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control & design
第四章·控制與設計
Chinese companies will no longer remain in the hard stage and they are also promoting a culture Chinese companies will no longer remain
in the hard stage and they are also wang ling yan a culture
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控制的基本概念
控制的概念：我們希望某一事物按照自己的意愿發展，就要對其進行干預，這種根據自己的目的，通過一定的手段，使事物朝著期望的目標發展，就形成了控制。
控制的原因：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”。
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非期望方向
事物（控制對象）
期望方向
通過一定的手段
控制技術及其組成的系統在我們生活中普遍存在，他們為人們的美好生活和高效工作提供了便利。
在日常生活中，我們都在有意或無意的進行著控制，如“情緒控制”、“溫度控制”、“速度控制”等。
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控制的基本概念
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對象
目的
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。
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馬上行動：按分組小組成員研討交流后填寫表格
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控制的分類
手動控制
自動控制
智能控制
開環控制
閉環控制
控制
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手動（人工）控制
如果控制過程必須在人的直接干預下才能完成的任務（如射箭、鼠標、開車控制等），我們稱之為手動控制。
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手動控制是我們最常用的一種控制方式，它的特點是結構相對簡單，成本也較低。由于手動控制需要人直接或間接的干預，所以控制的效果往往與控制者的技能高低、心理狀態、生理狀態、外部環境等因素有較大的關系。但由于人的高度智能，手動控制又能完成很多其他控制方式不能完成或很難完成的任務，如在復雜環境下汽車、飛機的駕駛等。
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如果控制過程不需要人的干預，就能達到期望的控制效果，則稱為自動控制。
自動控制
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智能控制
智能控制的定義有很多種，其中一種觀點認為智能控制是一類無需人的干預就能夠自主地驅動智能機器實現其目標的自動控制。智能控制是控制技術與理論發展的高級階段，主要用來解決那些在復雜系統中用傳統方法難以解決的控制問題。這些問題的求解過程與人腦的思維過程有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。
智能家居
人工智能機器人
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開環控制、閉環控制
能將控制的結果反饋回來與期望值進行比較，并根據它們的誤差調整控制作用的控制過程，稱為閉環控制。而不能將控制的結果反饋回來影響控制作用的控制過程，稱為開環控制。將控制結果反饋回來的部分，稱為反饋環節。
02
PART TWO
控制的基本組成和工作過程
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案例1 自動門控制
當門口沒有人時，門是關著的；
當有人來到門口時，門打開；
當人離開門口后一段時間，門又關閉。
自動控制門是如何實現自動開、關的？
自動門控制系統
（有人否）
（開/關）
輸入
輸出
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電動機
控制電路
紅外傳感器
（1）當有人到達門前某一距離（如1m）時，傳感器感知，并發出“有人”信號。
（2）控制電路接到傳感器傳來的信號，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）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。
紅外傳感器
控制電路
電動機
門
輸入量
輸出量
（有人否）
（開/關）
傳感器
控制器
執行器
被控對象
輸入量
輸出量
控制器
紅外傳感器控制電路
思考：人一直站在門口，自動門會怎么樣？
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被控對象
執行器
控制器
設定水位
人腦和手
進水閥門
水箱
水箱水位
案例2 水箱水位控制
方式 傳感器 控制器 執行器 被控對象
人工
自動
人眼
人腦和手
閥門
水箱
水箱
閥門
連桿機構
浮子
傳感器
被控對象
執行器
控制器
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設定水位
連桿機構
