工程认识(控制系统认识)教案

1、工程认识（控制制系统认识）教案授课学期：20005-20006度第二二学期授课学时：8小小时工业工程认识教教学部教学题目工程认识课程一一控制系统认认识教学时间8小时性质讲授、讨论、参参观及操作教学目的和要求求1了解自动控控制系统的一一般概念2了解自动控控制系统的基基本组成3了解常用控控制方式及应应用主要内容简介1自动控制系系统: 不需需要人的直接接参与，通过过控制装置代代替人的控制作用，使使被控对象按按照预先确定定的理想规律律运动，以达到控制目标标的要求。2自动控制系系统的基本组组成一般包含含: 控制器器，驱动装置置、执行器及传感器器。3常用控制方方式及应用。(I)机电控制制系统.应用用举例:

2、 如如装配流水线线、包裹翻转转机、升降台台、观光电梯梯等。()液液压控制系统统。应用举例例: 如自卸卸载重汽车、消防防车、联合收收割机等。(3)气压控控制系统.应应用举例: 如气动机器器人等。教学知识点1控制系统的的组成2控制系统的的应用现代化手段多媒体教学控制系统认识教教案第一次课(4学学时)一绪 论 (0.5学学时)1教学内容与与学时分配第一次课绪论 (0.55学时)控制系统介绍 (2学时)控制系统典型应应用及演示 (1.5学学时)第二次课慧鱼机器人组装装及液压综合合实验台操作作 (3.55学时)课后总结及布置置作业 (00.5学时)2课程目的通过讲解观察察及实际动手手操作,可以以在本环节

3、的的学习中,初初步掌握控制制系统的基本本组成,了解解控制方法及及在各个领域域中作用,为为其将来的工工作和学习奠奠定一个良好好的基础.3工程链: 按产品的全全寿命周期有有如下环节研究 设计 制造 运行 管管理 报废废 回收本环节内容处于于运行环节,当当然在设计环节也要要首先考虑.二控制系统介介绍(2学时时) 在现代的的工业农业国防和科学学技术领域中中,自动控制制技术得到了了广泛的应用用,不仅保证证了安全,提提高了劳动生生产率和产品品质量,改善善了劳动条件件,而且在人人类利用自然然探索新能源源,发展空间间技术和改善善人民物质生生活等方面都都起着极为重重要的作用.例如在生产产和生活中的的例子举不胜胜

4、举.在空间技术方面面，导弹能够够正确地命中中目标，人造造卫星能按照预定的轨道运运行并返回地地面，都是不不用人的直接接参与(不用用人来驾驶)，而能能控制其运行行的方向和速速度，使其物物理量按照事事先的规定变变化。 在城市市交通方面，随随着计算机的的应用,采用用按时间控制制的交通管制制系统在我国国各大城市中中已很普遍。但但是由于近几几年来城市运输车辆的增加加，势必要求求提高对交通通的管制，对对等待通行信信号的汽车数数量进行不断断的测量，并并将这种信号号传递到发出出运行信号的控制中心计算算机，由中心心计算机根据据所有道路的的综合情况，发发出最佳的控制信信息，则这种种系统就变成成了更高阶段段的智能交通

5、通自动控制系统. 在日常常生活中，橱橱房中的电冰冰箱是一个典典型的自动控控制系统，它不需要人人的直接参与与(不用人去去频繁地开关关电源)，能能自动控制温度这个物物理量按照指指定温度变化化(通过通断断电源来保持持温度的恒定定). 厕所所中的水箱也也是一个自动动控制系统，不不用人开关阀门，控制水箱箱内的水位就就能按照指定定的规律变化化(通过开关关进水阀门来保持水水位的恒定).从以上例子中，我我们可以看出出它们有共同同的控制规律律构成了控制制系统.1基本概念自动控制自动控制: 是是指在没有人人直接参与的的情况下，利利用外加的设设备或装置(称为控制装装置或控制器器)，使被控控对象的受控控量按照预定定的

6、规律运行行.给定值控制装装置被控对象输出量 自自动控制示意意图自动控制有两种种基本的控制制方法: 开开环控制和闭闭环控制，对对!应与这两种控控制方法的系系统分别为开开环控制系统统和闭环控制制系统。开环控制系统开环控制系统是是指系统的输输出量对控制制作用没有影影响的系统，也也就是说，在在开环控制系系统，既不需需要对输出量量进行测量，也不需要将输出出量反馈到系系统的输入端端与输入量进进行比较.或或者说,控制制装置与被控控对象之间只只有顺向作用用，而没有逆逆向联系。例如，洗衣机就就是开环控制制系统的一个个实例，在洗洗衣机中，浸浸湿、洗涤和和漂清过程都都是按照一种种时间顺序进进行的，洗衣衣机不必对输输

