資源簡介

(共22張PPT)
第一節
什么是控制
EDUCATION
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學習目標:
1、理解控制的含義
2、了解控制的手段（分類）
3、理解控制在生活和生產中的應用
一、控制實例
控制是一個充滿新奇和挑戰的話題。 從本質上說， 控制是一個跨學科的綜合性學科， 它從古至今已深入到人們生活和工作的方方面面。
蒸汽機車以不同的蒸汽進給量，使汽缸活塞以不同的速度與加速度做往復運動，再通過傳動機構驅動車輪旋轉，從而使列車獲得不同速度與加速度的運動。
磁浮列車控制的最基本要求就是要保證磁浮列車能夠在一定程度的各種擾動作用下保持平衡穩定的懸浮，通過對懸浮高度進行良好控制來實現磁浮列車的穩定性、安全性和舒適性。
雞舍自動飲水器的控制
當飲水盤缺水時，其總重量減輕，彈簧收縮驅動控制桿左端向上運動，將出水閥門打開，自來水從閥門體下端沿飲水盤上表面流入水盤；當水面達到一定高度后，飲水盤總重量增加，加大了彈簧拉力，使控制桿左端向下運動，將出水閥門關閉，自來水停止流出。因此，飲水盤內的水面可自動維持在某一高度上。
空調機制冷、制熱的控制
工作原理：使用空調時，首先要設定溫度，同時空調機會自動檢測室內溫度，并比較這兩種溫度的差值。如果室內溫度低于設定溫度，空調機不工作；當室內溫度高于設定溫度時，空調機開始工作。此時，制冷劑在室內機（蒸發器）中由液態變為氣態，吸收大量熱量，從而降低室內溫度，而壓縮機和室外機的作用是把離開蒸發器的氣態制冷劑壓縮冷凝為液態制冷劑，并把熱量釋放到室外。
1、概念：人們按照自己的意愿或目的，通過一定的手段，使事物向期望的目標發展，這就是控制。
例如：利用自動澆灌裝置給植物補水，并且通過改變進氣管在接水盤中的位置控制水位。
二、控制的含義
非期望方向
事物（控制對象）
期望方向
通過一定的手段
2、控制產生的原因：
由于事物的發展與變化具有多樣性，為了讓事物發展的結果是人們所期望的，需要“控制”。
3、控制的三要素
目 的
對 象
手 段
控制要達到什么目的
控制的對象是什么
采取什么控制手段
舉例：汽車的轉向控制:控制目的:改變行駛方向 控制對象:車輪
控制手段：駕駛者通過轉動方向盤推動轉向桿，再帶動車輪轉向。
二、控制的含義
控制類型
1、按照是否有人工干預情形來分類
人工（手動）控制：控制的過程有人的直接干預和全程干預
自動控制：控制的過程無人直接參與
智能控制：自動控制領域里的一個新的分支和發展方向
三、控制的分類
智能控制是具有智能信息處理、智能信息反饋和智能決策的控制方式，它能在無人干預的情況下，自主地驅動智能機器實現控制目標。如：無人駕駛的汽車，智能機器人，學校智能控制系統等。智能控制主要用于解決復雜系統的控制問題。
三、控制的分類
1、按照是否有人工干預情形來分類
機械手
氣動控制：利用氣體的力量實現控制。
車門開或關
噴霧器噴灑農藥
空氣壓縮機
氣動閥門
2.按照控制信號流和執行部件的不同，控制可分：
氣動控制、液壓控制、電動控制、機械控制、電子控制
三、控制的分類
在很多控制的事例中，控制的手段是多樣、綜合的。
如機械手通常由控制系統、驅動系統和執行系統組成，就是由電子、氣動或液壓與機械控制的結合。
機器人是由機械、電子、智能等綜合控制。
機器人
拓展
3.控制按是否有反饋可分為開環控制、閉環控制
開環控制概念：控制中不將控制的結果反饋回來影響控制作用的系統。
特點：無反饋
如紅綠燈定時控制
閉環控制概念：能將控制的結果反饋回來與希望值進行比較，并根據誤差及時調整控制作用。
特點：有反饋，反饋影響控制。
如空調房間溫度控制系統，電冰箱溫度控制系統。
三、控制的分類
四、控制在生產和生活中的應用
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第二節
控制系統的基本組成和工作過程
一、典型控制系統案例分析
例1自動門控制
自動門的動作過程:當門口沒有人時，門是關著的，即常關狀態(圖4-11);當有人來到門口時，門自動打開工作，即打開狀態(圖4-12);當人離開門口后一小段時間，門又自動關閉,返回常關狀態。
一、典型控制系統案例分析
例1自動門控制
自動門的組成和工作過程：
組成：（1）門；（2）電動機；（3）控制器；（4）傳感器。
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。
人（有/無）
傳感器
控制器
電動機
（執行器）
門
（被控對象）
輸入
輸出
門（開/關）
【閱讀材料】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）。
當水箱內的水沒有達到設定的水位（水箱內的“”所示）時，水箱的水龍頭打開，向水箱內放水;當水面達到設定位置,水龍頭關閉。它有兩種控制方式:一種是人工控制(圖4-14);一種是自動控制（圖4-15)。下面分別分析、研究這兩種控制。
一、典型控制系統案例分析
例2 水箱水位控制
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。
一、典型控制系統案例分析
例2 水箱水位控制
一、典型控制系統案例分析
例2 水箱水位控制
實際水位為被控量，即輸出量;閥門開度(開/關)為控制量。
案例2中，信息流經一個閉合環路，這類系統稱為閉環控制系統。閉環控制系統中，將輸出信息反傳給比較環節，稱為反饋。符號“ ”代表輸入信號與反饋信號比較，稱為比較環節。而案例1中，沒有反饋，也就不存在閉環，這類系統稱為開環控制系統。
人（有/無）
傳感器
控制器
電動機
（執行器）
門
（被控對象）
輸入
輸出
門（開/關）
二、控制系統的基本組成和工作過程
（一）控制系統的基本組成
（二）開環控制系統與閉環控制系統的比較
二、控制系統的基本組成和工作過程
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
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。
二、控制系統的基本組成和工作過程
（三）怎樣理解閉環控制系統的工作過程
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第三節
控制系統框圖

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