資源簡介

(共25張PPT)
控制及其設計
控制的方式與應用
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控制的方式與應用
控制的定義
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。
智能垃圾桶
自動化流水線
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控制的方式與應用
控制類型
人工控制
智能控制
控制的過程是在人的直接干預或全程干預下進行的。
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。
自動控制
在無人直接參與的情況下，使事物的變化準確地朝著期望的方向進行。
01
控制的方式與應用
自動控制類型
按照控制信號流和執行部件的不同，自動控制可分為氣動控制、液壓控制、電動控制、機械控制、電子控制等。
01
控制的方式與應用
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。
智能控制主要用于解決復雜系統的控制問題。
智能控制
家務機器人
開環控制系統的工作過程
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控制系統的工作過程
雨水收集池水位報警裝置
當雨水收集池水位達到溢出高度時，需要報警提示，讓家人及時用掉一些水。
上述報警控制裝置中，水位是該控制裝置的輸入，通過水位傳感器將信息傳送到控制器；當水位達到報警值時，控制器輸出信號到報警器，發出聲光報警。這樣一個系統稱為控制系統。
給定量\設定量控制最初的信號（在系統開始運行之前由操作者或者控制系統設定的）
02
控制系統的工作過程
思考：下面控制系統的輸入與輸出是什么？
控 制 系 統
輸入
輸出
控制的結果輸出信號
光控小夜燈
自動開關的窗戶
紅外水龍頭
水位報警裝置
室內的亮度
室外的雨水信號
手反射的
紅外信號
設置水位
的高度
報警聲音響、停
水龍頭
通、斷
窗戶
開、關
小燈
亮、滅
02
控制系統的工作過程
開環控制系統
控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響
輸入量——即控制系統的給定量，如設定時間；
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，如控制電路；
控制量——即執行器的輸出信號，如流過水管的水量。
執行器——即直接對被控對象進行控制的裝置或元件，如閥門；
被控對象——即控制系統中所要求控制的裝置或生產過程；
輸出量——（被控量）即控制系統所要控制的量，也是控制系統的輸出信號，如澆灌的水量；
02
控制系統的工作過程
音樂噴泉
它的工作過程是由 “聲－電轉換裝置”將起伏的音樂信號轉換為隨之而變化的電信號，從而驅動電動機及水泵轉動。
音樂聲信號強，水泵的轉速就快，噴泉的壓力和水流量就大，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出水柱的高低一一對應。
（音樂）
（聲—電轉換裝置）
（電動機、水泵）
（水泵轉速）
（水柱）
（水柱高低）
02
控制系統的工作過程
希羅自動門
（燒火）
輸入量
（轉動軸3）
（水箱1、2和重錘）
（廟門）
（廟門開或閉）
輸出量
控制器
執行器
被控制對象
轉動量
控制量
閉環控制系統的工作過程
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03
閉環控制系統的工作過程
土壤濕度控制系統
通過溫濕度檢測系統，有一個可以檢測土壤濕度的傳感器，當檢測到土壤濕度低于某一設定值的時候，水閥打開，進行澆灌，當上升到最大濕度值的時候，水閥關閉
輸入信號是設定的土壤濕度。
濕度傳感器檢測到的土壤濕度信號返回到控制系統的輸入端，通過一個具有計算功能的裝置（比較器），與給定濕度值作比較。
當實際濕度比設定濕度低時，控制器控制電磁閥打開，給植物澆水；
當實際土壤濕度達到設定的土壤濕度時，控制器發出信號關閉電磁閥，停止澆水。
03
閉環控制系統的工作過程
閉環控制系統
控制系統的輸出量會對系統的控制產生影響
圖中，檢測裝置測量出被控量并返回到系統的輸入端；
比較器將給定量與所檢測的被控量進行比較，求出偏差值；
控制器將這一偏差值進行運算處理，并向執行器下達控制指令；
執行器根據指令對被控對象進行控制，從而使被控量穩定在給定的范圍內。
與開環控制系統相比，閉環控制系統多了一個由檢測裝置組成的反饋通道。
03
閉環控制系統的工作過程
閉環控制系統的重要特征——反饋
在自動控制系統中，將輸出量通過檢測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋。
在帶有反饋的控制系統中，既存在由輸入端到輸出端的信號前向通路，也包含從輸出端到輸入端的信號反饋通路，兩者組成一個閉合的回路。因此，帶有反饋的控制系統就是前面所述的閉環控制系統。在工程中，反饋控制是自動控制中不可缺少的形式。
感應洗手→
03
閉環控制系統的工作過程
干擾因素
在控制系統中，除輸入量（給定量）以外，引起被控量變化的各種因素都可以視為干擾因素。
冬天使用電飯鍋做飯比夏天更加費電
當電飯鍋在保溫狀態時，頻繁地打開鍋蓋并將冷的食物放入鍋中
外界環境
人為原因
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閉環控制系統的工作過程
閉環與開環的比較
類別 反饋 控制精度 系統結構復雜度 系統結構穩定性 系統成本 適用場合
開環控制系統 一般 低 高 低
閉環控制系統 高 高 低 高
無反饋
有反饋
控制精度要求不高、本身很穩定的應用
高精度、高可靠、系統本身不穩定的應用領域
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閉環控制系統的工作過程
黑箱方法
將要研究的系統作為“黑箱”，通過對系統輸入與輸出關系的研究，進而推斷出系統內部結構及其功能的方法，就是黑箱方法。黑箱方法提供了一種不必打開系統就可以研究其內部結構和功能的方法。
挑西瓜
控制系統的設計與實施
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控制系統的設計與實施
控制系統設計要素
設計一個控制系統，需要考慮諸多要素。
還需要畫出必要的設計圖紙（控制電路設計或系統結構設計）和實施圖紙、撰寫設計說明書等。
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控制系統的設計與實施
開環控制系統的設計
開環控制系統的設計相對比較簡單，在明確設計要求、被控對象、被控量和控制量后，即可考慮具體控制系統的方案。
例：普通電風扇控制系統的設計
被控對象——電風扇
被控量——電風扇輸出的風速
控制量—— 電機的轉速
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控制系統的設計與實施
閉環控制系統的設計
閉環控制系統用于實現不同的控制目的，要求往往也不一樣。
第一，一個閉環控制系統要正常工作，首先必須是穩定的。如輸出量發生偏離，系統通過動態調整使被控量回到平衡狀態，系統的這種調整過程有可能使系統產生振蕩。若振蕩呈逐漸衰減趨勢，能很快穩定下來，還屬于穩定系統，否則就是不穩定系統。
第三，閉環控制系統應有較好的抗干擾性能。在進行閉環控制系統的設計時，幾項控制要求之間往往會產生矛盾，需要結合具體問題全面解決或有所側重地解決。
第二，控制系統的控制精度必須符合要求，即系統的輸出量與給定量之差應控制在允許范圍之內。
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思維導圖
THANKS

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