資源簡介

第四單元 控制與設計
閉環控制系統以及干擾與反饋

游泳池的注水控制
1.人工控制
2.定時器控制
定時器注水控制有什么缺陷？
3.？
游泳池的注水控制的改進
水位檢測裝置
控制器
游泳池的注水兩種控制方式的比較
給定水位
開環控制系統
閉環控制系統
經過改進后的游泳池注水系統，增加了輸出端到輸入端的信息傳遞，即把輸出量返回到輸入端與給定值進行比較，構成了一條閉合回路。
我們把系統的輸出量返回到輸入端并對控制過程產生影響的控制系統稱為閉環控制系統。
閉環控制系統方框圖：
特點：在系統的輸入量和輸出量之間，還有一條從輸出量返回到輸入端的反饋環節，它們形成了一條閉合回路，反饋環節使得輸出量的改變對控制的過程產生直接影響。信號傳遞是閉合回路。
觀察并解釋閉環控制系統與開環控制系統的區別？
馬上行動P106：
判斷下列控制系統是否屬于閉環控制系統，畫出方框圖：
開環控制系統 閉環控制系統
區別 信號傳遞是單向的 信號傳遞是閉合回路
控制系統 是否屬于閉環控制系統 方框圖
縫紉機的縫紉速度控制系統
電冰箱的溫度控制系統
走道路燈的聲光控制系統
交通路口紅綠燈自動控制（根據車流量大小改變紅綠燈時間）系統
對一種自動裝置的設計和分析，通常都是從輸入量給定開始，到輸出量穩定為止來分析其工作過程的，一般不把人作為環節加入其中。
家用縫紉機的縫紉速度控制系統：
其參考框圖如下:
2）電冰箱的溫度控制系統
其參考框圖如下：
白天或夜晚光線較亮時，聲控部分不起作用。當光線較暗時，負載電路的通斷受控于聲控部分。電路是否接通，取決于聲音信號的強度。當聲強達到一定程度時，電路自動接通，點亮白熾燈，并開始延時，延時時間到，開關自動關斷，等待下一次聲音信號觸發。這樣，通過對環境聲光信號的檢測與處理，完成電路通斷的自動開關控制。其參考框圖如下：
3）走道路燈的聲光控制系統
4）交通路口紅綠燈自動控制（根據車流量大小改變紅綠燈時間）系統.
目前所用的交通路口的紅綠燈控制系統一般都是按給定的時序來控制的，因此應該是開環控制系統。對車流量因素的考慮，是在調查統計的基礎上在設計給定時序時體現的。其參考框圖如下：
【閱讀】開環控制系統經典應用案例分析：“希羅的自動門”控制的工作過程分析說明
水流量
1 、畫出“希羅的自動門”控制方框圖
2 、分析一個開環控制系統工作過程
抽水馬桶水箱控制系統的分析,并畫出方框圖.
練習：
1.家用壓力鍋的壓力控制是開環控制系統，通過高壓鍋蓋上的安全閥和排氣孔實現壓力控制。
安全閥上有一個重錘，它平時壓在高壓鍋的排氣孔上。當高壓鍋內溫度升高時，鍋內氣體壓力增大，超過一定值，重錘被頂起，蒸汽外冒，鍋內氣體壓力下降到安全值范圍內。
2.糧庫的濕度和溫度自動控制，一般采用閉環控制系統，增設定時檢測溫度和濕度的裝置，與給定的溫度

和濕度比較，當出現偏差時，相應調節溫度和濕度。方框圖如下：
+
比較器
控制器
降溫除
濕裝置
糧倉
實際溫度濕度
浮球溫度濕
度檢測裝置
-
設定溫度、濕度
3.當壓力過高時，蒸汽把橫桿連同重錘頂起來，使鍋爐內的蒸汽通過排氣孔排出，使壓力降到限定值。橫桿的作用：橫桿使

