1、自动控制基本概念 信息化教学设计案例 设计者 陶运道 姓名 陶运道 电子信箱 电话 13866609672 区县 安庆市 学校名称 安徽化工学校 日期 案例摘要 教学题目 自动控制概念 所属学科 自动控制 学时安排 2 学时 年级 所选教材 化工仪表及自动化 第四版 编者：厉玉鸣 化学工业出版社 一、学习目标与任务 1学习目标描述（知识与技能、过程与方法、情 感态度与价值观） 知识与技能 （ 1）知识目标 基础目标 : （是要求学生必须掌握的 ） 掌握自动控制系统概念及组成 提高目标 : （有能力的同学掌握的） 利用自动控制概念解释有关 控制 系统 工作 原理 （ 2）能力目标 培养学生自主
2、学习、协作学习的能力 培养学生的想象力、理解力 初步培养学生 关于自动控制基本概念 过程与方法 利用网站辅助作用，在学生自主、合作学习上结合教师的指导帮助，顺利的完成任务。 情感态度与价值观 通过 实训 过程 欣赏 自动控制技术的优点：通过学习自动控制概念 提高学生 对自动控制 系统认识； 通过 自动控制系统实训 ，培养学生 操作水平 ，掌握 自动控制组成 ， 进一步理解自动控制概念，把自动控制概念与实际控制系统有机结合起来；在学习过程中力求加强学生与他人合作的意识和进行终身学习的意识。 2学习内容与学习任务说明（学习内容的选择、学习形式的确定、学习结果的描述、学习重点及难点的分析） 学习内容
3、 （ 1）学习重点 自动控制系统组成及自动控制基本原理 （ 2）学习难点 能够活用 自动控制原理 ， 解释自动控制作用 学习要求 （ 1）明确本课的学习目标 （ 2）联系所学知识和技能，掌握 自动控制系统组 成及自动控制基本原理 3问题设计（能 激发学生在教学活动中思考所学内容 的问题） 自动控制系统好处不言而喻 ， 我们生活中遇到那些系统是自动控制的， 今天 同学们想一想，找一找 。 二、学习者特征分析（说明学生的学习特点、学习习惯、学习交往特点等） 学习特点 1. 学习中使用形象化符号进行学习 学习对象为 中职 学生， 由于物理知识贫乏，数学知识短板，在版书、课件、网页中大量使用图片或动画
4、来展示基本概念。 2利用实训设备驱动学习 利用学生好奇心，开展实训教学以提高 学习积极性 。 学习习惯 中职学生知识面不宽， 具备一定的发散 思维能力和较强的交流能力，为开展协作性学习提供了必要条件 ； 学生有一定实际操作的愿望，为实训教学提供可能 。 三、学习环境选择与学习资源设计 1学习环境选择（打） （ 1） WEB 教室 （ 2）局域网 （ 3）城域网 （ 4）校园网 （ 5）因特网 （ 6）其他 2学习资源类型（打） （ 1）课件 （ 2） 设备 （ 3）专题学习网站 （ 4）多媒体资源库 （ 5）案例库 （ 6）题库 （ 7）网络课程 （ 8）其他 3学习资源内容简要说明（说明名称
5、、网址、主要内容） 教师开放专题 网站： http:/ 自动控制系统 有关有关理论 及练习 四、学习情境创设 1学习情境类型（打） （ 1） 实训 情境 （ 2）问题性情境 （ 3）虚拟情境 （ 4）其他 2学习情境设计 问题情境： 利用 CS2000 设备， 学生进行实操， 分别进行 液位人工控制 和自动控制。在实训基础上学习有关自动控制系统有关概念。 五、学习活动组织 1自主学习设计（打，并填写相关内容） 类型 相应内容 使用资源 学生活动 教师活动 （ 1）抛锚式 1实训：人工控制方式及自动控制方式 2理论学习 ： 自动控制系统组成，自动控制系统原理 1 CS2000 实训设备 2 课件
6、 3 网站资源 操作，学习，提问 引导、讲解，指导 （ 2）支架式 （ 3）随机进入式 （ 4）其他 2协作学习设计（打，并填写相关内容） 类型 相应内容 使用资源 学生活动 教师活动 （ 1）竞争 （ 2）伙伴 （ 3）协同 网络课件 ，实训设备 网上交流 ，分组讨论 精心点拔 （ 4）辩论 （ 5）角 色扮演 （ 6）其他 3教学结构流程的设计 一、实训教学 1 创设学习情景，激发学习热情 2 在操作中提出问题，感受学习快乐 3 带着问题，为自主学习创造条件 二、自主学习 三、总结评价 2 对学习成果进行评价 1 学习内容总结 1 着疑问，利用网站教学要点进行自主学习 2 相互讨论，利用
7、论坛发表自己的见解 教 学 结 构 流 程 教学环节 教师活动 学生活动 一创设情境 一 研究 CS2000 组成 1 学生分 4 组，每组 45 人，并选出组长 ，自主学习以组为单位进行，以下同。 图 1 CS2000 装置 2指导学生对照附件图 2，熟悉设备组成 图 2 CS2000 结构 二、上 水箱 液位进行人工控制 要求：利用 CS2000 设备，学生用手动阀对上水箱液位（液位为 15cm）进行控制。 1引导学生认识水路走向 2指定用于控制液位手动阀 3提示手动阀开度与液位关系 一 研究 CS2000 组成 1由班长对学习分组 ，并选出组长，确定自主学习的单位。 2对照图和设备，熟悉
