工程認識(控制系統(tǒng)認識)教案

1、工程認識（控制制系統(tǒng)認識）教案授課學(xué)期：20005-20006度第二二學(xué)期授課學(xué)時：8小小時工業(yè)工程認識教教學(xué)部教學(xué)題目工程認識課程一一控制系統(tǒng)認認識教學(xué)時間8小時性質(zhì)講授、討論、參參觀及操作教學(xué)目的和要求求1了解自動控控制系統(tǒng)的一一般概念2了解自動控控制系統(tǒng)的基基本組成3了解常用控控制方式及應(yīng)應(yīng)用主要內(nèi)容簡介1自動控制系系統(tǒng): 不需需要人的直接接參與，通過過控制裝置代代替人的控制作用，使使被控對象按按照預(yù)先確定定的理想規(guī)律律運動，以達到控制目標標的要求。2自動控制系系統(tǒng)的基本組組成一般包含含: 控制器器，驅(qū)動裝置置、執(zhí)行器及傳感器器。3常用控制方方式及應(yīng)用。(I)機電控制制系統(tǒng).應(yīng)用用舉例:

2、 如如裝配流水線線、包裹翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)機、升降臺臺、觀光電梯梯等。()液液壓控制系統(tǒng)統(tǒng)。應(yīng)用舉例例: 如自卸卸載重汽車、消防防車、聯(lián)合收收割機等。(3)氣壓控控制系統(tǒng).應(yīng)應(yīng)用舉例: 如氣動機器器人等。教學(xué)知識點1控制系統(tǒng)的的組成2控制系統(tǒng)的的應(yīng)用現(xiàn)代化手段多媒體教學(xué)控制系統(tǒng)認識教教案第一次課(4學(xué)學(xué)時)一緒 論 (0.5學(xué)學(xué)時)1教學(xué)內(nèi)容與與學(xué)時分配第一次課緒論 (0.55學(xué)時)控制系統(tǒng)介紹 (2學(xué)時)控制系統(tǒng)典型應(yīng)應(yīng)用及演示 (1.5學(xué)學(xué)時)第二次課慧魚機器人組裝裝及液壓綜合合實驗臺操作作 (3.55學(xué)時)課后總結(jié)及布置置作業(yè) (00.5學(xué)時)2課程目的通過講解觀察察及實際動手手操作,可以以在本環(huán)節(jié)

3、的的學(xué)習(xí)中,初初步掌握控制制系統(tǒng)的基本本組成,了解解控制方法及及在各個領(lǐng)域域中作用,為為其將來的工工作和學(xué)習(xí)奠奠定一個良好好的基礎(chǔ).3工程鏈: 按產(chǎn)品的全全壽命周期有有如下環(huán)節(jié)研究 設(shè)計 制造 運行 管管理 報廢廢 回收本環(huán)節(jié)內(nèi)容處于于運行環(huán)節(jié),當當然在設(shè)計環(huán)節(jié)也要要首先考慮.二控制系統(tǒng)介介紹(2學(xué)時時) 在現(xiàn)代的的工業(yè)農(nóng)業(yè)國防和科學(xué)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中中,自動控制制技術(shù)得到了了廣泛的應(yīng)用用,不僅保證證了安全,提提高了勞動生生產(chǎn)率和產(chǎn)品品質(zhì)量,改善善了勞動條件件,而且在人人類利用自然然探索新能源源,發(fā)展空間間技術(shù)和改善善人民物質(zhì)生生活等方面都都起著極為重重要的作用.例如在生產(chǎn)產(chǎn)和生活中的的例子舉不勝勝