得重錘的位置可以調節，調節重錘離左端的距離就改變了限制的壓力值。
什么是干擾因素
各種電器設備對電視機的干擾.
干擾因素
干擾因素的概念

在控制系統中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素稱為干擾因素。

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。

干擾因素
干擾因素可能一個，也可能若干個。
克服干擾
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。
馬上行動
是
是
是
否
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
下表所列控制系統中，可能存在哪些干擾因素？
電機輸出電壓的波動等、齒輪間的摩擦力等
滑輪組的摩擦力等
外部環境溫度變化，大棚保溫材料的保溫性能改變等
控制系統 干擾因素
自動扶梯的升降控制系統
利用滑輪組提升重物的控制裝置
蔬菜大棚的溫度控制
干擾因素是否一無是處？
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。
手機來電閃，根據電磁波干擾原理
反饋
被控量
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，就是反饋（feedback）。
反饋方法：
利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統的輸出來調整系統的行為，使系統沿著預期的目標運行的方法，稱為反饋方法。
馬上行動:P111
設定的溫度
　溫度檢測裝置
　射擊
靶心的位置
　眼睛
子彈射擊位置
花房的溫度
事例 輸入量 檢測裝置 輸出量
花房恒溫自動控制

　　　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。
被控對象
給定值
被控量
比較器
閉環控制系統的工作過程
浮球
控制器
閥門
水箱
預設水位
進水量
比較器
供水水箱的水位自動控制系統
水位
熱電偶
控制器
加熱器
加熱爐
設定溫度
比較器
加熱爐的溫自動控制系統
熱量
閉環控制系統與開環控制系統的比較
閉環控制：反饋控制， 偏差控制，可以抑制內、外擾動對被量產生的影響。精度高、結構復雜，設計、分析麻煩。
開環控制：順向作用，沒有反向的聯系，沒有修正偏差能力，抗擾動性較差。結構簡單、調整方便、成本低。在精度要求不高或擾動影響較小的情況下，這種控制方式還有一定的實用價值。
閉環控制系統與開環控制系統的比較
否
低
高
是
簡單
復雜
精度要求低、穩定
精度要求高、高可靠性
系統 開環控制系統 閉環控制系統
能否自動調節補償
控制精度
結構
適用場合
功能模擬方法
以功能和行為的相似性為基礎，用“模型”模擬“原型”的功能和行為，就是功能模擬法
比較加熱爐溫度自動控制系 統與手動控制系統，我們發現，控制器代替人腦實現了溫度控制的功能，執行器代替人手實現了調壓的功能，檢測裝置代替了人眼實現了檢測溫度值的功能。
歷史上曾經有過能模擬人 的動作行為的各種模型，卻沒 有解決從結構上模擬人的大腦 進行思考的問題，因為人的大 腦太復雜了。在沒有徹底弄清 人腦內部結構和機理的情況下， 必須另辟一條新的模擬途徑，這條途徑不要求從結構上去模擬人腦，而是只要求模型在功能行為上與人腦相似。也就是，僅僅根據模型和人腦在功能行為上的相似，實現對人腦的模擬。
對人腦的模擬
黑箱方法
通過對系統的輸入與輸出的關系的研究，進而推斷出系統內部結構及其功能的方法。黑箱方法提供了一種不必打開黑箱就可以研究其內部結構和功能的方法。
中醫“望聞問切”
挑西瓜
列舉黑箱方法應用的例子，并填寫下表。
馬上行動：P116
判斷生熟雞蛋
搖、轉、看
生或熟
旋轉速度
中醫診斷病情
望、聞、問、切
是否健康
氣色、舌苔、脈搏等
B超探測胎兒性別
B型超聲波
超聲圖象
胎兒性別
了解計算機的基本性能
運行應用程序
計算機的反應
計算機基本性能的好壞
黑箱方法應用的例子 輸 入 輸 出 需要了解的情況





1、閉環控制系統的概念
2、干擾的概念
3、克服干擾的基本方法
4、反饋
5、功能模擬法
6、黑箱方法
小 結：
練一練：
　　某花農正在籌建一個小型花房，花房的溫度冬季
一般控制在18℃左右，夏季一般控制在25℃左右。請
畫出花房的溫度控制系統的方框圖，簡要說明它的工
作過程。

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