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第九章 控制及設計
目標導航：
理解控制的涵義及其在生產和生活中的應用
2、分析典型的案例，了解手動控制、自動控制，熟悉簡單的開環控制系統和閉環控制系統的基本組成和簡單的工作過程
3、能畫出一個簡單的閉環控制系統的方框圖，理解其中的控制器、執行器等環節的作用，熟悉反饋環節的作用
4、結合案例找出影響簡單控制系統運行的主要干擾因素，并作分析
5、了解簡單被控對象的基本特性，能確定被控量、控制量、畫出控制系統的方框圖，并形成初步的設計方案。
6、能根據開環控制系統的設計方案，制作一個控制裝置
知識梳理：
考點一：了解控制
1、控制的定義：根據自己的目的，通過一定的手段，使事物沿著某一確定的方向發展就形成了控制
2、控制的三要素：控制目的、控制手段、控制對象
3、控制系統的分類：
開環控制系統：不將控制的結果反饋回來影響控制作用的系統。
閉環控制系統：能將控制的結果反饋回來與希望值進行比較，并根據他們的誤差及時調整控制作用的系統
注意：閉環控制系統都有反饋環節，所以閉環控制系統又稱反饋控制系統
手動控制系統：控制系統必須在人的干預下才能完成的控制任務
自動控制系統：控制的過程不需要人的干預
注意：自動控制系統有三種基本控制方式：開環控制、閉環控制和復合控制
閉環控制系統不一定都是自動控制，比如人騎自行車：中間有人的干預。注意在區分的時候，關鍵是看有沒有人的干預。
典例分析：例題12010（山東高考）普通高壓鍋使用過程中，當國內壓力達到一定值時，壓力閥會浮起來并放氣，使國內壓力值維持在預定值水平，該壓力控制系統是（ B ）
①、人工系統 ②、自然系統 ③、人工（手動）控制 ④、自動控制
A、①③ B、①④ C、②③ D、②④
練習1、2011（山東煙臺）張強同學發現學校路燈有時候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。該控制系統屬于（ D ）
A、手動控制的開環控制系統 B、手動控制的閉環控制系統
C、自動控制的閉環控制系統 D、自動控制的開環控制系統
考點二：控制系統的組成1、反饋 2、控制器 3、執行器 4、別空對象 5、控制量 6、被控量
開閉環控制系統框圖：
閉環控制系統框圖：
典例分析：例題1：2011（山東淄博）如圖所示為養殖業中所用到的禽畜自動給水系統，此系統是閉環控制系統．可使飲水槽水位保持不變。下列說法正確的是（B ）
①浮子是傳感器； ②進水口是控制器；
③被控對象是水箱；④水箱與飲水箱的水平面可以不一致。
A．①④ B．①③ c．②④ D．②③
例題2、(1分)某品牌電熱水壺(右圖)設有防燒干裝置，當壺巾水盤低于一定
值時，電源會自動斷開；壺蓋經過特殊設計，水燒開時，蒸汽會使水壺發出蜂嗚聲，起到提醒作用。下州說法正確的是（ B ）
A、壺中水溫為防燒干系統的輸入量 B、蜂嗚聲體現了人機工程學中的人機信息傳遞
C、設計該水壺時，不必與慮壺蓋的重量 D、設計該水贏時，主要避循了美觀性原則
練習1：2011(山東壽光)音樂噴泉是音樂的不同頻率經由“聲電轉換裝置” 轉換為隨之變化的電信號，送到變頻電機的控制端，使電機轉速隨音樂的音調、節奏和強弱而變化，電機帶動水泵旋轉，水泵的壓力也隨之變化，形成了高低不同、絢麗多姿的水柱。回答一下問題：
（1）、音樂噴泉控制系統屬于 （B ）
①開環控制 ②閉環控制 ③自動控制 ④人工控制
A、③④ B、①③ C、①④ D、②③
（2）、該控制系統的輸入量是： ，輸出量是：
（3）、畫出控制系統框圖:
考點三：簡單控制系統的設計
控制系統設計概論：第一步，確定控制的目的 第二步，確定系統的被控量 第三步，擬定設計規范 第四步，選定控制系統的結構 第五步，建立系統各環節的模型 第六步，確定待調參數
考點四：控制中的干擾：克服干擾的基本方法：分析干擾的性質，對癥下藥
典例分析：例題1、2011（山東勝利一中）比較開環控制系統和閉環控制系統，下列判斷錯誤的是（ D ）
A、開環控制系統的控制精度要低 B、開環控制系統無反饋環節
C、閉環控制系統的抗干擾能力強 D、開環控制系統和閉環控制系統都有比較器
練習、2011（山東萊州）在控制系統中存在干擾因素，對于抗干擾因素對控制系統的影響，下列四個選項中說法正確的是（ C ）
A、干擾因素進作用在被控量上 B、干擾因素不會作用于開環控制系統
C、干擾因素的影響都會反映在輸出量的變化上 D、干擾因素是不可以利用的
跟蹤訓練：
1、2011（山東臨沂）下列控制系統中，屬于開環控制系統的是（ D ）
A、電冰箱的溫度控制 B、計算機CPU上的風扇的轉速控制
C、現代化農業溫室的溫度控制 D、電子門鈴控制系統
