資源簡介

(共32張PPT)
第四章 控制與設計
　控制系統的基本組成與工作過程
學習目標
1、分析典型案例，熟悉簡單的開環控制系統的基本組成和簡單的工作過程。
2、熟悉閉環控制系統的基本組成，理解其中的控制器、執行器的作用。
3、掌握開環和閉環控制系統的區別。
日常生活中的控制舉例
日常生活中的控制舉例
格里芬飛躍汽車灌籃
自動門的動作過程是：當門口沒有人時，門是關著的；當有人來到門口時，門打開；當人離開門口后一段時間，門又關閉。
自動門的功能和技術要求有：
功能：
（1）無人時，常關；
（2）有人時，開門。
案例分析：自動門工作原理
技術要求：
（1）當人距門1m時，門即打開。
（2）門打開后，延時10s后關門。
系統組成：門、電動機、控制器、傳感器。
案例分析：自動門工作原理
工作過程
（1）當有人到達門前某一距離時，傳感器感知，并發出“有人”的信號
（2）控制器接到傳感器傳來的信號后，經變換放大后傳給電動機（這里的電動機叫做執行器，也稱為驅動器）；
（3）電動機根據傳來的開門信號轉動，門被打開（這里的門叫做被控制對象，也稱為控制對象，簡稱對象）
（4）控制器保持開門信號延遲后，自動發出關門信號，電動機反轉，門重新關閉。
系統組成與工作過程如圖：
案例分析：自動門工作原理
一、開環控制系統的含義：
控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響，這種控制系統稱為開環控制系統。
對“自動門”的擴展探究三例：
②自動門前跑過一條狗，自動門會不會打開？
①門的重量不同，對系統的哪個部分有不同
的要求？
③自動門前開過一輛汽車，自動門會不會打開？
對“自動門”的擴展探究三例：
④如何將自動門裝置改為汽車車庫中的
自動門？
自動門
對“自動門”的擴展探究三例：
⑤當人一直站在門口時，自動門會怎樣動
作？為什么？
開環控制系統的特點：
1、系統的輸出量直接受輸入量的控制；
2、信號（或信息）的傳遞是單向的，總是從輸入端單向傳至輸出端。
1、夜半時刻，在十字路口，沒有行人，汽車卻仍然要等待？怎么辦？
2、游泳池注水或樓頂水箱注水，時間到了可是有時水滿了，有時卻未滿，怎么辦？
······ ······
二、閉環控制系統
下圖是一個典型的閉環控制系統——
水箱水位的閉環控制系統
注入水流量
進水閥門
浮子
水箱
桿杠
實際水位
給定水位
注入水流量
控制方框圖：
P108
傳感器 控制器 執行器
對象
人工 控制 人眼 人腦 和手 進水 閥門
水箱
自動 控制 浮子 連桿 機構 進水 閥門
水箱
水箱水位兩種控制方式比較
環節
方式
水箱注水控制系統方框圖：
簡單閉環控制系統的方框圖：
被控對象
執行器
控制器
給定量
控制量
被控量
檢測裝置
比較器
-
+
水箱
進水閥門
連桿
給定水位
開度
水箱的水位
（輸出）
浮子
比較器
+
-
二、閉環控制系統
二、閉環控制系統
定義：
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
游戲：畫鼻子
要求：
選手閉上眼睛，
試著給圖片畫上鼻子。
如何判斷開環控制系統與閉環控制系統
自動門控制系統框圖
如何判斷開環控制系統與閉環控制系統
開環控制的特點：
1、它是單向的控制過程；
2、輸入量與輸出量往往是不同性質的量。
閉環控制的特點：
1、有反饋；
2、會調整；
3、“結果”會影響“結果”；
4、給定量與被控量是可比較的同一種性質的量。
5、輸出量到輸入量之間的信號形成一個回路
傳感器的作用不同：
開環控制檢測的是輸入信號，
閉環控制檢測的是輸出信號
這是閉環系統嗎？
同學們幾乎每天聽著擴音機里播放的音樂做廣播體操，但擴音機從未引起大家的注意。學習了上面的內容后，請大家思考：
擴音機是一個什么控制系統？