4、舉.在空間技術(shù)方面面，導(dǎo)彈能夠夠正確地命中中目標，人造造衛(wèi)星能按照預(yù)定的軌道運運行并返回地地面，都是不不用人的直接接參與(不用用人來駕駛)，而能能控制其運行行的方向和速速度，使其物物理量按照事事先的規(guī)定變變化。 在城市市交通方面，隨隨著計算機的的應(yīng)用,采用用按時間控制制的交通管制制系統(tǒng)在我國國各大城市中中已很普遍。但但是由于近幾幾年來城市運輸車輛的增加加，勢必要求求提高對交通通的管制，對對等待通行信信號的汽車數(shù)數(shù)量進行不斷斷的測量，并并將這種信號號傳遞到發(fā)出出運行信號的控制中心計算算機，由中心心計算機根據(jù)據(jù)所有道路的的綜合情況，發(fā)發(fā)出最佳的控制信信息，則這種種系統(tǒng)就變成成了更高階段段的智能交通

5、通自動控制系統(tǒng). 在日常常生活中，櫥櫥房中的電冰冰箱是一個典典型的自動控控制系統(tǒng)，它不需要人人的直接參與與(不用人去去頻繁地開關(guān)關(guān)電源)，能能自動控制溫度這個物物理量按照指指定溫度變化化(通過通斷斷電源來保持持溫度的恒定定). 廁所所中的水箱也也是一個自動動控制系統(tǒng)，不不用人開關(guān)閥門，控制水箱箱內(nèi)的水位就就能按照指定定的規(guī)律變化化(通過開關(guān)關(guān)進水閥門來保持水水位的恒定).從以上例子中，我我們可以看出出它們有共同同的控制規(guī)律律構(gòu)成了控制制系統(tǒng).1基本概念自動控制自動控制: 是是指在沒有人人直接參與的的情況下，利利用外加的設(shè)設(shè)備或裝置(稱為控制裝裝置或控制器器)，使被控控對象的受控控量按照預(yù)定定的

6、規(guī)律運行行.給定值控制裝裝置被控對象輸出量 自自動控制示意意圖自動控制有兩種種基本的控制制方法: 開開環(huán)控制和閉閉環(huán)控制，對對!應(yīng)與這兩種控控制方法的系系統(tǒng)分別為開開環(huán)控制系統(tǒng)統(tǒng)和閉環(huán)控制制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)是是指系統(tǒng)的輸輸出量對控制制作用沒有影影響的系統(tǒng)，也也就是說，在在開環(huán)控制系系統(tǒng)，既不需需要對輸出量量進行測量，也不需要將輸出出量反饋到系系統(tǒng)的輸入端端與輸入量進進行比較.或或者說,控制制裝置與被控控對象之間只只有順向作用用，而沒有逆逆向聯(lián)系。例如，洗衣機就就是開環(huán)控制制系統(tǒng)的一個個實例，在洗洗衣機中，浸浸濕、洗滌和和漂清過程都都是按照一種種時間順序進進行的，洗衣衣機不必對輸輸

7、出信號，即衣服服的清潔程度度進行測量?？刂蒲b置被控對象 給定值值被控量控制裝置被控對象開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng),是指能對輸輸出量與參考考輸入量進行行比較，并且將它們的偏差差作為控制手手段，以保持持兩者之間預(yù)預(yù)定關(guān)系的系系統(tǒng)。在閉環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)中中，控制裝置置與被控對象象之間不僅有有順向作用，而而還有逆向聯(lián)聯(lián)系。作為輸輸入信號與反反饋信號之間間的誤差信號號被傳送到控制裝裝置，以便減減小誤差，并并且使系統(tǒng)的的輸出達到期期望值。 被控對象控制裝置給定值被控量量被控對象控制裝置測量裝置測量裝置 閉環(huán)控制系統(tǒng) 常用術(shù)語自動控制系統(tǒng):不需要人的的直接參與，通通過控制裝置置代替人的控控制作用，使被

