資源簡介

第二節 控制系統的基本組成和工作過程
教學目標
掌握控制系統的基本組成要素，理解簡單控制系統的工作過程。
通過實例分析了解手動控制、自動控制、智能控制的特點。
熟悉簡單的開環控制系統和閉環控制系統的基本組成和工作過程，理解其中的傳感器、控制器、執行器等的作用。
了解反饋原理，通過實例分析理解反饋環節和比較環節。
養成對身邊控制技術問題的敏感性和探究欲望，并能關注新的控制技術的發展，培養正確使用控制技術的意識。
教學重點
通過水箱水位控制的體驗、觀察和分析，了解閉環控制系統的基本組成與工作過程，以及閉環控制系統功能的描述方法。
教學難點
準確描述開環與閉環控制系統的區別與工作過程。
教學方法
講授法、小組討論法、案例分析法
教學環境
多媒體教室
教學過程：
教學 過程 教學活動 學生 反映
導入新課 在很多公共場合都使用了聲控燈，如進入樓道后只要發出一定的聲響，電燈就會自動點亮，過一段時間電燈又會自動熄滅。這種燈的控制系統是什么構成的？又是如何工作的？
實例一 自動門控制 動作過程：當門口沒人時，門是關著的；當有人來到門口時，門自動打開；當人離開門口后一小段時間，門又自動關閉。 自動門的功能和技術要求： 功能： （1）無人時，常關。 （2）有人時，打開。 技術要求： （1）當來人距門1m左右時，門即打開。 （2）當傳感器確認門附近無人后，延時10s，門即關閉。 系統組成 工作過程： （1）當有人到達門前一定距離時，傳感器感知，并發出“有人”信號。 （2）控制器接到傳感器拿過來的信號，經變換放大后傳給電動機。 （3）電動機根據傳來的開門信號轉動，門被打開。 （4）在門附近無人的情形下，控制器保持開門信號延時（如10s）后，自動發出關門信號，電動機反轉，門重新關閉。 輸入與輸出 在自動門控制系統中，有人，就是有了一種信號。信號被傳感器感知， 通過傳感器給系統以輸入。這種輸入信號、輸入作用，簡稱為輸入。 系統在輸入的作用下，被控對象對輸入產生相應的動作，即響應。 如有人時，門就被打開。門打開，就是輸出信號、輸出作用，簡稱輸出。 這里的輸入與輸出，實際上指的是狀態，如有（無）人、門開（關）。
實例二 水箱水位控制 當水箱內的水沒有達到設定水位時，水箱的水龍頭打開，向水箱內放水；當水箱內水面達到設定位置，水龍頭關閉。它有兩種控制方式： 一種是人工控制（如上圖左）； 一種是自動控制（如上圖右）。 控制方式系統組成工作過程對比人工水箱；閥門；人水面低于設定水位，人工放水，高于設定水位，人工關水自動控制中浮子和連桿機構的作用，相當于人工控制中的人眼、人腦和人手的作用。自動水箱；閥門；連桿機構；浮子低于設定水位，浮子下落，閥門打開，進水；達到設定水位，通過連桿機構，關閉閥門。
自動進水水箱水位控制系統的組成與工作過程框圖 實際水位為被控量即輸出量； 閥門開度（開/關）為控制量。 信息流經一個閉合環路，這類系統稱為閉環控制系統。輸出的信息反傳給比較環節，稱為反饋用
控制系統的基本組成和工作過程 (
傳感器
控制器
執行器
反饋環節
比較環節
)（一）控制系統的基本組成 被控對象 控制裝置 (
閉環控制系統
) （二）開環控制系統與閉環控制系統的比較 名稱優點缺點開環控制系統結構和原理比較簡單，僅有一條開放路徑控制精度不高閉環控制系統較高的控制精度和較強的抗干擾性能結構較為復雜
（三）怎樣理解閉環控制系統的工作過程 （1）輸入信號和反饋環節傳回來的反饋信號相比較，產生偏差信號。 （2）控制器根據偏差信號的大小和極性（正或負），產生控制作用，傳給執行器。 （3）執行器將此信號放大、變換后，傳到被控對象上。 （4）被控對象受執行器傳來的信號(控制信號)的驅動，產生輸出信號。 （5）與此同時，反饋環節又將感知到的被控對象的輸出信號，經變換后產生反饋信號。
總結

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