進水閥門
水箱
浮子
水箱水位
比較器
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控制器
執行器
被控對象
輸入量
輸出量
開環控制系統
3.特征：
（1）系統的輸出量僅受輸入量控制，但輸出量不會影響輸入量。
（2）輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞（所以抗干擾能力差）。
2.開環控制系統框圖
1.概念：控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響的控制系統。
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閉環控制系統
控制器
執行器
被控對象
輸入量
反饋環節
1.概念：系統的輸出量返回到輸入量并對控制過程產生影響的控制系統。
2.閉環控制系統框圖：
輸出量
3.特征：
（1）和開環控制系統比較，閉環控制系統多出了兩個環節：檢測反饋環節和比較環節（抗干擾能力強）。
（2）閉環系統的信號流形成閉合的回路。而開環控制系統的信號流是單一方向的。
03
PART THREE
控制系統框圖
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控制器
執行器
被控對象
輸入量
反饋環節
輸出量
標題名稱
控制者給定的基準值/期望值
處理輸入信號并發出控制命令的裝置
將控制器的信號轉化成影響被控對象的信號的裝置
控制者實施控制的物體
控制系統最終的輸出值
將輸出信息反傳給比較環節
對輸出量與輸入量進行比較
前向通道
反饋通道
04
PART THREE
控制系統的干擾
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輕度失溫
患者體溫下降到33—35℃，同時會產生劇烈的寒戰、四肢冰涼、臉色蒼白、嚴重疲勞、語言不清、肌肉不受意識控制、呆滯、記憶力減退、情緒改變或者失去理智、脈搏減緩、幻覺等。
重度失溫
患者體溫降到32℃以下，并且失去意識，進入類似冬眠的狀態。具體表現為肌肉不再痙攣、脈搏和呼吸速度放慢、體表血液循環大幅度下降、喪失意識等。
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思考：人體溫度控制會被什么因素影響？
應保持的體溫
人體
實際體溫
外界溫度、濕度、風......
給定量
被控量
干擾因素可能一個，也可能若干個。
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一、干擾對控制功能的影響
在實際的控制系統中，常常會有一些變化不定的因素對系統的行為造成不良影響，這種有害的因素，我們稱其為“干擾”。有的干擾因素是由于環境造成的，如影響自行車行駛速度的變化的自然風等；有的干擾因素是人為原因所致，如影響飛機導航信號的手機信號等。
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開環控制系統-干擾
給定值
控制器
執行器
被控對象
控制量
被控量
干擾
輸出量
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干擾
給定值
反饋環節
控制器
執行器
被控對象
控制量
比較器
被控量
閉環控制系統-干擾
輸出量
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電冰箱的溫度控制系統， 下列情況是否屬于影響其溫度控制的干擾因素
開電冰箱門
電冰箱所在房間的溫度從20度變到32度
把熱菜熱飯放入電冰箱中
在電冰箱外放一盆冷水
是
是
是
否
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干擾會使被控對象產生錯誤動作。
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二、克服干擾的基本方法
在控制系統中，干擾會使被控對象產生錯誤的動作，所以在多數控制系統在工作過程中必須克服干擾，使被控量穩定。
空調器的溫度控制系統是閉環控制系統，它能克服室外溫度變化這一干擾，當室外溫度升高時，空調器監測出干擾引起的室內溫度變化，通過啟動壓縮機降溫來克服這一干擾，使室溫保持穩定。
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開環控制系統的控制精確度(或稱控制精度)相對比較低。但如果控制系統中各組成元件的特性比較穩定，而且外界的干擾相對較小，則開環控制系統也可以保證一定的精度。一般來說，開環控制系統的結構比較簡單，適用于控制精度要求不高而系統本身的元件又比較穩定的場合。
閉環控制系統的優點是控制精度高，不論何種原因造成系統的輸出量偏離給定量，閉環控制系統都會產生控制作用來減小這一偏差。與開環控制系統相比，閉環控制系統的設計比較麻煩，結構也相對復雜，構成控制系統的成本較高。閉環控制系統是自動控制中廣泛采用的一-種控制方式，用于要求高精度和高可靠性的場合。
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閉環控制系統的核心是通過反饋來減少被控量（輸出量）的偏差。所以一個閉環控制系統，能夠克服外界干擾，使被控量控制在給定值附近。
干擾
給定值
反饋環節
控制器
執行器
被控對象
控制量
比較器
被控量
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思考：干擾是否都是無用的、有害的？
干擾因素有時要克服，有時還可利用。在軍事中，可利用一定頻率的電磁波對對方的信息指揮系統進行干擾。

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