資源簡(jiǎn)介

第四單元 控制與設(shè)計(jì)
復(fù)習(xí)綱要
控制的含義
簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的分析
簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
復(fù)習(xí)內(nèi)容
控制的含義
控制的含義
人們按照自己的意愿或目的，通過(guò)一定的手段，使事物向期望的目標(biāo)發(fā)展，這就是控制。
結(jié)合事例，重點(diǎn)闡明控制的對(duì)象是什么；控制要達(dá)到什么目的；采取什么控制手段。
控制事例 控制的對(duì)象 控制的目的 控制的手段
電風(fēng)扇扇葉轉(zhuǎn)速快慢的控制 電風(fēng)扇 調(diào)節(jié)速度 換檔
音響的音量控制 音響 音量的調(diào)節(jié) 旋鈕
燃?xì)鉄崴鳒囟鹊目刂?熱水器 調(diào)節(jié)出水口溫度的高低 改變?nèi)細(xì)饣痤^的大小
用噴霧器噴灑農(nóng)藥 噴霧器 給莊稼治病 操作噴霧器的手柄
控制的應(yīng)用
控制的應(yīng)用自古就有，并在近代得到迅速發(fā)展，在社會(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域都有極其廣泛的應(yīng)用。如：汽車(chē)自動(dòng)化生產(chǎn)線；農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化設(shè)施；現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)家電。
3、控制應(yīng)用的意義。
答：①控制應(yīng)用到生活中，提高了人們的生活質(zhì)量，人類(lèi)能夠在一定程度上按照自己的意愿改變周?chē)沫h(huán)境，使之能滿足人們的需要。②提高勞動(dòng)效率，減輕勞動(dòng)這的勞動(dòng)強(qiáng)度。③在軍事、國(guó)防等領(lǐng)域的應(yīng)用，能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確鎖定。
簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的分析
控制的分類(lèi)：人工控制（控制的過(guò)程是在人的直接干預(yù)和全程干預(yù)下進(jìn)行的）和自動(dòng)控制（是指在無(wú)人直接參與的情況下，使事物的變化準(zhǔn)確地按照期望的方向進(jìn)行）。開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制。
開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制
能將控制的結(jié)果（即比較量）反饋回來(lái)與希望值（即基準(zhǔn)量）進(jìn)行比較，并根據(jù)它們的誤差及時(shí)調(diào)整控制作用的系統(tǒng)，稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。而不將控制的結(jié)果反饋回來(lái)影響控制作用的系統(tǒng)，稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。
系統(tǒng)中將控制結(jié)果反饋回來(lái)的部分，稱為反饋環(huán)節(jié)。閉環(huán)控制系統(tǒng)都有反饋環(huán)節(jié)，所以有時(shí)又稱閉環(huán)控制系統(tǒng)為反饋控制系統(tǒng)。反饋環(huán)節(jié)是閉環(huán)控制系統(tǒng)的重要特征。
判斷一個(gè)控制系統(tǒng)是否為閉環(huán)控制的簡(jiǎn)單方法是：考察分析當(dāng)控制效果發(fā)生變化時(shí)，例如給被控對(duì)象或被控量施加一些干擾，控制系統(tǒng)能否作出相應(yīng)的調(diào)整去改變控制的效果，以減少控制誤差，如果能，則為閉環(huán)控制，否則是開(kāi)環(huán)控制。
控制系統(tǒng)的組成
以投擲飛鏢和騎自行車(chē)為例子，可分別用下圖描述它們的控制過(guò)程。
期望值 落點(diǎn)
投擲飛鏢的控制過(guò)程
期望值 行駛方向
騎自行車(chē)的控制過(guò)程
一個(gè)工程領(lǐng)域的控制系統(tǒng)的控制過(guò)程與人進(jìn)行控制的過(guò)程是相似的，兩者都有控制指令的發(fā)出者、控制指令的執(zhí)行者，如果是閉環(huán)控制，還都存在反饋環(huán)節(jié)。控制系統(tǒng)的基本構(gòu)架是相似的，我們引入控制器與空置量、被控對(duì)象與被控量等概念。
①在上圖中，人的大腦都是控制命令的發(fā)出者，我們把這一部分稱為控制系統(tǒng)的控制器。
②控制系統(tǒng)都有確定的控制目的。騎自行車(chē)要控制的是自行車(chē)的行駛方向；投擲飛鏢的目的是擊中靶心，即控制飛鏢的落點(diǎn)。所以自行車(chē)的行駛方向、飛鏢的落點(diǎn)就是這兩個(gè)控制系統(tǒng)中的被控量。
③要對(duì)被控量進(jìn)行調(diào)整，在騎自行車(chē)的例子中，是通過(guò)對(duì)自行車(chē)的控制實(shí)現(xiàn)的，而在投擲飛鏢的例子中，是通過(guò)對(duì)飛鏢的控制實(shí)現(xiàn)的。自行車(chē)和飛鏢就是指兩個(gè)控制系統(tǒng)中的被控對(duì)象。
