資源簡介

(共41張PPT)
4.3
閉環控制系統
的工作過程
控制及其設計
學習目標
01
知道閉環控制系統的基本組成和工作過程
02
學會畫閉環控制系統的方框圖
03
理解反饋在控制系統中的作用
游戲導入
請你來畫鼻子！閉著眼睛畫左邊，睜著眼睛畫右邊
控制系統的分類
閉眼睛畫：
睜眼睛畫：
通過眼睛把結果進行反饋
沒有反饋
繪制的鼻子
大腦
手
目標鼻子
圖像
眼睛
繪制的鼻子
大腦
手
目標鼻子
圖像
閉環控制系統的基本組成和工作過程
01
土壤濕度控制系統
思考：應該如何改進自動澆灌裝置，給兩種植物澆水？
虎皮蘭
喜熱耐干早
綠蘿
喜陰濕忌干燥
定時器
設定的澆水時間
水泵
出水管
出水量
轉速
土壤濕度傳感器
反饋信息
土壤濕度控制系統
思考：請寫出土壤濕度控制系統的方框圖？
比較器
用濕度傳感器檢測土壤濕度，與控制器連接，從而控制電磁閥的開與關，為植物輸送雨水。
閉環控制系統：控制系統中的輸出量返回輸入端，并對控制過程產生影響。
構成閉合回路！
開環控制系統 VS 閉環控制系統
控制器
X
比較器
執行器
被控對象
給定量
被控量
檢測裝置
控制量
+
-
（輸入量）
（輸出量）
控制器
執行器
輸入量
被控對象
輸出量
控制量
（給定量）
（被控量）
從設定濕度到實際土壤濕度的信息傳遞
從輸出端返回到輸入端的信號傳遞，與給定值進行比較
設定土壤濕度
控制器
X
比較器
電磁閥
花盆
土壤的濕度
濕度傳感器
出水量
+
-
土壤濕度控制系統
輸入信號
反饋通道，檢測到土壤濕度信號，返回到輸入端
具有計算功能，與給定濕度值作比較
進行運算處理，當實際濕度低于設定濕度，控制器向執行器下達指令
直接對被控對象進行控制
閉環控制系統——方框圖
（輸出）
（輸入）
是比較器，它將輸出量與設定量進行比較,
求出偏差值（計算功能）
X
★閉環控制系統多了一個由檢測裝置構成的反饋環節，信號傳遞是閉合回路！
檢測輸出量，傳給比較器
①有檢測裝置
②檢測的是輸出量
兩點都滿足為閉環
（1）常見的傳感器
濕度傳感器
壓力傳感器
光敏傳感器
第一代結構傳感器，電阻式傳感器由金屬材料發生形變，使電阻、電流發生變化，從而改變指針或數字
第二代固體傳感器把金屬換成其他如對光，熱量、聲音、磁場等敏感材料
第三代集成傳感器，集成傳感器與芯片組合，不僅能夠轉換信號，還能處理信號
輸入量
輸出量
控制器
執行器
被控制對象
開環控制系統
（光感傳感器）
（電機）
（控制電路）
（窗簾）
（開或關窗簾）
開環控制系統
閉環控制系統
（設定溫度）
（設定溫度）
（壓縮機）
（電冰箱）
（冰箱內溫度）
（溫度檢測裝置）
開環控制系統
閉環控制系統
開環控制系統
聲光信號
亮與滅
聲光檢測控制裝置
開關
樓道燈
開環控制系統
閉環控制系統
開環控制系統
閉環控制系統
學會畫閉環控制系統的方框圖
02
辨析開環控制系統和閉環控制系統
辨析開環控制系統和閉環控制系統
控制器
X
比較器
加熱器
水
（給定量）
實際溫度
溫度傳感器
加熱
+
-
設定溫度
（被控量）
（控制器）
（執行器）
（被控對象）
（檢測裝置）
控制量
辨析開環控制系統和閉環控制系統