簡單的控制系統由兩部分組成，即被控對象和控制裝置。其中的控制裝置，包括傳感器、控制器、執行器等環節，對于閉環系統來說，還包括反饋環節與比較環節。
三、控制系統的基本組成
四、小結
控
制
系
統
開環
閉環
控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響
系統的輸出量僅受輸入量控制，輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞
系統的輸出量返回到輸入端并對控制過程產生影響
輸出量到輸入量之間的信號形成一個回路
1、下列控制系統中，屬于開環控制系統的是（ ）
A、電冰箱的溫度控制
B、計算機的CPU上的風扇的轉速控制
C、現代化農業溫室的溫度控制
D、家用縫紉機的縫紉速度控制
2、下面控制系統中，屬于閉環控制的有（ ）
A、電風扇機械定時開關控制系統
B、電子門鈴控制系統
C、電磁爐溫度自動控制系統
D、自行車制動系統
隨堂檢測
D
C
輸入量
（接通電源）
控制器
（控制電路）
執行器
（水泵）
被控對象
（水管）
輸出量
（水管排出水）
控制量
（水流量）
水泵抽水
輸入量
（開、關）
控制器
（控制電路）
執行器
（執行活塞）
被控對象
（車門）
輸出量
（車門的開或關）
控制量
（壓縮空氣流向）
公共汽車開關門
冰箱控制
控制器
（大腦）
執行器
（手）
被控對象
（籃球）
被控量
（籃球位置）
給定量
（籃圈位置）
檢測裝置
（眼睛）
控制量
（投擲力）
比較器
投籃控制
1、下列控制系統中，屬于開環控制系統的是（ ）
A、電冰箱的溫度控制
B、計算機的CPU上的風扇的轉速控制
C、現代化農業溫室的溫度控制
D、家用縫紉機的縫紉速度控制
2、下面控制系統中，屬于閉環控制的有（ ）
A、電風扇機械定時開關控制系統
B、電子門鈴控制系統
C、電磁爐溫度自動控制系統
D、自行車制動系統
隨堂檢測
D
C
3.閉環控制系統由下列各個環節組成（ ）
①控制器 ②執行器 ③被控對象 ④檢測裝置
A、①②③ B、①③④ C、①②③④ D、①②④
4、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進行比較的過程，稱為（ ）
A、反饋 B、干擾 C、控制 D、閉環控制
5、閉環控制系統中反饋的作用是（ ）
A、消除干擾因素 B、實現自動控制
C、減少輸入量的偏差 D、減少輸出量的偏差
C
A
B
王大伯蓋了一個能自動調節溫度的小型花房，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。請分析它可能的工作過程（5分），并畫出花房溫度控制系統的方框圖。 （5分）提示：該花房溫控設備包括控制器、加熱元件和制冷元件、檢測裝置、比較器等。
隨著音樂起伏而變化的音樂噴泉是控制技術的一種具體應用。其工作過程是由 “聲－電轉換裝置”將起伏的音樂強度轉換為隨之而變化的電信號，這種電信號驅動電動機帶動水泵轉動。音樂聲信號強，水泵的轉速就快，噴頭的壓力就大，噴出的水柱就高。反之，噴出的水柱就低。音樂信號的強弱與噴泉水柱的高低一一對應。請回答以下問題：
（1）音樂噴泉控制系統是開環控制還是閉環控制？
（2）該控制系統的輸入信號和輸出信號分別是什么
（3）從控制系統組成的角度，分析“聲－電轉換裝置”在控制系統中起什么作用？
答案：（1）開環控制系統（2）音樂的聲信號、水柱的高度（3）控制器的控制作用
練習
根據開環電子控制系統和閉環控制系統的區別進行分析、判斷，在你認為正確的表格中打
開環電子控制系統 閉環電子控制系統
電子表
電取暖系統
空調
程序控制洗衣機
可調亮度的臺燈
智能洗衣機
電飯煲煮飯

展開更多......

收起↑