Тема 3. Системы автоматического управления (саморегулирующиеся системы). Одно занятие два урока.

На предыдущем занятии предложите школьникам прочесть страницы 162-171 учебника.

Начните занятие с изображения на доске блок-схемы саморегулирующейся системы.

Далее, последовательно называя системы автоматического управления, предлагайте школьникам называть элементы линии обратной связи и исполнительное устройство в этих системах.

Практическая работа

Модель системы автоматического управления освещенностью в теплице.

Учебный набор-конструктор Introduction to Control Systems, Лабораторный практикум “Технологические системы” часть 3 (ОРТ Самара 2000), работа №5 «Новогодняя иллюминация. Раз, два, три – елочка гори. Релейная система управления».

При проверке выполнения работы, помимо требований, изложенных в Лабораторном практикуме, требуйте от учащихся перечня использованных элементов, их блок-схем и формулировок функций, выполняемых элементами в составе системы.

Итоговое занятие. Управляющее воздействие в автоматических системах управления с обратной связью. Одно занятие два урока

Говоря об управлении, мы использовали определение управления, как воздействия на входы и/или процессы системы с целью получения требуемого выхода.

Во всех ранее рассмотренных примерах управляющее воздействие было направлено на вход технологической системы. Однако наши возможности влияния на ситуацию гораздо шире.

Рассмотрим в качестве примера хорошо нам известную и привычную централизованную систему отопления городской квартиры. Горячая вода из бойлерной поступает по трубам в квартиру, проходит через батареи отопления, нагревает их и охлажденная, возвращается по сливным трубам в бойлерную. Батареи, в свою очередь, отдают тепло воздуху квартиры.

Предположим, что зимой температура в квартире выше, чем нам хотелось бы. Мы можем воздействовать:

• на вход нашей технологической системы, уменьшив количество подводимого тепла, прикрыв кран подачи воды в систему;

• на процесс, для чего накрыть батареи отопления нетеплопроводным материалом, ухудшив тем самым подвод в помещение тепловой энергии;

• на выход, для нас с вами наиболее привычные действия в подобной ситуации, открыть форточку, окно, балконную дверь.

Обсудите со школьниками преимущества и недостатки приведенных выше управляющих воздействий, предложите им привести свои примеры управления другими технологическими системами.

Практическая работа.

Управляющие воздействия в саморегулирующихся системах

Учебный набор-конструктор Introduction to Control Systems

Как основу можно использовать работу №4 из Лабораторного практикума “Технологические системы” часть 3 (ОРТ Самара 2000).

Полностью выполненная работа состоит из трех сборок:

1. Соответствует работе №4 из Лабораторного практикума “Технологические системы” часть 3 (ОРТ Самара 2000). Управляющее воздействие направлено на вход модели технологической системы – линия управления с обратной связью подводит к преобразователю минимально необходимое количество энергии, обеспечивающее на датчике требуемую температуру. Обратите внимание на обязательный физический контакт датчика температуры и нагревательного элемента.

2. Внесите изменения в электрическую схему сборки: подключите нагревательный элемент напрямую к регулятору напряжения (VOLTAGE REGULATER), а к линии обратной связи (теперь она превратилась из линии управления в линию индикации) подключите вторую лампочку. Разорвите физический контакт между датчиком и нагревательным элементом. Добейтесь такого расстояния между ними, чтобы при номинальном электрическом напряжении на нагревательном элементе температура датчика соответствовала заданной. Для наглядности процессов управления, происходящих в системе, и сохранения работоспособности элементов конструктора, в качестве нагревательного элемента используйте электрическую лампочку накаливания. В описанном опыте мы воздействуем на процесс теплообмена между нагревательным элементом и датчиком.

3. Сохранив электрическую схему предыдущего опыта, установите вместо лампочки-индикатора вентилятор и восстановите физический контакт нагревательного элемента и датчика температуры. Активизируйте сборку, при этом подключенный напрямую нагревательный элемент будет работать в оптимальном режиме. Когда температура на датчике превысит заданную температуру, пороговый регулятор включит вентилятор, который будет отводить от пары нагревательный элемент-датчик температуры избыточное тепло (охлаждать датчик) до тех пор, пока температура не достигнет заданной. Этот опыт демонстрирует управляющее воздействие, направленное на выход технологической системы.

При обсуждении итогов работы по данной теме важно подчеркнуть, что управляющее воздействие на вход является наиболее экономичным и замедленным (торможение автомобиля двигателем), а на выход наиболее быстрым и затратным (замедление скорости автомобиля тормозной системой). Управляющее воздействия на процесс занимает промежуточное положение, но иногда ситуационно оказывается целесообразнее прочих.