2、2010（山東青島）用遙控器調換電視機頻道的過程，實際上就是傳感器把光信號轉化為電信號的過程，下列屬于這類傳感器的是（ A ） A、紅外報警裝置 B、走廊照明燈聲控開關 C、自動洗衣機壓力傳感器 D、電飯煲控制加熱和保溫的溫控器
3、2010（濟寧一中）“神州七號”在空中運行中，在地面人員對其發出變軌指令的過程中，其控制的對象是（ C ） A、返回艙 B、推進艙 C、軌道艙 D、整個飛船
4、以下的控制系統方框圖中，執行器是（ 傳動裝置 ）
5、2010（山東高考）、項目名稱：防風自動關窗裝置的制作：
結構：①風力感應部分，包括安裝在戶外的風向標，風力板和彈簧（穩定風力板） ②窗體傳動部分，包括窗體滑輪，牽引線和引線滑輪 ③電路部分，包括電源（E）、電機（M），觸頭開關（K1）和嵌入墻體中的按壓開關（K2）
工作原理：①窗戶打開時，K2在彈簧的作用下自動閉合，防風功能處于待命狀態。 ②起風時，風向標轉向來風方向，風力板受風力推動發生偏轉，使K1閉合，電機驅動窗戶向左移動 ③待窗戶關閉時，窗框推壓K2撞桿并使其斷開，電源切斷，自動防風功能關閉。
（1）請填寫圖框中的① _風向標② _如何感應風力。
（2）該系統的被控對象是窗戶
①、風力板平面與風向標尾翼平面之間的最佳夾角為__90_________。
②、窗戶打開，防風功能處于待命狀態時的電路圖是（ C ）
③、制作風力板最合適的選材是（ D ）
A.普通硬紙板 B.鑄鐵板 C.太陽能電池板 D .硬鋁板
④、安裝電源時，要用螺絲釘將電源固定在木質底座上。下列組合最省力的是（ B ）
A.細柄螺絲刀，密紋螺絲釘B.粗柄螺絲刀，密紋螺絲釘
C. 粗柄螺絲刀，疏紋螺絲釘 D. 細柄螺絲刀，疏紋螺絲釘
⑤、防風功能啟動時，如果電機帶動窗體向右移動，原因是( A )
A.電機極性接反 B.電源電壓不足 C.K1接反 D.K2J接反
⑥、為進一步改進和完善裝置的功能，需要在測試基礎上調整設計。下列可以提高風力感應靈敏度的是( A ) A.適當增加風力板面積B.縮短懸掛風力板連桿的長C.減小風向標尾翼面積 D.調節K1,使其觸頭間距增大
6、某辦公樓大廳采用自然光照明，控制系統如右圖，大陽光經過反光鏡反射到反光球面鏡上，反光球面鏡再將光線反射到大廳，從而達到采集自然光的目的。當大陽移動 后，光線到達反光球面鏡的位置也隨之發生偏移，相應的傳感器就會受到光照產生電信號，控制器根據不同傳感器送來進來的信號控制反光鏡作相應的調整。 （1）該系統是開環控制系統還是閉環控制系統？ （2）該系統中，被控對象是_____________。 （3）控制器與人體哪個器官的功能是類似的？ （4）請再寫出兩種利用太剛能的產品。6、（1）閉環控制系統（2）反光鏡（3）大腦；（4）太陽能熱水器、太陽能電池、太陽能飛機、太陽能路燈等。
舉例：開環控制系統;
1、樓道自動聲控燈裝置
2、十字路口的紅綠燈定時控制系統
3、
3、游泳池定時注水控制系統
閉環控制系統：
1、家用壓力鍋
閉環控制系統：
1、壓力鍋
2、投籃
3、供水水箱的水位自動控制系統
4、加熱爐的溫度自動控制系統
5、花房溫度控制系統
輸入量
（給定量）
控制器
執行器
被控對象
輸出量
（被控量）
控制量
控制器
執行器
被控對象
被控量
（輸出量）
給定量
（輸入量）
檢測裝置
控制量
比較器
輸入轉速
腳踏板
傳動裝置
縫紉機
輸出轉速
輸入量
（有無聲音）
控制器
（聲電傳感器）
執行器
（觸點延時開關）
被控對象
（樓道燈）
輸出量
（燈亮或滅）
控制量
（電流）
輸入量
（設定亮、滅時序）
控制器
（電腦）
執行器
（時序控制裝置）
被控對象
（紅綠燈）
輸出量
（燈亮、滅時序）
控制量
（電流）
輸入量
（設定注水的時間）
控制器
（定時器）
執行器
（進水門閥）
被控對象
（游泳池）
輸出量
（游泳池的水位）
控制量
（水流量）
控制器
（重錘）
執行器
（出汽孔）
被控對象
（壓力鍋）
被控量
（鍋內壓力）
給定量
（重錘重力）
檢測裝置
（重錘）
控制量
（出汽量）
比較器
控制器
（大腦）
執行器
（手）
被控對象
（籃球）
被控量
（籃球位置）
給定量
（籃圈位置）
檢測裝置
（眼睛）
控制量
（投擲力）
比較器
控制器
（機械或電氣控制裝置）
執行器
（閥門）
被控對象
（水箱）
被控量
（水箱水位）
給定量
（設定的水位高度）
檢測裝置
（浮球或液位傳感）器）
控制量
（進水量）
比較器
控制器
（電子或微機控制裝置）
執行器
（加熱器）
被控對象
（加熱爐）
被控量
（爐內溫度）
給定量
（設定的溫度）
檢測裝置
（熱電偶）
控制量
（電壓）
比較器
給定量
（設定的溫度）
控制器
（控制電路）
）
執行器
（加熱或制冷元件）
被控對象
（花房）
被控量
（花房溫度）
檢測裝置
（溫度傳感器）
控制量
（制冷制暖量）
比較器

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