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(共32張PPT)
第四章 控制與設計
第一節 了解控制
第二節 控制系統的組成和描述
教學目標：
1.理解控制的含義
2.了解控制的手段
3.理解控制在生活和生產中的應用
1、控制的手段
2、控制的應用
一、控制
事物的發展與變化具有多樣性。例如，一棵樹可能因為某種原因結不出果實，也可能碩果累累，而且果實可能有大有小，或酸或甜；降落的雨水，可以用來灌溉農田，也可以供人們沖洗物品，還可以發電，但也可能流入江河，甚至有可能引起洪澇災害。
魚塘：
成熟的西瓜：
流行性病毒：
指出下列事物發展與變化的多種可能性：
事物的發展結果可能是人們預先期望的，也可能與預期的目標不相符，甚至是不希望得到的。如果人們想達到某一特定的目的，就必須借助適當的手段來實現。
馬上行動
干涸
溢出水
其中的魚可能多而肥，可能少而弱
被摘下吃掉
榨汁
爛掉
傳染人群使人發病
被人的抵抗力所戰勝
通過預防和綜合治理而被控制
二、控制的涵義
例如：射手通過瞄準，使箭射中靶心；人們通過電冰箱獲得適當的溫度，使食物能夠長期存放；先進的生產流水線通過計算機的“指揮”，實現自動化生產等。
控制是根據自己的目的，通過一定的手段使事物沿著某一確定方向發展的行為和過程。
日常生活中的控制
手動開關
紅外遙控開關
紅外線感應水龍頭
自動門
控制在工業生產中的應用
控制應用到工業生產中，提高了產品的質量和生產效率，減輕了工人的勞動強度。
流水線生產
紡織機
現代社會中的例子：
數控機床
飛機駕駛
控制在軍事、國防中的應用
控制應用到軍事國防中，提高了國家防備和抵抗侵略的能力。
導 彈
農田灌溉
控制室
水泵
控制在農業生產中的應用
在農業生產中應用控制技術，大大提高了農業生產效率，降低了農業勞動強度。
灌溉
溫室
控溫
農田灌溉
折射式微噴
射流式微噴
錘式微灌
現代網絡家電
生活
三、控制的分類
從控制過程中人工干預的情形來分：
人工控制（手動控制）：必須在人的直接干預下才能完成任務。例：人工紡紗、打開普通自來水龍頭，撳按鍵打開電燈、駕駛汽車等；
自動控制：控制的過程中不需要人的干預，就可按期望規律或預定程序進行的控制系統。例：數控機床、飲料自動裝罐生產線、花房恒溫控制、十字路口紅綠燈的轉換等
按照執行部件的不同，控制分為：
機械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等
1、分析下列控制現象是自動控制還是手動控制：
（1）搖動轱轆，提取井水；
（2）用氣筒給自行車的輪胎充氣；
（3）電梯的上下運行控制；
（4）農用灌溉抽水機抽水的控制。
例、乘涼的方式
自動門
太陽能路燈
電風扇的風速控制系統（control system）
電機、扇頁
電風扇風速的檔位
（輸入）
風速
（輸出）
一個檔位對應著一個風速。
1、定義：
任何一種控制的實現，都要通過若干個環節，這些環節就構成了一個系統，稱為控制系統。
一、控制系統
燈的開關控制的過程：
輸入信號
輸出信號
燈
開關
游泳池注水控制系統方框圖：
游泳池
進水閥門
定時器
設定注水時間
（輸入）
水流量
游泳池的水位
（輸出）
燈的開關控制的方框圖：
燈
電路
開關
手的動作
（輸入）
電流
光線
（輸出）
二、開環控制系統
2、特征：
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。
1、定義：
控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響，
這種控制稱為開環控制系統。
列舉你所知道的開環控制系統。
1、自動聲光控燈
2、自動烘手機
······等
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？
······ ······
三、閉環控制系統
三、閉環控制系統
1、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。
系統中講控制結果反饋回來的部分，成為反饋環節。
反饋環節是閉環控制系統的重要特征。
判斷一個控制系統是否為閉環控制的簡單辦法是：
考察分析當控制效果發生變化時，例如給被控對象或被控量施加一些干擾，控制系統能否做出相應的調整去改變控制的效果，以減少控制誤差，如果能，則為閉環控制，否則是開環控制。
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
閉環控制系統就是把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。
給定量
比較器
控制器
執行器
被控對象
檢測裝置
被控量
×
控制量
﹢
﹣
簡單閉環控制系統的方框圖如下：
控制器：即對輸入信號進行處理并發出控制命令的裝置或元件。
執行器：即直接對被控對象進行控制的裝置或元件。
控制量：即執行器的輸出信號。
輸入量：即控制系統的給定量。
輸出量：即控制系統所要控制的量。
被控對象：即控制系統中所要求控制的裝置和生產過程。
被控對象
執行器
控制器
輸入量
控制量
輸出量
簡單開環控制系統的方框圖
→
→
→
→
抽水馬桶水箱的水位自動控制示意圖
×
給定水位
比較器
控制器
進水閥門
水箱
檢測裝置
水箱水位
水流量
﹢
﹣
案例分析：空調器溫度控制系統
炎炎夏日，人們采取各種消暑措施消暑，空調是第一選擇。那么，空調器是如何控制溫度的呢？它的工作過程又如何呢？
問題：根據空調器的工作過程，試畫出其溫度控制系統的方框圖。
提示：如設定溫度為25oC，室內溫度如果高于25oC，那么空調通過比較，控制電路發出信號促使壓縮機進行工作；當溫度達到25oC時，控制電路發出信號，壓縮機停止工作，風扇照常工作。因此，空調溫度控制系統中有從輸出端返回到輸入端的信息反饋，它是閉環控制系統。
空調器溫度控制系統方框圖如下：
×
設定溫度
比較器
控制電路
壓縮機
空調器
檢測裝置
輸出溫度
空氣溫度
﹢
﹣
自動門如何實現自動開、關的呢？
電機
自動門
控制電路
門的開啟
與關閉
人體
熱輻射
轉動
電機
控制電路
紅外傳感器
控制器
執行器
控制量
紅外傳感器
小游戲：
請同學閉著眼睛在紙上畫出來。
兩種畫法的差別：
盲畫：控制差、不能準確定
位，誤差較大；
眼睛定位：控制好、能準確
定位，誤差較小。

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