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第四章 第三節
閉環控制系統的工作過程
蘇教版（2019版）
必修二 設計與技術2
任務一：解析閉環控制系統工作過程
任務二：辨析反饋在控制系統中的作用
閉環控制系統的工作過程
走進情境
陳晨家住在北京，陽臺上種植了許多植物。冬天室外寒冷，陳晨想要設計一款恒溫箱讓陽臺上的植物安全過冬。
任務一：解析閉環控制系統工作過程
1. 技術體驗：搭建恒溫箱控制系統
如圖所示，搭建恒溫箱控制系統。
制冷模塊
常開輸出
制熱模塊
常閉輸出
溫度探頭
溫度設置旋鈕
1. 搭建恒溫箱控制系統
恒溫箱內情況 控制系統的工作狀態 恒溫箱的狀態
當溫度探頭檢測到恒溫箱內溫度低于設定溫度時
當溫度探頭檢測到恒溫箱內溫度高于設定溫度時
制熱模塊打開
制熱
制冷
思考： 恒溫箱控制電路的工作狀態取決于來自什么裝置的信號？
溫度探頭
制冷模塊打開
1. 搭建恒溫箱控制系統
控制電路
制熱模塊 或
制冷模塊
恒溫箱
設定溫度
實際溫度
+
溫度探頭
-
恒溫箱控制系統的工作過程：
溫度探頭能檢測到恒溫箱內的溫度，控制電路能根據恒溫箱內的溫度與設定溫度的偏差值，發出指令來控制制冷模塊或制熱模塊的啟動或關閉，達到恒溫控制的目的。
制冷模塊
制熱模塊
溫度探頭
+
溫度探頭
-
控制電路
制熱模塊 或
制冷模塊
恒溫箱
設定溫度
實際溫度
2. 閉環控制系統
簡單閉環控制系統方框圖
控制器
執行器
被控對象
被控量
+
檢測裝置
-
給定量
（輸入量）
（輸出量）
特點：
在系統的輸入量和輸出量之間，除了從輸入端到輸出端之間，除了有從設定溫度到實際溫度的信息傳遞，還有一條從輸出端返回到輸入端的反饋環節，它們形成了一條閉合回路。
我們把系統的輸出量返回到輸入端并對控制過程產生影響的控制系統稱為閉環控制系統。
2. 閉環控制系統
簡單閉環控制系統方框圖
控制器
執行器
被控對象
被控量
給定量
（輸入量）
（輸出量）
+
檢測裝置
-
有一個紅外感應自動控制的水龍頭，當人手靠近時水流出，手拿開時水停止流出，出水1分鐘后水龍頭自動關水。
該控制系線屬于（ ）
A.人工開環
B.閉環控制
C.開環控制
D.自動閉環
（控制器）
（執行器）
（被控對象）
（輸入）
（輸出）
水龍頭
電磁閥
控制電路
開、關水
人體
熱輻射
3.學習用方框圖描述控制過程
（1）.開環閉環判斷
3.學習用方框圖描述控制過程
風力發電機運行時風輪對準風向才能獲得最大風能。風向測定裝置將檢測到的風向信號送給迎風控制裝置與設定值比較，迎風控制裝置根據角度編差信號控制航電機運轉，調整風輪角度，使風輪始終對準風向。
控制器
執行器
被控對象
輸入量
輸出量
+
檢測裝置
-
（2）.判斷裝置，寫出方框圖
（1）.開環閉環判斷
①沒有檢測裝置的是開環；
②檢測裝置檢測輸入量的是開環；
③檢測裝置檢測輸出量的是閉環；
（輸出量即控制目的）
3.學習用方框圖描述控制過程
（2）.判斷裝置，寫出方框圖
①.先找輸出量（控制目的），再找輸入量。輸入量決定輸出量
②.被控對象與輸出量對應。
（注意控制系統都是裝置，人不能作為被控對象）
③.執行器直接對被控對象進行控制。
④.控制量是執行器的動作或者輸出信號量。
⑤.控制器能夠發出指令或者命令。
題目中沒有指明的可以寫控制器或者控制電路。
鞏固練習 一：
聲控燈適用于多種場合，如在公共樓道里安裝聲控燈既方便，又安全。它與普通的電燈控制電路相比，去掉了手動開關，而增設了聲傳感器、控制器和電子開關。其中聲傳感器的靈敏度可調整，以適應不同場合使用的需要。請根據聲控燈的功能分析：
( l ）聲控燈控制系統的輸入和輸出是什么？兩者的關系怎樣？
( 2 ）聲控燈控制系統的檢測裝置是什么？ 檢測的信號是什么？
( 3 ）畫出聲控燈控制系統的框圖。
聲控燈控制系統的輸入量是聲音信號，輸出量是燈泡的亮、滅。兩者的關系是聲強達到某給定值時燈亮；聲強達不到某給定值時燈滅。
( l ）聲控燈控制系統的輸入和輸出是什么？兩者的關系怎樣？