8、控控對象按照預(yù)預(yù)先確定的理理想規(guī)律運動動或變化，以以達到控制目標的要要求。系統(tǒng):由一些相相互聯(lián)系和相相互制約的環(huán)環(huán)節(jié)組成并具具有特定功能能的整體。系系統(tǒng)有人們預(yù)預(yù)定的輸入量量和輸出量?？刂蒲b置:是指指對被控對象象起控制作用用的設(shè)備總體體。可以取代代人的一部分工作。被控對象:是指指要求實現(xiàn)自自動控制的機機器、設(shè)備或或生產(chǎn)過程。 那么在控制系系統(tǒng)中，怎樣樣實現(xiàn)信息變變換和傳遞呢呢?2控制系統(tǒng)的的組成(典型型控制系統(tǒng)一一工業(yè)機器人人演示)從上述各種控制制系統(tǒng)的示例例中可以看到到，盡管控制制系統(tǒng)由不同同的元件組成成，系統(tǒng)的功功能也不一樣樣，但相同的的工作原理決決定了它們必必然具有類似似的組成結(jié)構(gòu)構(gòu)。執(zhí)

9、行機構(gòu)控制裝置驅(qū)動裝置給定值被控量量執(zhí)行機構(gòu)控制裝置驅(qū)動裝置傳感器傳感器 控制系統(tǒng)流程圖圖看完演示后我們們看看如何用用控制系統(tǒng)流流程圖來解釋釋貨物搬運機器人的工作作過程。首先先，我們向控控制裝置輸入入要搬運貨物物的給定值(大小、重量量等)，然后后控制裝置按照照預(yù)先編好的的程序通過驅(qū)驅(qū)動裝置讓執(zhí)行機構(gòu)(機機械手)到指指定位置搬運運貨物。那么么機械手是如如何知道什么么時候到達指指定位置?什什么時候知道道夾緊貨物或或卸下貨物呢呢?就是通過過傳感器為控制裝置提供供反饋信息，來來確認機械手手的具體位置置及工作狀態(tài)態(tài)。我們剛才了解了了典型控制系系統(tǒng)應(yīng)用的一一個完整工作作流程，下面面讓我們再來來了解一下其其

10、各個組成部部分.(I)輸入信息息:根據(jù)每次次工作任務(wù)的的要求輸入相相應(yīng)數(shù)據(jù)。例如:對于搬運運貨物機器人人每次搬運貨貨物的大小輸輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)據(jù).(2)控制裝置置: 這部分分將來自各傳傳感器的檢測測信息和外部部輸入命令進進行集中、存存儲、分析、加加工，根據(jù)信信息處理結(jié)果果，按照一定定的程序和節(jié)節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)應(yīng)的指令，控控制整個系統(tǒng)統(tǒng)有目的地運運行。其在控控制系統(tǒng)中的的作用就好比比人的大腦.(3)驅(qū)動裝置置: 在控制制信息作用下下提供動力，驅(qū)驅(qū)動各種執(zhí)行行機構(gòu)完成各種動作和和功能。其中中的驅(qū)動部分分又分為液壓壓驅(qū)動、氣動動驅(qū)動及電動動驅(qū)動三部分分。例如:搬運貨物物機器人用的的是電動驅(qū)動動。要點: 低速

11、速重負載時可可選用液壓驅(qū)驅(qū)動 中等負載載時可選用電電動驅(qū)動輕負載、高速時時可選用氣動動驅(qū)動通過以上的例子子大家可以發(fā)發(fā)現(xiàn)種驅(qū)動方方式的特點。液壓驅(qū)動: 承承重能力最大大，速度最慢慢。氣動驅(qū)動: 承承重能力最小小，速度最快快。電動驅(qū)動: 承承重能力介于于液壓及氣動動驅(qū)動之間。(4)執(zhí)行機構(gòu)構(gòu): 根據(jù)控控制信息和指指令，完成要要求的動作。例如:搬運貨物物機器人的機機械手。(5)傳感器:檢測中首先先感受被測量量，并將它轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成與被測測量有確定關(guān)系的電量量的器件叫傳傳感器，它是是檢測和控制制系統(tǒng)中最關(guān)關(guān)鍵的部分.其在控控制系統(tǒng)中的的作用相當于于人的五官.由于控制系統(tǒng)中中有各種不同同的物理量(如位移、壓