④有時(shí)，控制器發(fā)出的命令并不能直接對(duì)被控對(duì)象產(chǎn)生影響。在騎自行車(chē)和投擲飛鏢的過(guò)程中，大腦發(fā)出的生物信號(hào)，并不能直接影響自行車(chē)或飛鏢的狀態(tài)，而是要通過(guò)肢體去控制自行車(chē)和飛鏢。這種將控制器發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成能影響被控對(duì)象的信號(hào)的裝置，稱為執(zhí)行器。上圖中人的肢體就是執(zhí)行器。
⑤肢體動(dòng)作能夠控制自行車(chē)和飛鏢的狀態(tài)，實(shí)際上是對(duì)它們施加了一定的力。這種能對(duì)被控對(duì)象產(chǎn)生作用，從而使被控量發(fā)生變化的量，稱為空置量。
4、控制系統(tǒng)的框圖表示
給定值 控制量 被控量
開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
比較器
控制量 被控量
給定值
閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟：
第一步是確定控制的目的。
第二步是確定系統(tǒng)的被控量，即控制系統(tǒng)要控制什么。一般情況下，系統(tǒng)的控制目的就是系統(tǒng)的被控量，如速度控制系統(tǒng)的被控量是速度，溫度控制系統(tǒng)的被控量是溫度。
第三步是明確系統(tǒng)被控量應(yīng)達(dá)到的精度指標(biāo)，如速度、溫度的精度指標(biāo)。
第四步是選定控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。控制系統(tǒng)有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)，系統(tǒng)的控制精度、造價(jià)指標(biāo)，將知道我們選擇控制系統(tǒng)的類(lèi)型（開(kāi)環(huán)或閉環(huán)）及閉環(huán)控制中對(duì)反饋環(huán)節(jié)的要求。
第五步是建立系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的模型。大型、復(fù)雜控制系統(tǒng)分析和仿真都依賴于模型的建立，對(duì)于簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)可不建立模型而直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)系統(tǒng)的性能。
第六步是確定待調(diào)參數(shù)。不管是對(duì)模型進(jìn)行仿真還是進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)際實(shí)驗(yàn)，我們都要找出最能影響系統(tǒng)性能的一些參數(shù)作為仿真或?qū)嶒?yàn)時(shí)觀察、調(diào)整的對(duì)象，通過(guò)對(duì)它們的調(diào)整，使系統(tǒng)達(dá)到最佳的性能。
設(shè)計(jì)的最后步驟是分析、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的性能。
2、控制中的干擾
在實(shí)際的控制系統(tǒng)中，常常會(huì)有一些變化不定的因素對(duì)系統(tǒng)的行為造成不利影響，這種有害的因素我們稱其為干擾。
3、克服干擾的基本方法
閉環(huán)控制系統(tǒng)比開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)有更好的抗干擾能力。另外，就干擾的性質(zhì)來(lái)說(shuō)，有些干擾是可以避免的，而有些干擾是不可避免的，要分析干擾的性質(zhì)，然后“對(duì)癥下藥”。
4、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路和閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求。
Ⅰ、要設(shè)計(jì)好一個(gè)控制系統(tǒng)：①明確這個(gè)系統(tǒng)要達(dá)到的目的是什么；②所要控制的對(duì)象是什么；③被控對(duì)象有哪些重要的特性；④被控量和控制量分別是什么；⑤外界的主要干擾因素有哪些；⑥選擇怎樣的設(shè)計(jì)方案既能達(dá)到目的，又經(jīng)濟(jì)、易于實(shí)現(xiàn)；⑦如何選擇設(shè)備和原件。Ⅱ、對(duì)于簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制系統(tǒng)，有以下基本要求：①一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)要正常工作，首先必須是穩(wěn)定的；②控制系統(tǒng)的控制精度必須符合要求，即系統(tǒng)的輸出量與給定值之差應(yīng)控制在允許的范圍之內(nèi)；③閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)有較好的抗干擾性能。
復(fù)習(xí)習(xí)題
1、按時(shí)間順序進(jìn)行控制的“交通路口紅綠燈控制系統(tǒng)”系統(tǒng)中被控對(duì)象是 ( )