( 2 ）聲控燈控制系統的檢測裝置是什么？
檢測的信號是什么？
聲控燈控制系統的檢測裝置是聲傳感器。檢測裝置檢測的是聲音信號。
( 3 ）畫出聲控燈控制系統的框圖。
檢測裝置檢測的是聲音信號，檢測的是輸入量，不是輸出量，沒有形成信息閉合回路，因此，是開環控制系統。
如圖 Z 一 8 一 1 所示：
鞏固練習 二：　分析電冰箱溫度自動控制系統
電冰箱溫度控制過程為:當接通電源后，電子控制器命令壓縮機制冷模塊工作，使制冷劑不斷地在管道中循環，并吸收電冰箱內的熱量，使冷凍、冷藏室的溫度下降。同時，冷凍、冷藏室內的溫度傳感器不斷地檢測箱內溫度，并把溫度變化的電信號反饋到電子控制器進行比較、分析、處理。
當冷凍、冷藏室的溫度達到設定的溫度時，控制電路發出指令，壓縮機制冷模塊停止工作。如此循環，達到穩定箱內溫度的目的。
1. 電冰箱的溫度自動控制系統中，檢測裝置是（ ）
作用是（ ）
2.它是開環控制系統還是閉環控制系統，為什么？
3 .畫出控制系統方框圖
溫度傳感器
測量并反饋溫度
（設定溫度）
（電子控制器）
（壓縮機）
（電冰箱）
（冰箱內溫度）
（溫度傳感器）
鞏固練習 二：　分析電冰箱溫度自動控制系統
電冰箱溫度控制過程為:當接通電源后，電子控制器命令壓縮機制冷模塊工作，使制冷劑不斷地在管道中循環，并吸收電冰箱內的熱量，使冷凍、冷藏室的溫度下降。同時，冷凍、冷藏室內的溫度傳感器不斷地檢測箱內溫度，并把溫度變化的電信號反饋到電子控制器進行比較、分析、處理。當冷凍、冷藏室的溫度達到設定的溫度時，控制電路發出指令，壓縮機制冷模塊停止工作。如此循環，達到穩定箱內溫度的目的。
任務二：辨析反饋在控制系統中的作用
1.閉環控制系統中的反饋
反饋：
在自動控制系統中，將輸出量通過適當的檢測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程。
反饋方法：
利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統的輸出來調整系統的行為，使系統沿著預期的目標運行的方法。
任務二：辨析反饋在控制系統中的作用
帶有反饋的控制系統就是前面所述的閉環控制系統。
在工程中，反饋控制是自動控制中不可缺少的形式。
+
溫度探頭
-
控制電路
制熱模塊 或
制冷模塊
恒溫箱
設定溫度
實際溫度
任務二：辨析反饋在控制系統中的作用
任務二：辨析反饋在控制系統中的作用
2.干擾因素
在恒溫箱控制系統的技術試驗中，你是否發現溫度控制并沒有達到預期的溫度控制目的？
在控制系統中，除輸入量（給定值）以外，引起被控制量變化的各種因素都可以視為干擾因素。
在進行控制系統設計時，必須對可能存在的干擾進行全面的調查和分析，如果干擾比較經常和嚴重，對控制目標影響產生嚴重的后果，就必須考慮抗干擾措施，保證控制系統的正常工作；如果可能存在的干擾不是很嚴重，對系統正常工作影響不大，就可以忽略。因為任何抗干擾措施的實現，都意味著系統結構的復雜和成本的增加。
任務二：辨析反饋在控制系統中的作用
室內恒溫泳池的水溫控制系統為閉環控制。下列不屬于該溫度控制系統干擾因素的是( )。
A.出水的溫度
B.進水的溫度
C.室內場館溫度
D.游泳者的數量
3.閉環控制系統與開環控制系統的比較
控制系統 反饋 控制精度 結構 成本 應用范圍
閉環
開環
有反饋
無反饋
精度高
精度較低
結構復雜
結構簡單
成本高
成本低
高精度、高可靠、系統本身不穩定的應用領域
控制精度要求不高本身很穩定的應用
任務二：辨析反饋在控制系統中的作用
4.黑箱方法
任務二：辨析反饋在控制系統中的作用
家里的電池各種各樣的都放在一起，
分不清楚電量還剩多少？
萬用表測量電池電量
黑箱方法;是通過對系統的輸入與輸出關系的研究推斷系統內部結構和功能的方法。
總 結
1. 閉環控制系統的組成及工作過程
2. 閉環控制系統的反饋。
3. 系統中的干擾因素。
4. 黑箱方法。
謝謝！

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