1、自動控制基本概念信息化教學(xué)設(shè)計案例設(shè)計者陶運道姓名陶運道電子信箱taoyundao電話區(qū)縣安慶市學(xué)校名稱安徽化工學(xué)校日期案例摘要教學(xué)題目自動控制概念所屬學(xué)科自動控制學(xué)時安排2 學(xué)時年級所選教材化工儀表及自動化第四版編者：厲玉鳴化學(xué)工業(yè)出版社一、學(xué)習(xí)目標(biāo)與任務(wù)1學(xué)習(xí)目標(biāo)描述（知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀）知識與技能（ 1 ）知識目標(biāo)基礎(chǔ)目標(biāo) : （是要求學(xué)生必須掌握的 ）掌握自動控制系統(tǒng)概念及組成提高目標(biāo) : （有能力的同學(xué)掌握的）利用自動控制概念解釋有關(guān)控制系統(tǒng)工作原理（2）能力目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)的能力培養(yǎng)學(xué)生的想象力、理解力初步培養(yǎng)學(xué)生關(guān)于自動控制基本概念過程與方法利

2、用網(wǎng)站輔助作用，在學(xué)生自主、合作學(xué)習(xí)上結(jié)合教師的指導(dǎo)幫助，順利的完成任務(wù)。情感態(tài)度與價值觀通過實訓(xùn)過程欣賞自動控制技術(shù)的優(yōu)點：通過學(xué)習(xí)自動控制概念提高學(xué)生對自動控制系統(tǒng)認(rèn)識；通過自動控制系統(tǒng)實訓(xùn)， 培養(yǎng)學(xué)生操作水平， 掌握自動控制組成， 進一步理解自動控制概念，把自動控制概念與實際控制系統(tǒng)有機結(jié)合起來；在學(xué)習(xí)過程中力求加強學(xué)生與他人合作的意識和進行終身學(xué)習(xí)的意識。2學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)任務(wù)說明（學(xué)習(xí)內(nèi)容的選擇、學(xué)習(xí)形式的確定、學(xué)習(xí)結(jié)果的描述、學(xué)習(xí)重點及難點的分析）學(xué)習(xí)內(nèi)容（1）學(xué)習(xí)重點自動控制系統(tǒng)組成及自動控制基本原理（ 2）學(xué)習(xí)難點能夠活用自動控制原理，解釋自動控制作用學(xué)習(xí)要求（1）明確本課的學(xué)習(xí)

3、目標(biāo)（2）聯(lián)系所學(xué)知識和技能，掌握自動控制系統(tǒng)組成及自動控制基本原理3問題設(shè)計（能激發(fā)學(xué)生在教學(xué)活動中思考所學(xué)內(nèi)容的問題）自動控制系統(tǒng)好處不言而喻，我們生活中遇到那些系統(tǒng)是自動控制的，今天同學(xué)們想一想，找一找。二、學(xué)習(xí)者特征分析（說明學(xué)生的學(xué)習(xí)特點、學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)交往特點等）學(xué)習(xí)特點1. 學(xué)習(xí)中使用形象化符號進行學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)對象為中職學(xué)生，由于物理知識貧乏，數(shù)學(xué)知識短板，在版書、課件、網(wǎng)頁中大量使用圖片或動畫來展示基本概念。2利用實訓(xùn)設(shè)備驅(qū)動學(xué)習(xí)利用學(xué)生好奇心，開展實訓(xùn)教學(xué)以提高學(xué)習(xí)積極性。學(xué)習(xí)習(xí)慣中職學(xué)生知識面不寬，具備一定的發(fā)散思維能力和較強的交流能力，為開展協(xié)作性學(xué)習(xí)提供了必要條件；學(xué)生有一

4、定實際操作的愿望，為實訓(xùn)教學(xué)提供可能。三、學(xué)習(xí)環(huán)境選擇與學(xué)習(xí)資源設(shè)計1學(xué)習(xí)環(huán)境選擇（打）（1）WEB 教室（2）局域網(wǎng) （ 3）城域網(wǎng)（4）校園網(wǎng)（5）因特網(wǎng)（ 6）其他2學(xué)習(xí)資源類型（打）（1）課件（2）設(shè)備 （ 3）專題學(xué)習(xí)網(wǎng)站 （4）多媒體資源庫（5）案例庫（ 6）題庫 （7）網(wǎng)絡(luò)課程（8）其他3學(xué)習(xí)資源內(nèi)容簡要說明（說明名稱、網(wǎng)址、主要內(nèi)容）教師開放專題網(wǎng)站：自動控制系統(tǒng)有關(guān)有關(guān)理論及練習(xí)四、學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)1學(xué)習(xí)情境類型（打）（1）實訓(xùn)情境 （2 ）問題性情境（3）虛擬情境（4 ）其他2學(xué)習(xí)情境設(shè)計問題情境：利用 CS2000 設(shè)備，學(xué)生進行實操，分別進行液位人工控制和自動控制。在實訓(xùn)基