A、控制電路 　B、 紅綠燈 C、開(kāi)關(guān)裝置 D、路面車(chē)輛
2、學(xué)校的打鈴系統(tǒng)目前一般都由電腦控制，其控制系統(tǒng)為 （ ）
A、機(jī)械控制閉環(huán)、控制系統(tǒng) B、電子控制、閉環(huán)控制系統(tǒng)
C、機(jī)械控制、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) D、電子控制、開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)
3、干擾對(duì)控制系統(tǒng)的影響是 ( )
A、使控制系統(tǒng)的輸出量發(fā)生變化 B、使控制系統(tǒng)的輸入量發(fā)生變化
C、使控制系統(tǒng)的控制量發(fā)生變化 D、使控制系統(tǒng)的輸出量和輸入量同時(shí)發(fā)生變化
4、在空調(diào)、自動(dòng)升降國(guó)旗、光控路燈、音樂(lè)噴泉，這四個(gè)控制系統(tǒng)中．哪個(gè)一定是閉環(huán)控制系統(tǒng)？( ）
A．空調(diào) B．自動(dòng)升降國(guó)旗 C．光控路燈 D．音樂(lè)噴泉
5、下列控制系統(tǒng)中，不屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)的是（ ）
A．抽水馬桶水箱的自動(dòng)控制系統(tǒng) B．加熱爐的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)
C．紅外線自動(dòng)門(mén)控制 D．學(xué)校供水水箱的水位自動(dòng)控制系統(tǒng)
6、自行車(chē)剎車(chē)控制過(guò)程如下：剎車(chē)時(shí)，施加一定的握把力，通過(guò)杠桿系統(tǒng)，使剎車(chē)片壓緊車(chē)圈（或輪軸），車(chē)輪減速。剎車(chē)握緊力與車(chē)輪轉(zhuǎn)速一一對(duì)應(yīng)。這是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 在這個(gè)控制系統(tǒng)中執(zhí)行器是（　　）
A．握把 B．杠桿系統(tǒng) C．剎車(chē)片 D．車(chē)輪
7、理解一個(gè)控制現(xiàn)象，要明確控制的對(duì)象是什么，控制要達(dá)到什么目的和采取什么控制手段。例如，射擊 比賽的射手通過(guò)瞄準(zhǔn)目標(biāo)，使子彈射中靶心，分析這個(gè)過(guò)程，其控制的對(duì)象是（ ）
A．人 B．槍 C．子彈 D．靶
8、如果將某人通過(guò)電話叫對(duì)方干某事的過(guò)程，看成是一個(gè)控制，那么線路中的噪聲及通話環(huán)境的嘈雜聲，可以稱作是控制環(huán)節(jié)中的（ ）
A、給定值 B、被控對(duì)象 C、被控量 D、干擾
9、在電冰箱的溫度控控制系統(tǒng)中下列情況不屬于影響其溫度控制的干擾因素：( )
A .冰箱門(mén) B.電冰箱所在房間的溫度從20攝氏度變到32攝氏度
C、電熱菜或熱飯放入電冰箱中 D、在電冰箱外放一盆冷水
10、下列不屬于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的是：（ ）
A、自動(dòng)門(mén) B、自動(dòng)聲控?zé)? C、自動(dòng)烘手機(jī) D、電飯鍋溫控系統(tǒng)
11、王大伯蓋了一個(gè)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度的小型花房，
花房的溫度冬季一般控制在18℃左右，夏季一般控制在25℃左右。
請(qǐng)分析它可能的工作過(guò)程，并畫(huà)出花房溫度控制系統(tǒng)的方框圖。
提示：該花房溫控設(shè)備包括控制器、
加熱元件和制冷元件、檢測(cè)裝置、比較器等。
12、如圖所示是水箱液位控制系統(tǒng)，當(dāng)水箱出水量大時(shí),水位下降浮子下沉，帶動(dòng)活塞偏離進(jìn)水口位置，此 時(shí)進(jìn)行補(bǔ)水直到水箱里的水位上升到給定水位，浮子上浮，活塞歸位。在這個(gè)系統(tǒng)中，浮子、活塞以及兩者之間的連桿機(jī)構(gòu)組成一個(gè)杠桿系統(tǒng)。試回答以下問(wèn)題：
（1）該控制系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)控制還是閉環(huán)控制？
（2）該控制系統(tǒng)的輸入量和輸出量分別是什么？
（3）該控制系統(tǒng)中浮子起什么作用？
（4）畫(huà)出控制系統(tǒng)的框圖。
參考答案：BDAAC CBDDD
11、
12、（1）該控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)（2）該控制系統(tǒng)的輸入量給定水位，輸出量是實(shí)際水位（3）該控制系統(tǒng)中浮子起反饋調(diào)節(jié)作用，當(dāng)水位下降時(shí)浮子下沉通過(guò)杠桿系統(tǒng)將活塞下拉，使水位回升到給定值。
飛鏢
肢體
大腦
自行車(chē)
肢體
大腦
眼睛
被控對(duì)象
執(zhí)行器
控制器
被控對(duì)象
執(zhí)行器
控制器
反饋環(huán)節(jié)

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