8、设备，并记录 。 二、上水箱液位进行人工控制 1 打开以水泵、电动调节阀、孔板流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门 .关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。 2打开控制柜中水泵、电动调节阀的电源开关。 4引导学生思考人工控制需要我们哪些部位参与 三、 对上水箱自动控制 要求：利用自动控制系统对上水箱液位（液位为 17cm）进行控制 1指导学生打开 DCS 组态软件并进入监控画面 2引导学生观察液位上否稳定在指定值上 3提示学生哪些仪表参与了控制过程。 四、实训过程收获与思考 选定 以下 要点，供学生思考和学习 1.人工控制与自动控制有什么区 别及优缺点 。 2 液位控制系统组成 3 自动控制
9、基本原理 注： 同学们利用网络讨论室（生生、师生互动）进行网上讨论，大组汇报（已有知识水平情3利用手动 阀将液位控制在指定高度。 三、 对上水箱自动控制 1 启动 DCS 上位机组态软件，进入主画面，然后进入实验一画面。 2用鼠标点击调出 PID 窗体框，然后在“ SV”栏中设定设定液位为17CM。 3.观察液位变化 4结论 3积极思考（ 使学生处于积极主动的学习之中，为后面的讨论、交流做铺垫 ） 四、实训过程收获与思考 1 同学们 之间通过讨论确定学习目标和要点 2 通过网上论坛充分发表自己的见解 况， 认识程度 和综合任务有哪些困难） 二、 自主学习 第一节 自动控制系统的组成 一、 列出
10、液位 人工 控制思考问题要点 上 水 箱 液 位传 感 器下 水 箱 液 位传 感 器孔 板 流 量 计电 动 调节 阀电 磁 阀压 力 表单 相 泵进 水 口 进 水 口进 水 口进 水 口出 水 口进 水 口溢 流 口溢 流 口溢 流 口出 水 口出 水 口出 水 口放 水 口小 流 量单 相 泵电 磁 流 量 计散 热 管强 制 对 流换 热 器电 加 热 管内 胆夹 套夹 套锅 炉下 水 箱上 水 箱储 水 箱阀 1阀 4阀 5阀 6阀 7 阀 8阀 9阀 1 0阀 1 1 阀 1 2阀 1 3阀 1 4 阀 1 5阀 1 7 阀 1 8阀 1 6阀 2 0阀 2 1阀 2 2阀 2
11、3P t 1 0 0 - 1P t 1 0 0 - 2P t 1 0 0 - 4P t 1 0 0 - 5阀 1 9双 金 属 温 度 计P t 1 0 0 - 3图 3 人工操作图 1 人工控制目的 2 人工控制 组成及 过程 3人工控制缺点 二、自动控制 第一节 自动控制系统的组成 一、 液位人工控制 讨论以下问题，并记录 1 液位 人工控制目的 将液位控制在要求高度， 人和被控制水箱组成人工控制系统 2 人工控制 组成及 过程 水箱是被控制对象 眼睛 ： 观察水位 大脑 ：负责计算， 将水位与希望的水位值相比较 手：执行机构，大脑 指挥手开动阀门（开大还是并小，以用动作幅度） 水位比希望
12、的水位高，并小阀门，水位低了，开大阀门，慢慢地将水位控制在希望的值。 3人工控制缺点：控制速度和精度不能满足大型现代化生产的需要 二、自动控制 1自动控制系统组成 图 4 液位自动控制 2它与人工控制系统联系 图 5 人工控制与自动控制联系 第二节 自动控制系统的方块图 一、自动控制系统的方块图组成 1 自动控制系统的方块图 自动控制系统的方块图由 环节、信号线、分叉点、比较点组成。 （ 1） 信号线 由方向线和变量组成 （ 2） 环节 （ 3） 分叉点 （ 4） 比较点 1自动控制系统组成 对象， 检测仪表 ， 控制器 ， 执行器。 2自动控制系统与人工控制联系 检测仪表 眼睛 手 执行器
13、控制器 大脑 第二节 自动控制系统的方块图 1 方块 图基本组成 信号线，环节、分叉点、比较点 二、自动控制系统方块图 1自动控制系统方块图 在研究自动控制系统时，为了便于对系统分析研究，一般都用方块图来表示控制系统的组成。 液位自动控制系统的地方块图画法 图 6 自动控制系统的方块图 被控对象 贮槽 ， 被控变量 液位 y 操纵变量 控制阀出料流量 q 干扰作用 进料流量的改变 f 2自动控制系统名词 （ 1）被控对象 需要实现控制的设备 、机械或生产过程称为被控对象。 （ 2）被控变量 对象内要求保持一定数值（或按规律变化）的物理量。 （ 3）操纵变量 受执行器控制，用以使被控变量保持一定