5、礎(chǔ)上學(xué)習(xí)有關(guān)自動控制系統(tǒng)有關(guān)概念。五、學(xué)習(xí)活動組織1自主學(xué)習(xí)設(shè)計（打，并填寫相關(guān)內(nèi)容）類型相應(yīng)內(nèi)容使用資源學(xué)生活動教師活動（1）拋錨式1實訓(xùn)：人工控制方式及自1CS2000 實訓(xùn)設(shè)操作，學(xué)引導(dǎo)、講解，動控制方式備習(xí)，提問指導(dǎo)2理論學(xué)習(xí)：自動控制系統(tǒng)2課件組成，自動控制系統(tǒng)原理3網(wǎng)站資源（2）支架式（3）隨機進入式（4）其他2協(xié)作學(xué)習(xí)設(shè)計（打，并填寫相關(guān)內(nèi)容）類型相應(yīng)內(nèi)容使用資源學(xué)生活動教師活動（1）競爭（2）伙伴（3）協(xié)同網(wǎng)絡(luò)課件，實訓(xùn)設(shè)備網(wǎng)上交流，分組討論精心點拔（4）辯論（5）角色扮演（6）其他3教學(xué)結(jié)構(gòu)流程的設(shè)計教學(xué)結(jié)構(gòu)流程一、實訓(xùn)教學(xué)1創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情景，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情2在操作中提出問題，感受

6、學(xué)習(xí)快樂3帶著問題，為自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造條件二、自主學(xué)習(xí)1著疑問，利用網(wǎng)站教學(xué)要點進行自主學(xué)習(xí)2相互討論，利用論壇發(fā)表自己的見解三、總結(jié)評價1學(xué)習(xí)內(nèi)容總結(jié)2 對學(xué)習(xí)成果進行評價教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動一 創(chuàng)設(shè)一研究CS2000組成一研究CS2000組成情境1學(xué)生分4 組，每組45人，并選出組長，1 由班長對學(xué)習(xí)分組，并選出組自主學(xué)習(xí)以組為單位進行，以下同。長，確定自主學(xué)習(xí)的單位。圖 1 CS2000 裝置2 指導(dǎo)學(xué)生對照附件圖2 ，熟悉設(shè)備組成2 對照圖和設(shè)備，熟悉設(shè)備，并記錄。圖 2 CS2000 結(jié)構(gòu)二、上水箱液位進行人工控制二、上水箱液位進行人工控制1打開以水泵、電動調(diào)節(jié)閥、孔要求：利用CS2

7、000 設(shè)備，學(xué)生用手動閥板流量計組成的動力支路至上水對上水箱液位（液位為15cm ）進行控制。箱的出水閥門 .關(guān)閉動力支路上通1 引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識水路走向往其他對象的切換閥門。2 指定用于控制液位手動閥2 打開控制柜中水泵、電動調(diào)節(jié)3 提示手動閥開度與液位關(guān)系閥的電源開關(guān)。4 引導(dǎo)學(xué)生思考人工控制需要我們哪些部3 利用手動閥將液位控制在指定位參與高度。三、對上水箱自動控制三、對上水箱自動控制要求：利用自動控制系統(tǒng)對上水箱液位（液1啟動 DCS 上位機組態(tài)軟件，位為 17cm ）進行控制進入主畫面，然后進入實驗一畫1指導(dǎo)學(xué)生打開 DCS 組態(tài)軟件并進入監(jiān)控面。畫面2用鼠標(biāo)點擊調(diào)出 PID 窗體框，

