資源簡介

(共82張PPT)
高考復習 ：
控制系統
高考內容及要求：
1類:知道知識的內容和含義,并能在有關問題中識別和直接使用他們；
2類:對所列知識要理解其確切含義及其中的技術思想方法,能夠進行敘述和解釋,并在解決技術設計的實際問題中運用。
控制與設計 控制的含義 I
控制的應用 I
控制手段 I
開環控制系統的基本組成和工作過程 II
閉環控制系統的基本組成和工作過程 II
控制系統的方框圖 II
控制系統的干擾因素 II
控制系統設計方案 II
控制系統的實現與調試 II
1、控制的含義
人們按照一定的意愿或目的，通過一定的手段，使事物向期望的目標發展。
(射手射箭；電冰箱保溫：生產計算機控制）
（1）明確：控制的對象是什么
要達到什么目的
采取什么手段
（又：音響 燃氣熱水器溫度控制 噴霧器撒農藥）
（2）分類：人工控制和自動控制
舉例：自行車剎車控制過程
有人直接干預
一、控制的手段與應用
控制的含義 控制的應用 控制手段
2、控制的應用
生活中（提高生活質量，滿足人們的要求）（銀行取款機 自動水龍頭）
生產中(溫度、濕度、壓力、速度）（自動裝配，農田節水）
國防中
3、控制的手段和方法
控制的實現需要一定的手段。從控制過程中人的作用分人工控制與自動控制；按照執行部件的不同有機械控制、氣動控制、液壓控制和電子控制等。很多情況下手段是綜合的。
問題：
(1)在生產生活中，有那些控制分別是利用機械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等手段實現的？
機械控制：普通水龍頭、電飯煲
電子控制：電子計算器、家用電冰箱、自動門和汽車變速器的電子控制裝置
氣動控制：化工生產中常用的氣動閥門、公共汽車車門開關控制
液壓控制：建筑工地打樁機、修理汽車用的液壓千斤頂
(2)洗衣機的演變
普通洗衣機（自動正反交替地運動，到達定時后自動停轉）; 半自動洗衣機（洗滌、漂洗、脫水中的三大步驟中的兩步合并在同一缸，通過順序控制實現步驟轉換，由人把物由一個缸里取出放到另一個缸中）;
全自動洗衣機（不需要人工干預，三大步驟全都由控制系統實現）
開環控制系統的基本組成和工作過程
閉環控制系統的基本組成和工作過程
控制系統的方框圖
控制系統都由若干環節組成，控制系統的輸入與輸出之間有一定的對應關系。
二、控制系統的工作過程與方式
4、開環控制系統（p、104 )
游泳池定時注水控制
控制系統的輸出量，不對系統的控制產生任何的影響，這種控制系統的稱為開環控制系統。
控制器
輸入量
輸出量
執行器
被控對象
控制量
對于開環控制系統，通常可以用以下的方框圖表示：
定時器
進水閥門
游泳池
設定注水時間
游泳池的水位
水流量
開環控制系統，信號的傳遞是單向的。
例：行車剎車控制過程如下：剎車時，施加一定的
握把力，通過杠桿系統，使剎車片壓緊車圈（或輪
軸），車輪減速。剎車握緊力與車輪轉速一一對
應。這是一個開環控制系統，請畫出控制方框圖。
控制對象：
控制手段：
控制目的：
自行車
手剎車閘
減速
例子：十字路口的紅綠燈、樓宇的報警系統、火災自動報警系統、電風扇、電燈控制等
3.家用縫紉機的縫紉速度控制系統
1.遙控器控制電視系統
節目
遙控器發出紅外線
控制電路
換臺裝置
顯示器
操縱
2.普通全自動洗衣機控制系統
接通
電源
控制
電路
電機等
裝置
洗衣機
運行或
停止
傳感器
常開接點
電燈
燈亮/滅
有/無聲響
5. 聲控燈系統
設定的
檔位
控制
電路
可變
電阻
燈泡
燈泡
亮度
電流
大小
4.可調光臺燈控制系統
樓道里使用的自動聲（或：光)控燈：可以節約能源，還可以減少開關的磨損，極大的方便過客。
問題：
1、自動門的控制系統
控制器
輸入量
輸出量
執行器
被控對象
控制量
紅外裝置是否發出的信號檢測到人體輻射
控制電路
電機
轉動
自動門
門的開啟和關閉
方便人們的出入，醫院手術室、銀行或賓館，當人走進大門時自動打開。
原理是：當人走進門時，門上的紅外裝置檢測到人體熱輻射發促的紅外信息，控制電路接收到該信號后，便會發出相應的指令，啟動電機運轉，從而帶動門自動開啟（或控制氣動裝置,使門向兩邊打開）。當門開啟后，控制電路將作出判斷，如果沒有人在四周，就通知電機做反向運轉，使門關閉。
2.1）賓館、酒店自動叫醒服務裝置控制方框圖
工作原理：客人撥通自動叫醒服務電話，電腦
自動應答，并提示客人輸入房間號和需叫醒的
時間，到時電腦將自動打電話叫醒客人。
輸入房
間號和
需叫醒
的時間
電腦控
制系統
撥號
裝置
電話機
鈴聲
電流
2）請畫出自動升旗控制方框圖
定時
時間
定時
裝置
電動機
滑輪、
國旗
升旗
速度
