資源簡介

(共37張PPT)
第3節(jié)《閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程》
【任務(wù)一】解析閉環(huán)控制系統(tǒng)工作過程
技術(shù)體驗(yàn)：搭建土壤濕度控制系統(tǒng)
土壤濕度情況 電磁閥的狀態(tài) 花灑的狀態(tài)
當(dāng)濕度傳感器檢測到花盆內(nèi)土壤濕度不夠時(shí)
當(dāng)濕度傳感器檢測到花盆內(nèi)土壤濕度達(dá)到要求時(shí)
調(diào)試并觀察過程并填寫下表
打開
灑水
關(guān)閉
不灑水
思考：
電磁閥的開啟與關(guān)閉取決于來自什么裝置的信號？
濕度傳感器
控制系統(tǒng)工作過程：在上述土壤濕度控制系統(tǒng)中，輸入信號是設(shè)定的土壤濕度。濕度傳感器檢測到的土壤濕度信號返回到控制系統(tǒng)的輸入端，通過一個具有計(jì)算功能的裝置(比較器)，與給定濕度值作比較。當(dāng)實(shí)際濕度比設(shè)定濕度低時(shí)，控制器控制電磁閥打開，給植物澆水；當(dāng)實(shí)際土壤濕度達(dá)到設(shè)定的土壤濕度時(shí)，控制器發(fā)出信號關(guān)閉電磁閥，停止?jié)菜?br/>土壤濕度控制系統(tǒng)方框圖
將給定量
與檢測量
進(jìn)行比較
得出偏差
測被控量
并將其返
回輸入端
閉環(huán)控制系統(tǒng)
1.閉環(huán)控制系統(tǒng)的含義
系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)稱為閉
環(huán)控制系統(tǒng)
2.閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖

閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成---“五個裝置四個量”
傳感器
即檢測裝置，感應(yīng)控制系統(tǒng)的實(shí)際變化信號（即被控量）
控制器
（1）接收處理比較器產(chǎn)生的偏差量
（2）轉(zhuǎn)換并放大信號
（3）向執(zhí)行器發(fā)出控制命令
執(zhí)行器
提供動力，直接作用在被控對象進(jìn)行控制的裝置或元件
被控對象
系統(tǒng)本身或控制系統(tǒng)的組成部分（物理存在的物質(zhì)）
比較器
檢測給定量與被控量是否有偏差的裝置
給定量
被控量
控制系統(tǒng)的實(shí)際變化值----變量
人為設(shè)定的數(shù)值或范圍---定值
3.閉環(huán)控制系統(tǒng)各部分的作用
(1)給定量:即輸入量。
(2)被控量:即輸出量。
(3)檢測裝置:檢測出被控量并返回到系統(tǒng)的輸入端。
(4)比較器:將給定量與所檢測的被控量進(jìn)行比較,求出偏差值。
與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制系統(tǒng)多了一個由檢測裝置組成的反饋通道。
P121【馬上行動】判斷下列控制系統(tǒng)是否屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)，并畫出方框圖
控制系統(tǒng) 是否屬于閉環(huán)控制系統(tǒng) 方框圖
光控窗簾控制系統(tǒng)
電冰箱的溫度控制系統(tǒng)
聲光樓道燈控制系統(tǒng)
交通路口紅綠燈自動控制（根據(jù)車流量大小改變紅綠燈時(shí)間）系統(tǒng)
開環(huán)控制系統(tǒng)
閉環(huán)控制系統(tǒng)
開環(huán)控制系統(tǒng)
閉環(huán)控制系統(tǒng)
輸入量
輸出量