8、2引導(dǎo)學(xué)生觀察液位上否穩(wěn)定在指定值上然后在“SV”欄中設(shè)定設(shè)定液位為3提示學(xué)生哪些儀表參與了控制過程。17CM 。3.觀察液位變化4結(jié)論3 積極思考（使學(xué)生處于積極主動的學(xué)習(xí)之中，為后面的討論、交流做鋪墊）四、實訓(xùn)過程收獲與思考四、實訓(xùn)過程收獲與思考選定以下要點，供學(xué)生思考和學(xué)習(xí)1同學(xué)們之間通過討論確定學(xué)1.人工控制與自動控制有什么區(qū)別及優(yōu)缺點。習(xí)目標(biāo)和要點2 液位控制系統(tǒng)組成2通過網(wǎng)上論壇充分發(fā)表自己3 自動控制基本原理的見解注：同學(xué)們利用網(wǎng)絡(luò)討論室（生生、師生互動）進行網(wǎng)上討論，大組匯報（已有知識水平情況，認(rèn)識程度和綜合任務(wù)有哪些困難）二、 自主第一節(jié)自動控制系統(tǒng)的組成學(xué)習(xí)一、列出液位人工

9、控制思考問題要點Pt100-5雙金屬溫度計進水口進水口溢流口Pt100-3閥19出水口上水箱液位上水箱傳感器閥7閥8Pt100-1溢流口出水口鍋爐Pt100-4強制對流換熱器內(nèi)膽夾套閥6Pt100-2閥9閥17閥18閥5進水口電加熱管散熱管進水口進水口溢流口下水箱液位閥11閥12夾套傳感器下水箱出水口出水口閥21閥20閥10電磁流量計閥13電動調(diào)電磁閥節(jié)閥閥16閥14閥15閥4孔板流量計儲水箱壓力表閥1小流量單相泵閥22單相泵放水口閥23圖 3 人工操作圖1 人工控制目的2 人工控制組成及過程3 人工控制缺點二、自動控制第一節(jié)自動控制系統(tǒng)的組成一、液位人工控制討論以下問題，并記錄1液位人工控制

10、目的將液位控制在要求高度，人和被控制水箱組成人工控制系統(tǒng)2人工控制組成及過程水箱是被控制對象眼睛：觀察水位大腦：負(fù)責(zé)計算，將水位與希望的水位值相比較手：執(zhí)行機構(gòu)，大腦指揮手開動閥門（開大還是并小，以用動作幅度）水位比希望的水位高，并小閥門，水位低了，開大閥門，慢慢地將水位控制在希望的值。3人工控制缺點：控制速度和精度不能滿足大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要二、自動控制1 自動控制系統(tǒng)組成1自動控制系統(tǒng)組成對象，檢測儀表，控制器，執(zhí)行器。圖 4液位自動控制2 它與人工控制系統(tǒng)聯(lián)系2自動控制系統(tǒng)與人工控制聯(lián)系檢測儀表眼睛手執(zhí)行器控制器大腦圖 5 人工控制與自動控制聯(lián)系第二節(jié) 自動控制系統(tǒng)的方塊圖第二節(jié)自動控制

11、系統(tǒng)的方塊圖一、自動控制系統(tǒng)的方塊圖組成1 方塊圖基本組成1 自動控制系統(tǒng)的方塊圖信號線，環(huán)節(jié)、分叉點、比較自動控制系統(tǒng)的方塊圖由環(huán)節(jié)、信號線、分點叉點、比較點組成。（1）信號線由方向線和變量組成（ 2） 環(huán)節(jié)（ 3）分叉點（ 4）比較點二、自動控制系統(tǒng)方塊圖1 自動控制系統(tǒng)方塊圖2 試著畫出液位方塊圖學(xué)習(xí)在研究自動控制系統(tǒng)時，為了便于對系統(tǒng)分有關(guān)控制名詞析研究，一般都用方塊圖來表示控制系統(tǒng)的組成。3 畫出換熱器的溫度控制系液位自動控制系統(tǒng)的地方塊圖畫法統(tǒng)圖 7 蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)圖 6 自動控制系統(tǒng)的方塊圖當(dāng)進料流量或溫度變化等因素被控對象 貯槽，被控變量液位 y引起出口物料溫度變化時，