當冰箱內新放入物品，或受環境影響，冰箱內溫度升高時，熱敏裝置（溫度監測裝置）感受到這個實際溫度，并以電量形式輸給控制電路，在與設定溫度相比較后，輸出一個溫差電量，這個溫差電量經放大后，拖動電機轉動，帶動壓縮機工作，增加制冷量，使箱內溫度降低，隨著箱內溫度的降低，溫差電量隨之減小，直至為0，壓縮器停止工作，箱內溫度回到設定溫度。
電冰箱的溫度控制系統
（設定溫度）
（控制電路）
（壓縮機）
（電冰箱）
（冰箱內溫度）
（溫度檢測裝置）
（制冷量）
閉環控制系統——方框圖
（輸出）
（輸入）
是比較器，它將輸出量與設定量進行比較,
求出偏差值（計算功能）
X
檢測輸出量，傳給比較器
反饋：在自動控制系統中，將輸出量通過適當的檢測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程
反饋作用：減少輸出量的偏差，從而穩定輸出量
（2）干擾因素
干擾因素
在控制系統中，除輸入量（給定值）以外，引起輸出量（被控量）變化的各種因素都可以視為干擾因素。
人為因素
環境因素
干擾可能一個，可能多個
可以減弱、克服、消除干擾，甚至利用干擾，
但不可以控制干擾
控制：是指為了克服干擾的影響，達到期望的目標而對被控對象中的某一個（或某些）物理量（被控變量）進行的操作。
控制系統的干擾因素的作用都會反映在輸出量的變化上
閉環控制系統 VS 開環控制系統
開環控制系統沒有反饋功能，系統本身沒有自動糾正的能力，要進行糾正，必須要借助于人工
閉環控制系統本身有個反饋系統，系統可以自動進行糾正
所以對于同一個控制問題，閉環通過反饋克服干擾，穩定輸出量
開環控制系統的控制精度通常比閉環控制系統低。
√
同一個控制問題，面對相同的干擾，開環和閉環誰受到的影響更小？
光控路燈的控制
自動感應門的控制
自動烘手機
學校電鈴的控制
CPU上風扇的轉速控制
電冰箱溫度的控制
電熱保溫飲水機
大棚濕度控制系統
判斷下列控制中屬于開環還是閉環控制系統
開環控制系統
開環控制系統
開環控制系統
開環控制系統
閉環控制系統
閉環控制系統
閉環控制系統
閉環控制系統
①有檢測裝置？
②檢測的是輸出量？
兩點都滿足為閉環
輸出量與輸入量有什么關系？
閉環控制系統 VS 開環控制系統
開環控制系統 閉環控制系統
主要區別 無反饋，輸出量與輸入量非“同類項” 有反饋，輸出量與輸入量“同類項”
控制精度 不高 高
關鍵信息 定時、聲控、觸控、報警等開關類控制 恒溫（保溫）、恒壓、恒速、定量類控制
離心式調速器對汽輪機轉速的控制
如圖為蒸汽機的轉速控制系統,采用離心調速的方式進行控制。當蒸汽機的轉速大于設定值時,通過圓錐齒輪將轉速傳遞到豎軸,帶動兩個飛錘做離心運動,使套筒向上運動,通過調節杠桿使進氣閥門的開度變小,蒸汽進氣量減少,蒸汽機的轉速下降,反復調節直到轉速趨于設定值。
（1）該控制系統屬于_______（開環/閉環）控制系統。
（2）請完善控制系統方框圖。①_______ _____，②___________
（3）該控制系統中,飛錘、套筒和調節桿組合的作用是_____________(傳感器/控制器/執行器)。
閉環
進氣閥門
圓錐齒輪組和轉軸
控制器
電冰箱的溫度控制
主彈簧
