回位弹簧。
1）翼片组件由计量翼片和缓冲翼片构成。
计量翼片转过的角度取决于空气流速和回位弹簧的预紧力矩，当进气的作用力与弹簧的回转力平衡时，计量翼片便稳定在某一角度。
空气流量传感器进气通道的旁边还有一个旁通气道。
旁通气道的流通截面积可由一个CO调整螺钉进行调整。
汽油泵开关设置在空气流量传感器内，由滑臂控制。
2）电位计组件当翼片带动电位计转动时，电位计上的滑臂便在电阻片上滑动，使输出电阻变化。
3）工作电路与接线插座图2-194）进气温度传感器图2-192．翼片式空气流量传感器的工作原理电阻转变成ECU接收的电压信号的方法有两种（即空气流量信号的选择方法有两种）：方法一：如图所示。
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t
卷积定理
L[ f1 (t ) * f 2 (t )] L[ f 2 (t ) * f1 (t )] F1 (s) F2 (s) F2 (s) F1 (s)
15
◆ 应用拉氏变换法解微分方程
▼ 拉氏变换法求解微分方程步骤：
1）对线性微分方程进行拉氏变换； 2）求解代数变换方程； 3）将s域的输出象函数表达式展成部分分式； 4）将部分分式进行拉氏反变换。
21
▼
求图2.3所示的LRC电路的传递函数
图2.3
该电路的微分方程
d 2uo (t ) duo (t ) LC RC uo (t ) ui (t ) 2 dt dt
22
在零初始条件下对上式取拉氏变换
( LCs2 RCs 1)Uo (s) Ui (s)
Uo ( s) 1 G( s) Ui ( s) LCs2 RCs 1
5
◆ 电气系统的数学模型 他们遵循基尔霍夫电
流定律和电压定律：
i 0 u 0
u Ri di uL dt du iC dt
6
电压、电流与元件参
数的关系：
▼
在图2.1所示的电路中，电压ui(t)为输入量， uo(t) 为输出量，列写该装置的微分方程式。
图2.1
设回路电流为i(t)，根据基尔霍夫电流电压定律：
m m 1
b1s b0 ) R( s)
C (s) bm s m bm1s m1 b1s b0 G( s) R(s) an s n an1s n1 a1s a0
该系统的传递函数为：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
C ( s) G( s) R( s)
所以 C ( s) G( s) R( s)
东南大学计算机学院
计算机控制技术
主讲教师： 徐造林
1
第 2 章 自动控制系统分析
2.1 控制系统的数学模型
系统的数学模型：描述系统中各变量间的关系
的数学形式和方法。
静态系统：系统各变量随时间变化缓慢，对时间
的导数可忽略不计，知道了输入量即可确定系统 的输出量及其他变量。
动态系统（动力学系统）：系统中的变量对时间
26
U o ( s) K ( s 2) 如传递函数 G( s) 2 U i ( s) ( s 3)(s 2s 2)
的零点、极点分布情况如下图所示
27
◆ 基本环节及其传递函数
把一个复杂的控制系统分成一个个小部分，称
为环节
▼
放大环节（比例环节）
动态方程是 传递函数为：
i 1 j 1 k 1 n1 l 1 n2
m1
m2
K * ( s zi ) s (s p j )
j 1 i 1 n
系统 零点
系统 极点
上式中每个因子对应着物理上的一个环节。
25
4）理论分析和实验都指出，对于实际的物理元件 和系统而言，输入量与它所引起的响应（输出 量）之间的传递函数，分子多项式的阶次m总 是小于分母多项式的阶次n。 5）传递函数G(s)中，自变量是复变量s，称系统 是复域描述；传递函数G(s)的拉氏反变换，即 为系统的脉冲响应g(t)。 6）令系统传递函数分母等于零所得方程为特征方 程，即D(s)=0；特征方程的根称为特征根；特征 根是传递函数的极点。
式中r(t)是输入信号，c(t)是输出信号，ai和bi是由系统结构 参数决定的系数 。
4
◆ 用解析法列写微分方程的一般步骤
1）根据要求，确定输入量和输出量； 2）根据科学规律，围绕输入量、输出量及有关中间 量，列写原始方程式，构成微分方程组； 3）消除中间变量，整理出只含有输入量和输出量及 其各阶导数的方程； 4）标准化，输出量及其各阶导数放在方程式左边， 输入量及其各阶导数放在方程式右边，各导数项 按阶次由高到低顺序排列。
16
▼ 例，下图所示的RC无源网络动态微分方程为
du c (t ) T uc (t ) ur (t ) dt
其中T=RC
ur(t)
uc(t)
求输入为单位阶跃电压时的拉氏变换和时域的解， 设电容C上的初始电压为u0 = uc(0)。
微分方程的拉氏变换为
TsU c (s) Tuc (0) Uc (s) U r (s)
▼ 连续控制系统数学模型的形式
经典控制理论：微分方程、传递函数和频率特征函