12、 可以將操縱變量 控制閥出料流量q該溫度變化測量后送至溫度控制干擾作用 進料流量的改變f器 TC。溫度控制器的輸出送至控2 自動控制系統(tǒng)名詞制閥，以改變加熱蒸汽量來維持出（1 ）被控對象需要實現(xiàn)控制的設(shè)備、機口物料的溫度不變。械或生產(chǎn)過程稱為被控對象。（2 ）被控變量對象內(nèi)要求保持一定數(shù)值（或按規(guī)律變化）的物理量。（3 ）操縱變量受執(zhí)行器控制，用以使被控變量保持一定數(shù)值、起控制（控制變量）作用的變量稱為操縱變量（控制變量） 。（4 ）干擾除操縱變量 ,作用于對象并引起被控變量變化的其他因素.（5 ）給定值工藝規(guī)定被控變量所要保持的數(shù)值。（6 ）偏差設(shè)定值與測量值之差。被控對象加熱器注：其他控制

13、系統(tǒng)：用同一種形式地方塊圖被控變量出料口溫度T可以代表不同的控制系統(tǒng)操縱變量加熱蒸汽流量q干擾作用進料流量/ 溫度的改變 f三、反饋三、反饋反饋是控制系統(tǒng)的輸出（即被控變量）通過1學(xué)習(xí)反饋與閉環(huán)概念測量變送返回到控制系統(tǒng)的輸入端，并與設(shè)定值比較的過程。1負(fù)反饋：反饋的結(jié)果使系統(tǒng)的輸出減小的反饋類型。 e=x- z2研究自動控制系統(tǒng)控制過正反饋：反饋的結(jié)果使系統(tǒng)的輸出增加的反程與反饋的關(guān)系饋類型。 e=x+z工業(yè)控制系統(tǒng)一般情況下都應(yīng)為負(fù)反饋。2 閉環(huán)系統(tǒng)的輸出被反饋到輸入端并與設(shè)定值進行比較的系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)， 此時系統(tǒng)根據(jù)偏差控制，直至消除偏差。3 開環(huán)系統(tǒng)的輸出沒有被反饋回輸入端，執(zhí)行器僅

14、只根據(jù)輸入信號進行控制的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)的輸出與偏差無關(guān)。自動控制系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。它與自動測量、自動操縱等開環(huán)系統(tǒng)比較,最本質(zhì)的差別 ,就在于控制系統(tǒng)有無負(fù)反饋存在。圖 8自動操縱系統(tǒng)方塊圖四、自動控制系統(tǒng)的分類按被控變量來分類，如溫度、壓力等控制系四、自動控制系統(tǒng)的分類1學(xué)習(xí)自動控制系統(tǒng)分類統(tǒng)；按控制器具有的控制規(guī)律來分類，如比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等控制系統(tǒng)；將控制系統(tǒng)按照工藝過程需要控制的被控變量的給定值是否變化和如何變化來分類，這樣可將自動控制系統(tǒng)分為三類，即定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。其中第三種分類方法最普遍。1 定值控制方法“定

15、值”是恒定給定值的簡稱。工藝生產(chǎn)中，若要求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)2查找資料，找出定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)實例。注。學(xué)習(xí)過程中有些問題暫時不能保持在一個生產(chǎn)指標(biāo)上不變，或者說要求被控變理解的可以放一放，隨著學(xué)習(xí)深量的給定值不變，就需要采用定值控制系統(tǒng)。入，慢慢就會理解。2 隨動控制系統(tǒng)（自動跟蹤系統(tǒng)）給定值隨機變化，該系統(tǒng)的目的就是使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。3 程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)）給定值變化，但它是一個已知的時間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時間程序變化。這類系統(tǒng)在間歇生產(chǎn)過程中應(yīng)用比較普通。注：（1）對于學(xué)生通過網(wǎng)頁、相互協(xié)商不能解決的問題，教師進行個別指導(dǎo)（2 ）對于不能完成基本任務(wù)的同學(xué)有重點指導(dǎo)。三、 學(xué)習(xí)小組推薦學(xué)習(xí)效果明顯的同學(xué)，進行評價，做好1 學(xué)生自評思考總結(jié)。2 同學(xué)評進行課后留言活動，便于老師進行課后反思。3教師評六、學(xué)習(xí)評價設(shè)計1測試形式與工具（打）（1）課堂提問 （2 ）書面練習(xí)（ 3）達(dá)標(biāo)測試（4）學(xué)生自主網(wǎng)上測試 （5 ）合作完成作品（6）其他 2測試內(nèi)容自動控制系統(tǒng)由哪些部分組成？能說出自動控制系統(tǒng)工