抽水马桶水箱的自动控制系统的设计
讨论 在上述案例中，如果要节 约用水，减少水箱每次冲水的 量，你能设计哪几种方案？ 水箱一次的冲水量实际上是随水箱的横截面积和 水位设定高度而变化的，即：冲水量=水箱横截面积× 设定高度。 因此，要减少每次冲水量，应该从减少水箱横 截面积和设定高度入手。具体方案可以有： （1）将杠杆支点右移，使浮球在较小的高度上关闭进 水阀。
世界100大发明之一，生活必备，每天都要使用
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，有以下基本要求： 1、一个闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。 当干扰因素出现时，输出量发生偏离，系统通过 动态调整使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振荡，若振荡呈逐渐衰减趋 势，能很快稳定下来，还属于稳定系统，否则就是 不稳定系统。 2、控制系统的控制精度必须符合要求，即系统的输 出量与给定值之差应控制在允许的范围之内。 3、闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。 在进行闭环控制系统的设计时，几项控制要求之间往往会 产生矛盾，需要结合具体问题全面解决或有所侧重地解决。
2.请对太阳能热水器进行分析： （1）一般家用太阳能热水器水温控制是如何实现的？
家用太阳能热水器通常都是在出水的地方装有冷 水管和热水管，使用时，通常采用不断调节热水管与 冷水管的流量子定时器、自制的电子定 时器、CD唱机），旗杆，滑轮，卷筒，变速 齿轮箱，电动机调速器，直流电源等。
机械定时器
555定时器
CD唱机
思考： 陈剑同学提出的四种方案各有什么特点？你认为 哪种方案最容易实现？ 各方案的特点： 方案A： 在控制上采用机械装置，对电子知识要求不高， 但升旗和唱国歌的启动需要人工同步，定时装置的 精度不高，容易产生不协调现象。
二，控制系统的设计实施案例
升旗简易控制装置的设计
控制系统的设计与实施案例
案例分析：自动升旗简易控制装置的设计
陈剑负责学校每周两次的升旗仪式。在学完《技术 与设计2》模块后，他决定利用所学知识设计一套 能实现自动升旗的简易控制装置的模型。 设计要求： 在国歌播放的时间内，控制国旗运输上升 到旗杆的顶端。 选择适当的控制方案实现控制； 选用成本低，易于获取的元件、设备和材 料的模型。
（2）在水箱中放入比水重的物体，起到减小水箱平均 截面积的作用（减少水箱的实际蓄水量） （3）控制出水阀开启的时间，使其在水未放完之前关 闭出水阀。这相当于改变设定高度。 （4）设计两种冲水方式，一种是半箱水冲洗，一种是整 箱水冲洗。
38.8万元的金马桶 一套近似天价的１８Ｋ金 意大利宫廷洁具亮相北京， 并以当日两套订单的惊人业 绩为节后刚刚复苏的家居建 材市场注入了一针兴奋剂。
方案B:
此方案同样有启动不容易同步的问题，但定时器的精 度较高。
方案C： 可以增加学生的知识面，但需要补充电子线路的 知识，比较费时，课时难以保证。 方案D: 升旗和唱国歌同步启动，由于CD唱机比较普遍， 器材准备较其他方案容易。 因此，方案D实现比较容易。 其实，对升旗来说，可以采用人工控制。由升旗 手观察国旗位置和唱国歌的快慢，经判断后来调整升 旗速度以保证唱国歌结束时国旗到顶。
方案构思： 采用浮球作为水位高度的检测装置。当水箱的水位 低于水箱的某个高度时，出现了水位差（给定的水 位高度与实际水位高度之差），这个信号通过浮球、 连杆机构传给进水阀，使进水阀打开，从而水箱进 水；当水箱水位达到水箱的某个高度时，水位差为 零，进水阀关闭。 水箱水位控制过程： 波动冲水旋钮，使出水阀打开，水 箱冲水。与此同时，进水阀打开， 水箱进水，知道指定水位时，进水 阀关闭。
控制系统调试、 运行和评价 系统的成本分 析