控制器
執(zhí)行器
被控制對象
（光感傳感器）
（控制電路）
（電機(jī)）
（窗簾）
（開或關(guān)窗簾）
（設(shè)定溫度）
（溫控系統(tǒng)）
（壓縮機(jī)）
（電冰箱）
（冰箱內(nèi)溫度）
（溫度檢測裝置）
聲光信號
聲光檢測控制裝置
開關(guān)
樓道燈
亮與滅
智能紅綠燈系統(tǒng)
比較器
+
-
控制電路
感應(yīng)開關(guān)
紅綠燈
紅綠信號/實(shí)際車流量
車流量檢測器
設(shè)定車流量
供水箱的水位控制系統(tǒng)
游泳池的水位控制系統(tǒng)
大棚的溫度控制系統(tǒng)
電飯煲的保溫控制系統(tǒng)
加熱爐的溫度控制系統(tǒng)
空調(diào)的溫度控制系統(tǒng)
水位控制
溫度控制
常見閉環(huán)控制系統(tǒng)
總結(jié)與思考：如何區(qū)別開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)？
① 看檢測裝置做什么：閉環(huán)控制系統(tǒng)的檢測裝置檢測輸出量（被控量），開環(huán)控制系統(tǒng)檢測裝置檢測輸入量（給定量）。
② 看是否有反饋比較過程：閉環(huán)控制有反饋比較；開環(huán)一般沒有。
③ 看輸入、輸出是否是同一種物理量：閉環(huán)控制的輸入與輸出量是同一類物理量，開環(huán)基本不是同一類物理量。
④ 看控制的目的：閉環(huán)控制的目的是使輸出量保持一定的穩(wěn)定狀態(tài)，開環(huán)只保證輸出正常即可。
特別提醒：是否有檢測裝置的不能作為區(qū)別開環(huán)閉環(huán)的方法。
你能結(jié)合案例進(jìn)一步說明嗎？
下雨天能夠自動關(guān)閉窗戶的裝置。假設(shè)常態(tài)下窗戶是打開狀態(tài)，有一個感濕器在窗戶的上部，當(dāng)它感測到有雨水時(shí)，感濕器發(fā)出一個信號接通電源使電動機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動窗戶關(guān)閉。
自動窗的控制系統(tǒng):
雨水
感濕器
電動機(jī)
窗戶
窗戶的關(guān)閉
轉(zhuǎn)動
檢測裝置（濕敏傳感器）
開環(huán)控制系統(tǒng)
【任務(wù)二】辨析反饋在控制系統(tǒng)中的作用
普通電熱壺
保溫電熱壺
【反饋】反饋在自動控制系統(tǒng)中，將輸出量通過檢測裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過程，就是反饋.
閉環(huán)控制系統(tǒng)中一定有反饋。開環(huán)控制系統(tǒng)一定無反饋環(huán)節(jié)
反饋方法：利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統(tǒng)的輸出來調(diào)整系統(tǒng)的行為，使系統(tǒng)沿著預(yù)期的目標(biāo)運(yùn)行的方法。
自動控制系統(tǒng) 輸入量 檢測裝置 輸出量
花房恒溫自動控制 設(shè)定的溫度 熱敏傳感器 實(shí)際溫度
花房濕度自動控制 設(shè)定的濕度 濕度傳感器 實(shí)際的濕度
花房光照自動控制 設(shè)定的光照強(qiáng)度 光敏傳感器 實(shí)際光照
干擾因素可能有一個，也可能有若干個；
干擾因素
什么是干擾？
在控制系統(tǒng)中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素稱為干擾（interference）因素。
關(guān)于干擾
干擾因素有自然環(huán)境造成的，也有人為的；
干擾因素都是作用在控制對象上，其作用是破壞控制系統(tǒng)的平衡