3、自動烘手機 紅外線感知手的靠近過程，沒人的時候，鼓風機和加熱電爐絲都自動切斷電源；當手的溫度在紅外傳感器監視的范圍內，烘手機就啟動。
4、水泵抽水控制系統 農民種莊稼，“靠天吃飯”天氣干旱，收獲困難。水泵就是解決這個問題。當需要灌溉農田時，只要接通電源，電機就帶動水泵工作，將水從水源處抽到干旱的農田里。
控制器
輸入量
輸出量
執行器
被控對象
控制量
接通電源
電機
水泵
水流量
水管？
水管排水
手發出信號
紅外線傳
感控制器
常開（斷開）接點
鼓風機和加
熱電爐燈泡
熱風
（輸入）
（輸出）
5、公共汽車車門的開關控制
公共汽車車門的開關控制是氣動控制，司機操作開關的裝置，,電流控制“電磁閥”的啟閉，通過電磁閥決定壓縮空氣的流向，最后由壓縮空氣推動活塞開門或關門。
6、家用壓力鍋的壓力控制系統
控制器
輸入量
輸出量
執行器
被控對象
控制量
排氣孔
重錘
司機操作
開關裝置
（輸入）
電磁閥啟閉
推動活塞
門
開或關
（輸出）
知識補充
電磁閥是用來控制流體的自動化基礎元件，屬于執行器；并不限于液壓，氣動。電磁閥用于控制液壓流動方向，工廠的機械裝置一般都由液壓鋼控制，所以就會用到電磁閥。 電磁閥的工作原理，電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排油的孔，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動油剛的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞竿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機械運動。
7、根據消防要求，倉庫、圖書館都需要安裝火災自動報警系統。如有火災發生，感應探測器檢測到發生火災室內濃烈的煙霧，從而報警。畫出火災自動報警控制系統的工作過程方框圖。指出方框圖的各個環節的具體內容和輸入量、輸出量、控制量。
控制器
輸入量
輸出量
執行器
被控對象
控制量
煙霧信號
感煙探測器（感溫）探測器
部件：警鈴、訊響器、報警燈
報警控制電路（器）
或：火災開環控制方框圖
煙霧信號
探測器
報警
電路
報警
部件
報警
信號
電流
5、閉環控制系統
游泳池注水控制
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。
對于閉環控制系統，通常可以用以下的方框圖表示(p106)。
被控對象
控制量
給定量
控制器
被控量
執行器
檢測裝置
比較器
+
-
檢測裝置
控制器
進水閥門
游泳池
給定水位
水流量
比較器
實際水位
說明：閉環控制系統的檢測環節是把系統的輸出信號傳到系統的輸入端，與給定值進行比較。輸出信號往往是各種物理量：電壓、流量、速度，這些值往往與系統的給定值不同，取值的范圍也不同，所以不能與輸入信號直接比較，需要測量并轉化，檢測環節正是起這個作用。相當與眼睛和皮膚，感知輸出信號的變化。
控制器：對輸入信號（偏差值）進行運算，
并發出控制命令
執行器：根據指令對被控對象直接控制
例：人體溫度控制系統
實際體溫
-
正常體溫
大腦中樞
循環系統
人體（包括皮膚）
+
檢測裝置
1.電冰箱的溫度控制系統
控制
電路
電機-壓縮器組
電冰箱
制冷量
箱內溫度
預置溫度
檢測裝置
（熱敏電阻）
【案例分析】
溫度
控制器
冰箱
溫度
制冷裝置
溫度檢測裝置
+
-
電冰箱
控制量
設定溫度
又：冰箱控制方框圖：
該控制系統工作時的主要干擾因素有哪些
環境溫度、冰箱門的開啟
2.瓦特式速度調節器
發動機
進油量
設定轉速
離心調
節器
發動機轉速
調節閥
轉速檢測裝置
(齒輪組)
比較器
+
-
3、供水水箱的水位自動控制系統p112
被控對象
控制量
給定量
控制器
被控量
執行器
檢測裝置
4、加熱爐的溫度自動控制系統
被控對象
控制量
給定量
控制器
被控量
執行器
檢測裝置
思考：在加熱爐的溫度控制系統中，可能有哪些干擾因素，系統是如何克服干擾使爐溫穩定在給定范圍內的？
5、自動電熱水壺控制系統
P104馬上行動
電信號
（輸入）
控制系統
鍋內溫度
（輸出）
1、
（1）普通家用電飯煲的煮飯控制方框圖
（2）普通家用電飯煲的保溫溫度控制方框圖
+
設定溫度
K
(開關）
輸出
溫度
R
電熱盤
雙金屬片
-
電飯鍋
70~80度
飯熟
接通電源
開關
電熱盤
內鍋
溫度
問題：
（輸入）
設定亮、滅時序
（輸入）
給定車
流量
主控中心
（輸出）
信號控
制裝置
紅綠燈
實際車
流量
+
感應線圈
-
自動控制（根據車流量大小改變紅綠燈時間）系統。請畫控制方框圖。
2、交通路口的紅綠燈是怎樣控制？