12、壓力、速度等)需要控制和和監(jiān)測，而計計算機系統(tǒng)又又只能識別電電量，因此能能把各種不同同的非電量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電量的的傳感器便成成為控制系統(tǒng)統(tǒng)中不可缺少少的組成部分分。傳感器是是控制系統(tǒng)中中直接作用于于被測量的器器件，通過它它將被測量變變換成與其有有確定對應(yīng)關(guān)關(guān)系的電量.傳感元件敏感元件 被測非電量電量傳感元件敏感元件輔助電源輔助電源 傳感器的組組成方框圖傳感器的分類很很多，在本環(huán)環(huán)節(jié)應(yīng)用的有有: 限位開開關(guān) 行程開關(guān) 控制按鈕 壓力傳感器器 電感式接近近開關(guān) 單向光傳感感器 反射光傳感感器3 控制系統(tǒng)統(tǒng)的應(yīng)用通過上面的學(xué)習(xí)習(xí)我們了解了了控制系統(tǒng)的的組成.那么么有了控制系統(tǒng)之后人類的的生活會有那那些改

13、變呢?關(guān)于這個問問題我們就看看看控制系統(tǒng)統(tǒng)的應(yīng)用。例如: 在沒有有自動化流水水線之前，憑憑手工生產(chǎn)一一輛汽車大概概要l周左右的時間，而而采用先進自自動化生產(chǎn)線線生產(chǎn)一輛汽汽車只需要幾幾分鐘的時間。 除了汽車生產(chǎn)產(chǎn)線，控制技技術(shù)在生活中中也有很多的的應(yīng)用。如剛剛上課時提到到的電冰箱、水水箱，還有電電梯、各種自自動化工業(yè)平平臺以及機器人等等。下下面給大家介介紹下教室內(nèi)內(nèi)的各種演示示模型的功能能及工作過程。工業(yè)模型裝配流水線: 該模型模擬擬了一個自動動化裝配流水水線的生產(chǎn)過過程。(2) 自動升升降臺:該模模型模擬了在在包裝流水線線中一個間斷斷工作的升降臺供料系統(tǒng)統(tǒng)。(3) 包裹翻翻轉(zhuǎn)機:該模模型模擬

14、了一一個用于自動動翻轉(zhuǎn)包裹的的處理裝置一一一包裹翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)機的工作原原理。在郵政政系統(tǒng)內(nèi)，包包裹翻轉(zhuǎn)機將將待處理包裹的標識識面(包裹單單)全部翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)至統(tǒng)一方向向，以便于對對包裹進行自自動分檢。(4)三自由度度機械手: 把貨物從AA位置搬運到到B位置.液壓綜合實驗臺臺: 該實驗驗臺模擬了一一個液壓控制制裝置的工作作過程.三、控制系統(tǒng)典典型應(yīng)用模型型的演示及操操作(1.55學(xué)時)1以課件介紹紹工業(yè)模型正正確操作方法法.2布置思考問問題: (11)每個模型型如何實現(xiàn)自自動控制？ (2)模模型中采用哪哪些驅(qū)動方式式?3對學(xué)生分組組(兩組):第一組學(xué)生生首先觀看工工業(yè)模型. 第二二組學(xué)生觀看看液壓綜合實實驗

15、臺，然后后對 換。4師生互動，解解答以上問題題解答思考問題:(1)每每個模型如何何實現(xiàn)自動控控制?裝配流水線: 按動左側(cè)第第一按鈕，傳傳送帶開始工工作，位于接接收臺上的紅紅色指示燈開開始閃爍，預(yù)預(yù)裝產(chǎn)品被運運至1#工作作臺時自動停停止，黃色指示燈燈發(fā)光，表示示裝配正在進進行，燈滅表表示本工位裝裝配結(jié)束，產(chǎn)品送回回傳送帶送至至下一個工位位。升降臺: 首先先，滿載的貨貨拒通過重力力傳送帶到扶扶可動的屐帶帶傳華柜送帶帶上，接著，履履帶傳送帶上上升至上部終終端位置，與與固定位置傳送帶水平，此此時，兩個傳傳送帶同時向向前轉(zhuǎn)動，把把貨柜送到預(yù)預(yù)定位置并停留一定定時間用以卸卸貨;隨后，兩兩個傳送帶同同時向后