干擾既存在于閉環(huán)控制中，也存在于開環(huán)控制中；
幾乎所有控制系統(tǒng)都存在著干擾因素，干擾不可能被杜絕
在一般控制系統(tǒng)中，干擾因素需要被克服。
在有些情況下，卻可以利用干擾因素實(shí)現(xiàn)某種目的。
干擾因素
克服干擾方法
A.消除干擾
如:在飛機(jī)上不能使用通信工具
B.減弱干擾
如:電器在使用時(shí)遠(yuǎn)離其它電子設(shè)備
C.提高控制系統(tǒng)性能
如:采用閉環(huán)控制系統(tǒng)
注 意
在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須對可能存在的干擾進(jìn)行全面的調(diào)查和分析，如果干擾比較嚴(yán)重，會對控制目標(biāo)影響產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，就必須考慮抗干擾措施，保證控制系統(tǒng)的正常工作。
戰(zhàn)士雨中射擊訓(xùn)練
電飯煲保溫時(shí)頻繁打開鍋蓋將冷食物放入其中。
一般情況下，干擾需要克服
關(guān)好窗戶，開空調(diào)
利用干擾因素
金屬探測
閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較
類別 控制精度 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度 系統(tǒng)成本 適用場合
閉環(huán)控制系統(tǒng) 高
開環(huán)控制系統(tǒng) 低
低
高
簡單
復(fù)雜
精度要求不高，本身較穩(wěn)定
要求高精度、高可靠性
黑箱方法
　　把將要研究的系統(tǒng)作為黑箱，通過對系統(tǒng)輸入與輸出關(guān)系的研究，進(jìn)而推斷系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能的方法。
中醫(yī)脈診
挑西瓜與黑箱方法
課堂練習(xí)
1.如圖所示是一加熱爐的恒溫自動控制示意圖。以下關(guān)于該控制系統(tǒng)說法正確的是(　　)
A.該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模擬了人的功能和行為,這種研究方法是黑箱方法
B.電熱絲在控制系統(tǒng)中的作用是檢測溫度并反饋
C.調(diào)低設(shè)定溫度或爐體隔熱性能不好會導(dǎo)致爐內(nèi)溫度降低,都是該控制系統(tǒng)的干擾因素
D.在加熱爐工作時(shí),如果爐內(nèi)溫度大大超過了設(shè)定值,可能的原因是控制器損壞
D
2.如圖所示為一款賓館用的感應(yīng)式液壓自動餐爐。當(dāng)傳感器檢測到人靠近時(shí),液壓裝置會自動打開爐蓋,方便客人查看或夾取食物,客人離開幾秒鐘后,爐蓋自動關(guān)閉,以保持食物的溫度與衛(wèi)生。以下關(guān)于該爐蓋開合控制系統(tǒng)的分析中正確的是(　　)
A.控制方式屬于閉環(huán)控制
B.傳感器可以選用熱敏傳感器
C.執(zhí)行器是液壓裝置
D.多人同時(shí)靠近為其干擾因素
C
3.某校學(xué)生設(shè)置了雨天自動關(guān)窗裝置,其工作原理:下雨時(shí),濕度傳感器把檢測到的雨水信號傳給放大及處理電路,啟動電動機(jī)關(guān)閉窗戶。關(guān)于這個控制系統(tǒng),下列說法正確的是(　　)
A.雨水信號是輸出量
B.控制器是電動機(jī)
C.執(zhí)行器是濕度傳感器
D.被控對象是窗戶
D
