真空座便器的使用说明书
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发布时间：2024-10-17 21:03
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时间：2024-10-17 22:20
（南京市27高级中学 刘海林）
使用教材：江苏教育出版社《技术与设计2》
课时数： 3课时
位置： 技术与设计2第四单元第四节
一、教学目标：1、了解简单的被控对象的基本特性。
2、能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图。
3、形成初步的控制系统设计的方案。
4、能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；学会调试运行，提出改进方案。
二、教学重点：1，针对某一具体控制系统的设计要求，能够确定被控量和控制量并能画出控制系统的方框图。
2，能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置并学会调试运行，提出改进方案。
三、教学难点：被控量和控制量的确定。
四、教学策略：提出一个生活中时常会遇到的问题，在学习和阅读了相关内容后针对这一问题的设计要求进行具体设计并制作成模型，在学生自己设计和制作的过程中达到突破难点，实现教学目标的目的。
五、教学过程：
一、对开环控制系统和闭环控制系统相关知识进行链接。
二、问题的提出：程同学家的住房条件不是太好，卫生间和客厅紧密相连，家里来客人后，使用卫生间厕所马桶时所发出的声音和气味常常使人很尴尬，程同学想如果在马桶内安装一个抽气机，将马桶内的气体直接抽到水箱内的水中，通过水的过滤，消除臭气，由于马桶内的空气流向发生变化，马桶内如厕发出的声音也可得到控制。要实现这个想法，控制部分如何来设计呢？这就需要了解控制系统设计的一般思路。
三、控制系统设计的一般思路：
1，要设计好一个控制系统，需要做到：
1）明确这个系统要达到的目的是什么？
2）所要控制的对象是什么？
3)被控对象有哪些重要特征？被控量和控制量分别是什么？
被控对象的特征往往难以直接得到，通常是通过了解被控对象的输入与输出之间的关系来分析它的基本特性，从而确定控制器的运算方式。
4)外界的主要干扰因素有哪些？
一个控制系统中可能同时存在若干个干扰因素，需要分清主次，找出对系统影响最大的干扰因素。
5)选择怎样的设计方案既能达到目的，又经济、又易于实现。
为达到实现控制的目的，应采用易于实现的控制方式，降低控制成本、减少对环境的负面影响等。
6）如何选择设备和元件。
注意在选择元器件时要优先考虑标准件的使用。
2,在以上问题都确定后：
1）要根据实际设计对控制精度的要求以及条件的可行性来确定是用开环控制系统还是闭环控制系统来实现所要最终达到的目的。
2）画出控制方框流程图。
3）画出必要的设计图纸（控制电路设计或系统结构设计）和实施图纸，撰写设计说明书等。
3，开环控制系统的设计：
在明确设计要求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可按照开环控制系统的设计思路进行设计。
1）阅读书中119页“开环系统的设计”，、从“电吹风控制系统的设计”体会开环控制系统设计的一般过程。
2）请你使用开环控制系统的设计思路，设计“马桶内抽气系统”，画出流程方框图并能够制作出模型来。大家共同讨论你的设计还存在哪些问题。
设计要求：
抽气机能根据不同的档位（如电风扇的风速控制器）改变抽风量的大小。
设计分析；
抽气机控制系统的的被控对象是抽气机装置，被控对象是抽气量的大小，控制量是电机的电压，干扰因素是电源电压的波动。
抽气机控制的工作过程：
抽气机是通过电动机带动真空泵将气体从马桶内抽到水箱之中的。
方案构思：
选择开环控制系统实现抽气机的控制要求。
设定抽气机的挡位就设定了电动机电压，接通电源后，电动机带动真空泵，将马桶内的气体抽到水箱中，输出的就是预设定抽气大小的量。
（输入）
电机，真空泵
抽气的量
（输出）
设定抽气机的档位
（输入）
模型制作
确定了抽气机控制系统的设计方案后，画出必要的电气线路图，选择适当
型号的元件和配件，进行组装和调试。（老师提供相应的配件和原材料，学生现场制作）
请你根据试验结果，提出改进意见。
5，闭环控制系统的设计：
不同的闭环控制系统用于实现不同的控制目的，要求往往也不一样，对于简单的闭环控制系统，有以下几方面的基本要求。
第一、 一个闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。当干扰出现时，输出量可能发生偏移，系统通过动态调整是被控量回到平衡状态，系统的这种调整过程有可能使系统产生震荡，若震荡呈现逐渐衰弱趋势，能很快稳定下来，还属于稳定系统，否则就不是稳定系统。
第二、 控制系统的控制精度必须符合要求，即系统输出量与给定值之差应控制在允许的范围内。
第三、 闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。
再进行闭环控制系统的设计时，几项控制要求之间往往会产生茅盾，需要结合具体问题全面解决或有所侧重的解决。
4，阅读119页“闭环控制系统的设计”， 从找出“抽气机开环控制系统的设计”所存在的问题出发，对其进行闭环控制设计，体会闭环控制系统设计的一般过程。
抽水马桶抽气机的自动控制系统的设计
设计项目：抽水马桶抽气机自动控制系统的设计。
设计要求：1，当有人座到抽水马桶上时，抽气机自动抽气。
2，气压大时抽气量大，气压小时抽气量变小，
3，当人离开马桶时，抽气机自动关闭。
3，控制系统对控制精度和系统的稳定性均没有特别要求。
设计分析：
1，从设计要求来看，这是一个自动控制系统，因此选择闭环控制系统。
2，被控对象是真空泵，被控量是马桶内的气体的压力，控制量是真空泵的排气量。马桶内的气体压力与真空泵的排气量呈线性关系。
主要的干扰因素是马桶外的气体压力。
方案构思：
用检测马桶内的气体压力大小来控制所需抽气量的大小，气压小则抽气量小（说明马桶内的气体已被抽到确定值），反之，则抽气量大，人离开时，抽气机关闭。
抽气机的控制过程：
人坐在马桶上时，电源开关打开，抽气机开始工作，当马桶中的气压变小时，抽气机的抽气量减少直至关闭，当马桶中的气压变大时，抽气机的抽气量变大，人离开后，抽气机关闭。