連接桿
電觸點
電冰箱
感溫包
如圖所示是某款電冰箱溫度控制系統部分結構示意圖，其工作過程如下：
當電冰箱內的溫度上升時，感溫包和膜盒內的感溫劑氣體的溫度隨之上升，壓強增大，使傳動膜片向外伸脹，通過連接桿推動電觸點閉合，于是電路接通，壓縮機開始工作。當電冰箱內的溫度降低至設定值時，該溫度控制器會使壓縮機停止工作。
蒸發器
4
3
（3）黑箱方法
黑箱方法
通過觀測和考察它的輸入和輸出的關系來推測其內部的特性和功能。
不切開西瓜，怎么選個又熟又甜的西瓜呢？
西瓜
看、聽、拍
生或熟
（3）黑箱方法VS功能模擬法
小結
控制器
X
比較器
執行器
被控對象
給定量
被控量
檢測裝置
控制量
+
-
閉環控制系統的方框圖
開環控制系統的方框圖
控制器
執行器
輸入量
被控對象
輸出量
控制量
（給定量）
（被控量）
★如何判別開環or閉環控制系統？
技巧三：判別輸出量與輸入量是否為“同類項” (看性質)
如聲控燈，輸出量：燈的“開/關”或“亮/滅”，輸入量：“聲音信號”。為非同類項，是開環
如空調溫控系統，輸出量：“實際溫度”，輸入量：“設定溫度”，為同類項，是閉環。
技巧二：判別有無反饋
形成反饋的前提：檢測裝置（傳感器）
若系統中無檢測裝置，則為開環
若有檢測裝置，再看檢測裝置檢測的是否為輸出量；
否，為開環；
是輸出量，則必形成反饋，為閉環。
技巧一：判斷輸出是否會對控制過程產生影響
馬上行動P128
開環控制系統
輸入量
輸出量
控制器
執行器
被控制對象
（光感傳感器）
（電機）
（控制電路）
（窗簾）
（開或關窗簾）
馬上行動
開環控制系統
閉環控制系統
（設定溫度）
（壓縮機）
（電冰箱）
（溫度檢測裝置）
（控制電路）
（冰箱內溫度）
馬上行動
開環控制系統
閉環控制系統
開環控制系統
聲光信號
亮與滅
聲光檢測控制裝置
開關
樓道燈
馬上行動
閉環控制系統
開環控制系統
閉環控制系統
開環控制系統
（車輛檢測裝置）
11.小明發現學校路燈有時由于沒有及時關閉而浪費用電，為此他設計了一個控制方案,能夠在天亮時關閉，天暗后打開。該控制系統應該屬于（ ）
A、自動控制的閉環控制系統 B、自動控制的開環控制系統
C、手動控制的閉環控制系統 D、手動控制的開環控制系統
小試牛刀
B
小試牛刀
B
小試牛刀
A
常見開環控制系統
開環
控制系統
定時控制——課鈴系統、微波爐定時加熱系統
定溫控制——電飯煲煮飯控制、熱水壺煮水控制
光敏控制——光控路燈、自動門、光控窗簾（傳感器裝在室外）
聲敏控制——聲控燈、音樂噴泉、聲控報警器
氣敏控制——煤氣報警器、手持式氣體檢測儀
壓力控制——胎壓監測器、公路限載報警器
水通控制——雨天自動收衣架、干燒報警器
轉速控制——汽車超速報警系統、風扇調速控制
常見閉環控制系統
閉環
控制系統
恒溫控制——電飯煲保溫控制、空調溫度控制
恒壓控制——高壓鍋壓力控制、飛機機艙壓力控制
恒速控制——汽車定速巡航控制、電梯恒速控制
恒光控制——恒光護目臺燈、房間恒光控制系統
（光傳感器裝在室外）
恒濕控制——非定時控制澆花系統或農田自動灌溉系統
定量控制——水位水箱自動控制系統、牲畜喂水器
感謝聆聽！

展開更多......

收起↑