实施控制系统所需 的设备、元件等
分析主要的 干扰因素 。。。 。。。
一，控制系统设计的一般思路
1、设计一个控制系统，是选择开环控制还是闭环控 制，应根据对控制精度的要求以及条件的可行性而定。 2、在控制系统设计过程中，被控对象的特性往往难 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(暗箱方法)； 3、一个控制系统中可能存在若干个干扰因素，需要 分析主次，找出对系统影响最大的干扰因素； 4、被控量与控制量的确定是控制方案的关键，对于 简单控制系统，需要控制的量往往被确定为被控量，控 制量应选择可控的、对抑制干扰因素和保持系统稳定又 明显作用的量； 5、执行器、检测器的选择：一是要根据被控量和控 制量的需求，二是要根据控制的条件进行。
案例分析：电吹风控制系统的设计
设计要求： 电吹风能根据不同的档位（如冷风档、热风 档）输出不同种类的风。 设计分析： 是电吹风装置， 被控对象： 被控量： 是电机的电压， 控制量： 是风的速度和温度， 干扰因素：是房间温度、电源电压的波动等。
电吹风的控制工作过程： 电吹风是要将其内部电热丝的热量通过一个 小电风扇扩散出去。 方案构思： 选择开环控制系统实现电吹风的控制要求。 设定风的档位就设定了电机的电压和电热丝 的阻值，接通电源后，电机带动一个小风扇转动， 产生的风通过电吹风的电热丝，输出的就是与设 定的风种相对应的风。 确定了电吹风控制系统的设计方案后，画出 必要的电器线路图，选择适当型号的元件和配件， 进行组装、调试。
设计分析： 采用开环控制系统，被控对象是国旗，被 控量是上升的速度，控制量是电动机的转 动与停止（或速度）。 这一开环控制系统由计时装置和控制升旗 的装置共同完成。 计时装置和控制升旗装置的实现可以有多 种方案。例如，采用机械定时器和电动机 实现；采用成品电子定时器和电动机实现， 采用自制电子定时器和带有可调速电路的 电动机实现；采用音频信号、触发电路和 电动机实现。 采用任何一种方案实现控制，都要经过若 干次调试，直到符合设计要求为止。
一，控制系统设计的一般思路
1、设计一个控制系统，是选择开环控制还是闭环控 制，应根据对控制精度的要求以及条件的可行性而定。
开环控制系统的设计
开环控制系统的设计相对比较简单，在明确设计 要求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可 考虑具体控制系统的方案。 例：普通电风扇控制系统的设计 被控对象—— 电风扇 被控量—— 电风扇输出的风速 控制量—— 电机的转速
第四节 控制系统的设计与实施
一，控制系统设计的一般思路
系统要达到的目标？ 控制的对象？ 被控对象的特性？ 被控量和控制量？ 外界的主要干扰因素？ 怎样的方案既达到目的、又经济、易于实现？ 如何选择设备和元件？
分析被控对象 的主要特征
控制系统的 方案选择
明确控制的目的
确定被控量、 控制量
控制系统 的设计
练习：
1.设计并制作水车控制装置的模型。利用 流动的水冲击水车，以控制不同的机械装 置而产生动作
综合实践 画出“自行车——发电—— 电视机”这一过程的方框图，分 析其中的技术和原理。 脚踏运动
自行车轮
摩擦轮
传动机构
发电机
电视机
蓄能稳压装置
该套装置中，综合运动了机械能转化为电能及稳 压等技术原理，运用了蓄能、系统、稳压和控制等多 种技术。
案例分析
抽水马桶水箱的自动控制系统的设计
设计要求： 当水箱水位低于某一指定高度时，进水口立即进水。 当水箱水位达到某一指定高度时，进水口停止进水。 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： 从设计要求来看，这是一种自动控制，因此选择闭 环控制系统。 被控对象是抽水马桶的水箱，被控量是抽水马桶水 箱水位的高度，控制量是进水管的水流量（进进水 量），水箱水位的高度与进水量之间呈线形关系 主要干扰因素是水箱的出水流量。