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
2、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（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
3、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
4、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、网址、主要内容）教师开放专题网站：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
5、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1CS2000实训设备2课件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教学结构流程二、自主学习1着疑问，
6、利用网站教学要点进行自主学习2相互讨论，利用论坛发表自己的见解三、总结评价1学习内容总结2对学习成果进行评价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
7、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（已有知识水平情况，认识程度和综合任务有哪些困难）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
8、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。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二、自主学习第一节 自动控制系统的组成一、列出液位人工控制思考问题要点图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 1自动控制系统
9、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 f2自动控制系统名词 （1）被控对象 需要实现控制
10、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数值、起控制 （控制变量）作用的变量称为操纵变量（控制变量）。 （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）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
11、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
12、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，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
13、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）对于不能完成基本任务的同学有重点指导。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自动控制系统组成对象，检测仪表，
14、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 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。 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 四、自动控制系统的分类 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。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？图1 CS2000装置图2 cs2000系统结构