7、出信号，即衣服服的清洁程度度进行测量。控制装置被控对象 给定值值被控量控制装置被控对象开环控制系统闭环控制系统闭环控制系统,是指能对输输出量与参考考输入量进行行比较，并且将它们的偏差差作为控制手手段，以保持持两者之间预预定关系的系系统。在闭环环控制系统中中，控制装置置与被控对象象之间不仅有有顺向作用，而而还有逆向联联系。作为输输入信号与反反馈信号之间间的误差信号号被传送到控制装装置，以便减减小误差，并并且使系统的的输出达到期期望值。 被控对象控制装置给定值被控量量被控对象控制装置测量装置测量装置 闭环控制系统 常用术语自动控制系统:不需要人的的直接参与，通通过控制装置置代替人的控控制作用，使被

8、控控对象按照预预先确定的理理想规律运动动或变化，以以达到控制目标的要要求。系统:由一些相相互联系和相相互制约的环环节组成并具具有特定功能能的整体。系系统有人们预预定的输入量量和输出量。控制装置:是指指对被控对象象起控制作用用的设备总体体。可以取代代人的一部分工作。被控对象:是指指要求实现自自动控制的机机器、设备或或生产过程。 那么在控制系系统中，怎样样实现信息变变换和传递呢呢?2控制系统的的组成(典型型控制系统一一工业机器人人演示)从上述各种控制制系统的示例例中可以看到到，尽管控制制系统由不同同的元件组成成，系统的功功能也不一样样，但相同的的工作原理决决定了它们必必然具有类似似的组成结构构。执

9、行机构控制装置驱动装置给定值被控量量执行机构控制装置驱动装置传感器传感器 控制系统流程图图看完演示后我们们看看如何用用控制系统流流程图来解释释货物搬运机器人的工作作过程。首先先，我们向控控制装置输入入要搬运货物物的给定值(大小、重量量等)，然后后控制装置按照照预先编好的的程序通过驱驱动装置让执行机构(机机械手)到指指定位置搬运运货物。那么么机械手是如如何知道什么么时候到达指指定位置?什什么时候知道道夹紧货物或或卸下货物呢呢?就是通过过传感器为控制装置提供供反馈信息，来来确认机械手手的具体位置置及工作状态态。我们刚才了解了了典型控制系系统应用的一一个完整工作作流程，下面面让我们再来来了解一下其其

10、各个组成部部分.(I)输入信息息:根据每次次工作任务的的要求输入相相应数据。例如:对于搬运运货物机器人人每次搬运货货物的大小输输入相应数据据.(2)控制装置置: 这部分分将来自各传传感器的检测测信息和外部部输入命令进进行集中、存存储、分析、加加工，根据信信息处理结果果，按照一定定的程序和节节奏发出相应应的指令，控控制整个系统统有目的地运运行。其在控控制系统中的的作用就好比比人的大脑.(3)驱动装置置: 在控制制信息作用下下提供动力，驱驱动各种执行行机构完成各种动作和和功能。其中中的驱动部分分又分为液压压驱动、气动动驱动及电动动驱动三部分分。例如:搬运货物物机器人用的的是电动驱动动。要点: 低速

11、速重负载时可可选用液压驱驱动 中等负载载时可选用电电动驱动轻负载、高速时时可选用气动动驱动通过以上的例子子大家可以发发现种驱动方方式的特点。液压驱动: 承承重能力最大大，速度最慢慢。气动驱动: 承承重能力最小小，速度最快快。电动驱动: 承承重能力介于于液压及气动动驱动之间。(4)执行机构构: 根据控控制信息和指指令，完成要要求的动作。例如:搬运货物物机器人的机机械手。(5)传感器:检测中首先先感受被测量量，并将它转转换成与被测测量有确定关系的电量量的器件叫传传感器，它是是检测和控制制系统中最关关键的部分.其在控控制系统中的的作用相当于于人的五官.由于控制系统中中有各种不同同的物理量(如位移、压

12、压力、速度等)需要控制和和监测，而计计算机系统又又只能识别电电量，因此能能把各种不同同的非电量转转换成电量的的传感器便成成为控制系统统中不可缺少少的组成部分分。传感器是是控制系统中中直接作用于于被测量的器器件，通过它它将被测量变变换成与其有有确定对应关关系的电量.传感元件敏感元件 被测非电量电量传感元件敏感元件辅助电源辅助电源 传感器的组组成方框图传感器的分类很很多，在本环环节应用的有有: 限位开开关 行程开关 控制按钮 压力传感器器 电感式接近近开关 单向光传感感器 反射光传感感器3 控制系统统的应用通过上面的学习习我们了解了了控制系统的的组成.那么么有了控制系统之后人类的的生活会有那那些改

13、变呢?关于这个问问题我们就看看看控制系统统的应用。例如: 在没有有自动化流水水线之前，凭凭手工生产一一辆汽车大概概要l周左右的时间，而而采用先进自自动化生产线线生产一辆汽汽车只需要几几分钟的时间。 除了汽车生产产线，控制技技术在生活中中也有很多的的应用。如刚刚上课时提到到的电冰箱、水水箱，还有电电梯、各种自自动化工业平平台以及机器人等等。下下面给大家介介绍下教室内内的各种演示示模型的功能能及工作过程。工业模型装配流水线: 该模型模拟拟了一个自动动化装配流水水线的生产过过程。(2) 自动升升降台:该模模型模拟了在在包装流水线线中一个间断断工作的升降台供料系统统。(3) 包裹翻翻转机:该模模型模拟

