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第四章 控制及其設(shè)計(jì)
第二節(jié) 控制系統(tǒng)的組成和描述
教學(xué)內(nèi)容
學(xué)習(xí)目標(biāo)
理解控制、控制系統(tǒng)的含義及其在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用。
了解手動控制、自動控制和智能控制的特點(diǎn)。
熟悉簡單開環(huán)控制、閉環(huán)控制的基本組成和工作過程，了解反饋的基本原理。
理解控制系統(tǒng)中控制器、執(zhí)行器和被控對象等的作用，能用框圖對一個控制系統(tǒng)進(jìn)行表達(dá)。
能夠分析簡單的被控對象的基本特征，確定被控量、控制量。
能進(jìn)行簡單的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并制作一個簡單的控制裝置，能夠?qū)υO(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。
了解簡單的干擾現(xiàn)象及其對控制功能的影響，了解克服干擾的基本方法。
引入
對衛(wèi)星進(jìn)行控制的任務(wù)是由測控站完成的，測控站直接對衛(wèi)星等航天器進(jìn)行跟蹤測量、遙測、遙控和通信等，它將接收到的測量、遙測信息傳送給航天控制中心，根據(jù)航天控制中心的指令與航天器通信，并配合控制中心完成對它們的控制。
除此之外，測控站也可根據(jù)規(guī)定的程序獨(dú)立實(shí)施對航天器的控制。
衛(wèi)星控制系統(tǒng)：
（測控站、控制中心、航天器）
思考：如何描述控制系統(tǒng)？
控制系統(tǒng)的組成
一個控制過程的實(shí)現(xiàn)，往往要經(jīng)過若干個環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)構(gòu)成了一個系統(tǒng)，所以我們可以把它看作一個控制系統(tǒng)。
射箭的控制過程：
一、控制系統(tǒng)的組成
控制系統(tǒng)的組成
騎自行車的控制過程（如果把人看作系統(tǒng)的一部分）：
一、控制系統(tǒng)的組成
閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成
期望值（即基準(zhǔn)量，又叫給定量）——道路的方向
大腦——比較器和控制器
肢體——執(zhí)行器
自行車（主要是指車頭）——被控對象
行駛方向——被控量
眼睛（包括神經(jīng)傳輸系統(tǒng)）——反饋環(huán)節(jié)
比較2個控制系統(tǒng)：
后者在結(jié)構(gòu)形式上比前者多了一個將實(shí)際行駛方向反饋到輸入端的反饋環(huán)節(jié)，即人的眼睛。
正是由于有了眼睛這個反饋環(huán)節(jié)，才可以保證騎車人使自行車始終行駛在正確的道路上。
由于反饋環(huán)節(jié)的存在，使圖4-24在信號的流動上形成一個閉合回路，這也是該類控制被稱為閉環(huán)控制的原因。
反饋環(huán)節(jié)是閉環(huán)控制的必要條件。
一、控制系統(tǒng)的組成
閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成
身體各部位的功能：
一、控制系統(tǒng)的組成
控制系統(tǒng) 發(fā)揮對應(yīng)功能的身體部位
發(fā)出命令 大腦
執(zhí)行命令 手
控制的作用對象 書
反饋環(huán)節(jié) 眼睛
如果將你的身體看成是一個控制系統(tǒng)，在你從書架上拿一本書的過程中，身體各部位分別發(fā)揮了什么功能？
如果還需要去搬一張凳子，結(jié)論會有什么變化？
閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成
控制系統(tǒng)的控制過程與人進(jìn)行控制的過程是相似的，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，則還存在反饋環(huán)節(jié)。
控制器、控制量、被控對象、被控量
控制系統(tǒng)都有確定的控制目的。
騎自行車要控制的是自行車的前進(jìn)方向。
射箭的目的是控制箭飛向我們期望的落點(diǎn)。
自行車的行駛方向、箭的落點(diǎn)就是這兩個控制系統(tǒng)中的被控量。
一、控制系統(tǒng)的組成
閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成
自行車在前進(jìn)過程中由于路況等因素的變化，其方向是不斷變化的，要使自行車按照期望的方向前進(jìn)，需要對自行車進(jìn)行控制；而在射箭的例子中，箭的落點(diǎn)是通過對箭的控制來實(shí)現(xiàn)的。
自行車和箭就是這兩個控制系統(tǒng)中的被控對象。
將控制器發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換成能影響被控對象的信號的裝置，稱為執(zhí)行器。人的肢體和弓就是執(zhí)行器。
執(zhí)行器能夠控制自行車和箭的狀態(tài)，實(shí)際上是對它們施加了一定的力。這種能對被控對象產(chǎn)生作用，從而使被控量發(fā)生變化的量，稱為控制量。
一、控制系統(tǒng)的組成
分析控制系統(tǒng)：
控制系統(tǒng) 期望值 控制器 被控量 被控對象 控制量 反饋環(huán)節(jié)
抽水馬桶中的水位控制 設(shè)定水位 浮球連桿 水位高度 閥門 水流量 浮球
電風(fēng)扇機(jī)械定時開關(guān)控制 設(shè)定時間 定時器 風(fēng) 電機(jī) 電流 無
路燈黑夜/白天自動開關(guān)控制 開、關(guān) 電子電路 亮、滅 燈 電流 無
電冰箱恒定溫度 控制 設(shè)定溫度 電子電路 溫度 壓縮機(jī) 電流 溫度傳感器
一、控制系統(tǒng)的組成
開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的對比：
類別 控制精度 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 復(fù)雜程度 系統(tǒng)成本 使用場合
閉環(huán)控制系統(tǒng) 高 復(fù)雜 高 要求高
開環(huán)控制系統(tǒng) 低 簡單 低 要求低
一、控制系統(tǒng)的組成
開環(huán)控制系統(tǒng)的框圖：
包括控制器、執(zhí)行器、被控對象。
包括給定量、控制量、被控量。
有時各個部分不一定獨(dú)立，可以合并在一起。
二、控制系統(tǒng)的框圖表示
閉環(huán)控制系統(tǒng)的框圖：
包括比較器、控制器、執(zhí)行器、被控對象、反饋裝置。
包括給定量、控制量、被控量。
二、控制系統(tǒng)的框圖表示
二、控制系統(tǒng)的框圖表示
感應(yīng)探頭通過紅外線信號或者微波信號來感應(yīng)是否有人靠近。
當(dāng)感應(yīng)到有人靠近時，門會自動打開，感應(yīng)到人離開后，門又會自動關(guān)閉。
控制系統(tǒng)的控制器：__________控制系統(tǒng)的執(zhí)行器： __________控制系統(tǒng)的被控對象： ____________
畫出該控制系統(tǒng)的框圖。
自動感應(yīng)門：
習(xí)題
車輛
紅綠燈
控制電路
系統(tǒng)開關(guān)
執(zhí)行器
被控對象
比較器
控制器
2．對比閉環(huán)控制系統(tǒng)，下列哪個部分是開環(huán)控制系統(tǒng)沒有的（　　）
1．定時控制的路口紅綠燈控制系統(tǒng)中被控對象是（　 ）
B
C
總結(jié)
謝謝!

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