4.王歡同學(xué)想設(shè)計(jì)如圖所示的自動晾衣桿控制系統(tǒng),當(dāng)下雨時(shí)晾衣桿會自動收回。她認(rèn)為該系統(tǒng)可以由濕敏傳感器、控制電路、電動機(jī)、齒輪齒條、限位開關(guān)、晾衣桿等部件組成。該控制系統(tǒng)的被控對象是(　　)
A.電動機(jī)
B.控制電路
C.晾衣桿
D.濕敏傳感器
C
5.如圖所示是汽車輪胎維護(hù)控制系統(tǒng)示意圖。汽車行駛時(shí),壓力傳感器將檢測到的輪胎壓力信號傳送給ECU電子控制單元,當(dāng)輪胎氣壓比正常壓力低10%時(shí),車上的報(bào)警燈通知駕駛員,系統(tǒng)打開止回閥對管道進(jìn)行加壓并檢查壓力。如管道未達(dá)到正常壓力,系統(tǒng)開始對輪胎進(jìn)行充氣,直到達(dá)到正常壓力。關(guān)于輪胎的充氣控制,下列說法不正確的是(　　)
A.輸入量是正常壓力值
B.被控對象是報(bào)警燈
C.控制器是ECU電子控制單元
D.該控制是閉環(huán)控制
B
被控對象是輪胎
6.如圖所示是一種自動尋軌器。本產(chǎn)品有線性跟蹤功能,它通過兩個紅外二極管發(fā)出信號和兩個接收器感應(yīng)地面顏色來識別路線,能自己沿自制的黑色軌道行走。當(dāng)偏離黑色軌道時(shí),尋軌器的單片機(jī)電路會根據(jù)兩個傳感器的信號差別判斷出是左偏還是右偏,再相應(yīng)地驅(qū)動右輪或左輪糾正行駛的方向。關(guān)于尋軌器的控制系統(tǒng),其設(shè)定值是(　　)
A.自制軌道的黑顏色
B.自制軌道路線的形狀
C.尋軌器的行駛方向
D.尋軌器的左偏或者右偏
B
7.如圖所示為紙漿濃度控制系統(tǒng)工作原理示意圖,其工作原理是:控制器將傳感器檢測到的配漿濃度與設(shè)定值相比較,根據(jù)偏差值控制電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)清水流量,從而使配漿濃度達(dá)到設(shè)定值。在該控制系統(tǒng)工作原理示意圖中,不直接參與濃度自動控制的部件是(　　)
A.電動調(diào)節(jié)閥
B.控制器
C.傳感器
D.手動取樣閥
手動取樣閥屬于手動控制部分,與自動控制無關(guān)
D
8.如圖所示為某校學(xué)生設(shè)計(jì)制作的自動取湯機(jī),能保持湯的溫度在一定范圍內(nèi)。按下取湯按鈕,就會自動落下一個碗,并放出一定量的湯在碗中。在該自動取湯機(jī)的溫度控制系統(tǒng)中,不需要的器件是(　　)
A.溫度傳感器
B.加熱器
C.溫度控制器
D.定時(shí)器
D
9.如圖所示是一種風(fēng)阻尼器,用于高層建筑應(yīng)對臺風(fēng)。一個幾百噸重的大鐵球通過彈簧和液壓裝置安裝在高層建筑物的中上部,當(dāng)強(qiáng)風(fēng)來襲時(shí),該裝置的傳感器探測到建筑物的搖晃程度,通過計(jì)算機(jī)控制液壓裝置推動大鐵球向反方向運(yùn)動,從而降低建筑物的搖晃程度。若把大鐵球作為被控對象,下列分析中不正確的是(　　)
A.輸入量是建筑物的搖晃程度
B.控制器是計(jì)算機(jī)
C.控制量是風(fēng)力的大小
D.輸出量是大鐵球的運(yùn)動方向和速度
控制量是描述執(zhí)行器運(yùn)行的量,即推力的大小和方向
C
10.下列方法中不屬于黑箱方法的是(　　)
A.用儀器測試集成電路輸出信號判斷集成電路的功能
B.通過腦電波檢查診斷病人大腦的狀況
C.列車司機(jī)用錘子敲擊車輪,通過聲音判斷有無故障
D.通過胃鏡檢查診斷病人的胃部疾病
D
黑箱方法是指研究對象的內(nèi)部無法打開或不便打開的情況下,通過輸入量與輸出量的關(guān)系探測其內(nèi)部的特性。如果把胃部看做研究對象,胃鏡檢查則是直接觀察研究對象內(nèi)部情況,與黑箱方法的概念不符
謝謝觀看

展開更多......

收起↑