14、了一一个用于自动动翻转包裹的的处理装置一一一包裹翻转转机的工作原原理。在邮政政系统内，包包裹翻转机将将待处理包裹的标识识面(包裹单单)全部翻转转至统一方向向，以便于对对包裹进行自自动分检。(4)三自由度度机械手: 把货物从AA位置搬运到到B位置.液压综合实验台台: 该实验验台模拟了一一个液压控制制装置的工作作过程.三、控制系统典典型应用模型型的演示及操操作(1.55学时)1以课件介绍绍工业模型正正确操作方法法.2布置思考问问题: (11)每个模型型如何实现自自动控制？ (2)模模型中采用哪哪些驱动方式式?3对学生分组组(两组):第一组学生生首先观看工工业模型. 第二二组学生观看看液压综合实实验

15、台，然后后对 换。4师生互动，解解答以上问题题解答思考问题:(1)每每个模型如何何实现自动控控制?装配流水线: 按动左侧第第一按钮，传传送带开始工工作，位于接接收台上的红红色指示灯开开始闪烁，预预装产品被运运至1#工作作台时自动停停止，黄色指示灯灯发光，表示示装配正在进进行，灯灭表表示本工位装装配结束，产品送回回传送带送至至下一个工位位。升降台: 首先先，满载的货货拒通过重力力传送带到扶扶可动的屐带带传华柜送带带上，接着，履履带传送带上上升至上部终终端位置，与与固定位置传送带水平，此此时，两个传传送带同时向向前转动，把把货柜送到预预定位置并停留一定定时间用以卸卸货;随后，两两个传送带同同时向后

16、转动动，空货拒到达可动动传送带上后后，并下降至至下部终端，传传送带再次向向前转动将空货柜柜送至指定地地点。观光电梯: 通通过按动楼面面按钮或轿箱箱内楼层按钮钮，电梯将按按照控制指令进行运动动，到达指定定楼层后，该该楼层限位开开关向PLCC发出信号，电电梯停止并自自动打开轿箱箱门，延时时时间一到，自自动关闭轿箱箱门，执行下下一个指令。在在联动控制方方式下，两部部电梯会识别别并判断那部部电梯轿箱距距离目的楼层层近，然后，发发出指令该部部电梯开始工工作;如果两两个轿箱距目目的楼层的距距离相同.则则让 1#(左侧)电梯梯工作。模型中采用哪些些驱动方式: 电动驱动动、液压驱动动5前4学时教教学小结: 通

17、过今天的的学习，我们们对控制系统统有了一定地了解，并并且学会了观观察，培养了了动手动脑的的能力，对今今后学习和工作的帮帮助是非常大大的。6布置作业(1)总结课上上所学内容，查查阅控制系统统资料补充及及丰富课上内内容。(2)(选做)通过观察普普通车床模型型，结合课上上所学内容对对其进行合理理改造。把其其改造成数控控车床。(只只需拿出设计计方案即可，最最好配结构图图。)第二次课(4学学时)四、慧鱼机器人人组装及液压压综合实验台台操作(3. 5学时)1 机器人是是控制系统的的典型应用，机机器人是我校校强项。我校校有一名院士研究水水下机器人，我我校学生对机机器人的热情情也很高，有有很多学生参加各各种机

18、器人比比赛并取得了了不错的成绩绩。今天就让让大家实际从零开始始组装机器人人，通过组装装机器人来对对控制系统有有个更深层次的了解解同时激发你你们的学习兴兴趣。2 慧鱼机器器人组装2. 1机器人人分组:实验验机器人第十十五种电磁铁铁搬运机 工业机机器人第一种种自动搬运机机 移动机机器人车类第第三种自动避避障机器人气动机器人最后后一种自动冲冲压中心2. 2注意事事项: 实验验机器人E55一Ea EEx，EY不不联接 气动机机器人气泵图图在第6页 移动机机器人Powwer onn reseet红色导线线盒不联 接口电电路板不可带带电插拔数据据线2. 3查件(发现缺件损损坏件及时上上报老师)2. 4机器人人主体组装(吝组同学要要注意团队合合作，要做之之前统筹安排).2.5连接电路路板2.6通过电脑脑对机器人进进行调试2.7调试成功功后，拆件2.8写工具箱箱使用情况表表注:机器人调试试成功后，各各个组的同学学要共同研究究所做机器人人是如何实现自动控控制的。如时时间及能力允允许，可对所所做机器人做做适当改进和创新。3.液压平台操操作3. 1操作液液压综合实验验台3. 1.1了了解实验台所所拼接的回路路3.1