14、数值、起控制 （控制变量）作用的变量称为操纵变量（控制变量）。 2 试着画出液位方块图学习有关控制名词 3 画出 换热器的温度控制系统 图 7 蒸汽加热器温度控制系统 当进料流量或温度变化等因素引起出口物料温度变化时，可以将该温度变化测量后送至温度控制器 TC。温度控制器的输出送至控制阀，以改变 加热蒸汽量来维持出口物料的温度不变。 （ 4）干扰 除操纵变量 ,作用于对象并引起被控变量变化的其他因素 . （ 5）给定值 工艺规定被控变量所要保持的数值。 （ 6）偏差 设定值与测量值之差。 注： 其他控制系统：用同一种形式地方块图可以代表不同的控制系统 三、反馈 反馈是控制系统的输出（即被控变量
15、）通过测量 变送返回 到控制系统的输入端，并与设定值比较的过程。 1 负反馈：反馈的结果使系统的输出减小的反馈类型。 e=x- z 正反馈：反馈的结果使系统的输出增加的反馈类型。 e=x+z 工业控制系统一般情况下都应为负反馈。 2 闭环 系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统称为闭环系统 ， 此时系被控对象 加热器 被控变量 出料口温度 T 操纵变量 加热蒸汽流量 q 干扰作用 进料流量 /温度的改变 f 三、反馈 1学习反馈与闭环概念 2研究自动控制系统控制过程与反馈的关系 统根据偏差控制，直至消除偏差。 3 开环 系统的输出没有被反馈回输入端，执行器仅只根据输入信号进行控制的系
16、统称为开环系统 。 系统的输出与偏差无关。 自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。它与自动测 量、自动操纵等开环系统比较 ,最本质的差别 ,就在于控制系统有无负反馈存在。 图 8 自动操纵系统方块图 四、自动控制系统的分类 按被控变量来分类，如温度、压力等控制系统； 按控制器具有的控制规律来分类，如比例、比例积分、比例微分、比例积分微分等控制系统；将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量的给定值是否变化和如何变化来分类，这样可将自动控制系统分为三类，即定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。 其中第三种分类方法最普遍。 1 定值控制方法 “定值” 是恒定给定值的简称。工艺生产中，四、自
17、动控制系统的分类 1学习自动控制系统分类 2 查找资料， 找出 定值控制 系统 、随动控制系统、程序控制系统实例。 若要求 控制系统的作用是使被控制的工艺参数保持在一个生产指标上不变，或者说要求被控变量的给定值不变，就需要采用定值控制系统。 2随动控制系统（自动跟踪系统） 给定值随机变化，该系统的目的就是使所控制的工艺参数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。 3程序控制系统（顺序控制系统） 给定值变化，但它是一个已知的时间函数，即生产技术指标需按一定的时间程序变化。这类系统在间歇生产过程中应用比较普通。 注：（ 1） 对于学生通过网页、相互协商不能解决的问题，教师进行个别指导 （ 2） 对于不
18、能完成基本任务的同学有重点指导。 注。学习过程中有些问题暂时不能理解的可 以放一放，随着学习深入，慢慢就会理解。 三、 学习思考 小组推荐学习效果明显的同学 ，进行评价，做好总结。 进行课后留言活动，便于老师进行课后反思。 1 学生自评 2 同学评 3教师评 六、学习评价设计 1测试形式与工具（打） （ 1）课堂提问 （ 2）书面练习 （ 3）达标测试 （ 4）学生自主网上测试 （ 5）合作完成作品 （ 6）其他 2测试内容 自动控制系统由哪些部分组成？能说出自动控制系统工作原理吗 ？ 附件 图 1 CS2000 装置 上 水 箱 液 位传 感 器下 水 箱 液 位传 感 器孔 板 流 量 计
19、电 动 调节 阀电 磁 阀压 力 表单 相 泵进 水 口 进 水 口进 水 口进 水 口出 水 口进 水 口溢 流 口溢 流 口溢 流 口出 水 口出 水 口出 水 口放 水 口小 流 量单 相 泵电 磁 流 量 计散 热 管强 制 对 流换 热 器电 加 热 管内 胆夹 套夹 套锅 炉下 水 箱上 水 箱储 水 箱阀 1阀 4阀 5阀 6阀 7 阀 8阀 9阀 1 0阀 1 1 阀 1 2阀 1 3阀 1 4 阀 1 5阀 1 7 阀 1 8阀 1 6阀 2 0阀 2 1阀 2 2阀 2 3P t 1 0 0 - 1P t 1 0 0 - 2P t 1 0 0 - 4P t 1 0 0 - 5阀 1 9双 金 属 温 度 计P t 1 0 0 - 3图 2 cs2000 系统结构