数，还有方框图和信号流图。
现代控制理论：状态空间表达式。
3
2.1.1 控制系统微分方程的建立
◆ 单变量线性定常系数微分方程
dn d n 1 d an n c(t ) an 1 n 1 c(t ) a1 c(t ) a0 c(t ) dt dt dt dm d m 1 d bm m r (t ) bm 1 m 1 r (t ) b1 r (t ) b0 r (t ) dt dt dt
拉氏反变换记为：
f (t ) L [ F (s)]
12
1
◆ 常用的拉氏变换法则
1）线性性质
L[af1 (t ) f 2 (t )] aF (s) F2 (s) 1
2）微分定理
df (t ) L[ ] sF ( s) f (0) dt d 2 f (t ) L[ ] s 2 F ( s) sf (0) f ' (0) 2 dt d n f (t ) n n 1 n2 n 1 L[ ] s F ( s) s f (0) s f ' (0) f (0) n dt
▼
图2.4所示的理想运算放大器组成的电路，其传递 函数为：
Uo ( s) 1 G( s) Ui ( s) RCs
图2.4
23
◆ 关于传递函数的几点说明(传递函数基本性质)
1）传递函数的概念适用于线性定常系统，与线 性常系数微分方程一一对应，传递函数的结构 和各项系数完全取决于系统本身，而与输入信 号的具体形式和大小无关。 2）传递函数不能反映系统或元件的学科属性和 物理性质，学科属性和物理性质截然不同的系 统可能具有完全相同的传递函数。 3）传递函数是复变量s的有理分式，各项系数均 m1 m2 是实数。 K ( k s 1) ( l2 s 2 2 l l s 1)
其中T1=L/R，T2=RC。
8
▼
在图2.2所示的理想运算放大器组成的电路中， 电压ui(t)为输入量， 电压uo(t)为输出量，求它 的微分方程式。
i2
U2(t)=0
U1(t) i1 U2(t)
U1(t)=U2(t)=0
I1=i2
图2.2
根据基尔霍夫电流定律：
ui (t ) duo (t ) C 0 R dt
式中ai和bi是由系统结构决定的实常数。
19
令r(t)和c(t)及其各阶导数的初始条件为零
r ( i ) ( 0) 0 c ( i ) ( 0) 0
取上式拉氏变换
(i 0,1,2,, m 1) (i 0,1,2,, n 1)
(an s n an 1s n 1 a1s a0 )C ( s) (bm s bm1s
C ( s) G( s) R( s ) s (Ti s 1) (T j2 s 2 2 jTl s 1)
i 1 j 1
24
k 1 n1
l 1 n2
C ( s) G( s) R( s )
m
K ( k s 1) ( l2 s 2 2 l l s 1) s (Ti s 1) (T j2 s 2 2 jTl s 1)
RC网络的阶 跃响应曲线
18
2.2 传递函数
经典控制理论研究的主要内容之一是系统输出和输入的 关系，用微分方程求解比较困难； 采用以拉普拉斯变换为基础所得出的传递函数，则把控 制系统的输出和输入的关系表示得简单明了。 ◆ 传递函数的定义 r(t)为输入量，c(t)为输出量的线性定常系统微分方程:
di (t ) L Ri (t ) uo (t ) ui (t ) dt
7
消除中间变量i(t)：
duo (t ) i (t ) C dt 2 d uo (t ) duo (t ) LC RC uo (t ) ui (t ) 2 dt dt
上式可写成
d 2uo (t ) duo (t ) T1T2 T2 uo (t ) ui (t ) 2 dt dt
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3）积分定理
L[ f (t )dt]
4）初值定理 5）终值定理
t 0
[ f (t )dt]t 0 s
s
F ( s) s
lim f (t ) lim sF ( s ) lim f (t ) lim sF ( s )
t s 0
注意：当sF(s)的极点的实部为正或等于零时，
c(t ) Kr (t ) C ( s) G( s) K R( s )
几乎每个控制系统中都有放大环节，如电路中的放大器、 机械系统中的齿轮减速器；绝大部分的测量元件，如电位 器、旋转变压器、光电码器、光栅等。
28
▼
惯性环节
dc (t ) T c(t ) r (t ) dt C ( s) 1 G( s) R( s ) Ts 1
不能应用终值定理。
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6）卷积定理
当t<0时，f1(t)=f2(t)=0，则
f1 (t ) * f 2 (t ) f1 ( ) f 2 (t )d
0
t
卷积运算符合交换律
f 2 (t ) * f1 (t ) f 2 ( ) f1 (t )d