16、轉(zhuǎn)動動，空貨拒到達可動動傳送帶上后后，并下降至至下部終端，傳傳送帶再次向向前轉(zhuǎn)動將空貨柜柜送至指定地地點。觀光電梯: 通通過按動樓面面按鈕或轎箱箱內(nèi)樓層按鈕鈕，電梯將按按照控制指令進行運動動，到達指定定樓層后，該該樓層限位開開關(guān)向PLCC發(fā)出信號，電電梯停止并自自動打開轎箱箱門，延時時時間一到，自自動關(guān)閉轎箱箱門，執(zhí)行下下一個指令。在在聯(lián)動控制方方式下，兩部部電梯會識別別并判斷那部部電梯轎箱距距離目的樓層層近，然后，發(fā)發(fā)出指令該部部電梯開始工工作;如果兩兩個轎箱距目目的樓層的距距離相同.則則讓 1#(左側(cè))電梯梯工作。模型中采用哪些些驅(qū)動方式: 電動驅(qū)動動、液壓驅(qū)動動5前4學(xué)時教教學(xué)小結(jié): 通

17、過今天的的學(xué)習(xí)，我們們對控制系統(tǒng)統(tǒng)有了一定地了解，并并且學(xué)會了觀觀察，培養(yǎng)了了動手動腦的的能力，對今今后學(xué)習(xí)和工作的幫幫助是非常大大的。6布置作業(yè)(1)總結(jié)課上上所學(xué)內(nèi)容，查查閱控制系統(tǒng)統(tǒng)資料補充及及豐富課上內(nèi)內(nèi)容。(2)(選做)通過觀察普普通車床模型型，結(jié)合課上上所學(xué)內(nèi)容對對其進行合理理改造。把其其改造成數(shù)控控車床。(只只需拿出設(shè)計計方案即可，最最好配結(jié)構(gòu)圖圖。)第二次課(4學(xué)學(xué)時)四、慧魚機器人人組裝及液壓壓綜合實驗臺臺操作(3. 5學(xué)時)1 機器人是是控制系統(tǒng)的的典型應(yīng)用，機機器人是我校校強項。我校校有一名院士研究水水下機器人，我我校學(xué)生對機機器人的熱情情也很高，有有很多學(xué)生參加各各種機

18、器人比比賽并取得了了不錯的成績績。今天就讓讓大家實際從零開始始組裝機器人人，通過組裝裝機器人來對對控制系統(tǒng)有有個更深層次的了解解同時激發(fā)你你們的學(xué)習(xí)興興趣。2 慧魚機器器人組裝2. 1機器人人分組:實驗驗機器人第十十五種電磁鐵鐵搬運機 工業(yè)機機器人第一種種自動搬運機機 移動機機器人車類第第三種自動避避障機器人氣動機器人最后后一種自動沖沖壓中心2. 2注意事事項: 實驗驗機器人E55一Ea EEx，EY不不聯(lián)接 氣動機機器人氣泵圖圖在第6頁 移動機機器人Powwer onn reseet紅色導(dǎo)線線盒不聯(lián) 接口電電路板不可帶帶電插拔數(shù)據(jù)據(jù)線2. 3查件(發(fā)現(xiàn)缺件損損壞件及時上上報老師)2. 4機器人人主體組裝(吝組同學(xué)要要注意團隊合合作，要做之之前統(tǒng)籌安排).2.5連接電路路板2.6通過電腦腦對機器人進進行調(diào)試2.7調(diào)試成功功后，拆件2.8寫工具箱箱使用情況表表注:機器人調(diào)試試成功后，各各個組的同學(xué)學(xué)要共同研究究所做機器人人是如何實現(xiàn)自動控控制的。如時時間及能力允允許，可對所所做機器人做做適當改進和創(chuàng)新。3.液壓平臺操操作3. 1操作液液壓綜合實驗驗臺3. 1.1了了解實驗臺所所拼接的回路路3.1