電腦
（輸出）
時序控
制裝置
紅綠燈
燈亮、
滅時序
電流
定時控制系統
　　
資料：根據車流量自動改變紅綠燈
控制系統屬于我市首次引進的國外技術，其內容包括交通信號燈、感應器及信號控制器、主控中心等各路口都將在地下埋放一種感應線圈，車輛從上面通過時，路面感應線圈可以計算出車輛的速度和流量，這些信息輸入中心控制室后，由主機電腦統一計算，然后根據車流大小自動變換紅綠燈。比如哪個方向的車流量大，該方向的綠燈時間自動延長；沒有行人時可以保持一直綠燈，同時也能將同一道路上各路口的紅綠燈實現聯網，使“一路綠燈”成為可能，大大提高車輛通行速度和交通安全。
控制系統的干擾因素
控制系統設計方案
控制系統的實現與調試
三、閉環控制系統的干擾與反饋
控制系統的設計與實施
1.（1）控制系統的干擾因素（p108 ）
含義：除輸入量以外引起被控量變化的各種因素（環境、人為，可以克服也可以利用）
找出干擾的方法：引起輸出量變化的原因
說明：控制系統的干擾因素是導致系統不穩定的因素，控制系統的穩定性能與干擾因素有關
例：自動扶梯的升降控制，蔬菜大棚的溫度控制
一般控制系統中，干擾因素是需克服的。
（1）消除干擾：
（2）減弱干擾:
(3)提高控制系統性能:
而在有些情況下，卻可以利用干擾因素實現某種目的。
如在飛機上不能使用通信設備
如采用閉環控制系統
如電器在使用時要遠離其他電子設備
（2）反饋
將輸出量通過適當的檢測裝置返回到輸入量并與輸入量進行比較的過程。
反饋方法：利用反饋來分析和處理控制對象，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。
閉環控制系統的核心:通過反饋來減少被控量的偏差。
反饋在系統的作用與特點的不同，可以將其分為正反饋和負反饋。
負反饋：通過輸入、輸出之間的差值作用于控制系統，控制器使這個差值不斷縮小。這種系統控制精度高，系統穩定。
正反饋：對小的變化進行放大。
（3）閉環控制系統與開環控制系統的比較
開環控制 閉環控制
能否調節和補償
控制精度
結構
適用場合
方框圖
否
能
差
好
簡單
復雜
穩定場合
相對不穩定
無回路，無反饋
有回路，有反饋
功能模擬法：以功能和行為的相似性為基礎，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法。
應用：能實現人腦的模擬 電腦 單片機 飛機
（4）控制論的主要方法
功能模擬法和黑箱方法
西瓜
看聽拍
生或熟
控制系統
系統的輸入
系統的輸出
黑箱
黑箱
黑箱方法：將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及其功能的方法
作用:分析系統內部的結構和功能。大腦的研究，盧瑟福粒子散射試驗、心電圖檢查、計算機的基本性能檢查
判斷生熟雞蛋：
搖、轉、看
雞蛋
生或熟
心電圖檢查：
跳動信號
心臟工作
情況
心率波動圖
籃球實際投擲的位置
-
籃圈的位置
控制器（大腦）
執行器（手）
被控對象（籃球）
+
檢測裝置（眼睛）
問題:
p117練習（1-3）
帆船運動：”憑風借力
好行船“
2、1)控制系統設計方案
控制系統的設計p118
1)控制系統的設計主要應明確要達到的目的、控制的對象、被控量和控制量、干擾因素的克服、設計方案應能達到目的，易于實現。
2)設計的基本要求：穩定性、精度和抗干擾性能符合設計要求。
3)設計步驟：
設計要求－－設計分析－－控制過程分析－－方案構思－－方案實施
簡單控制系統的設計過程：一、明確設計目的 二、確定設計方案 三、選擇實現方法 四、完成設計 五、評估
控制系統的設計
明確控制的目標
確定被控量、控制量
分析主要的干擾因素
分析被控對象的重要特性
控制系統的方案選擇
控制系統的調試、運行和評價
系統的成本分析
實施控制系統所需的設備、元件等
……
確定被控量、控制量是關鍵
對于簡單系統，控制量常被確定為被控量
控制系統設計的一般思路
2)控制系統的設計報告
設計描述 （因為什么要進行方案設計）
設計要求 （控制動作、控制精度、成本、外觀、結構等要求）
設計分析 （控制方式、控制方框圖、各個控制環節）設計準備 (實現控制需要的工具、設備、材料）
方案設計（多個方案）(草圖、原理圖、三視圖、組裝圖等）
方案篩選
方案實現
1、開環控制系統的設計
例1：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；
定時器
電機
電風扇
設定轉速
風速
轉速
例2：電吹風控制系統的設計
被控對象——電吹風；
被控量——風的速度和溫度；
控制量——電機的電壓；
干擾因素——房間溫度、電源電壓的波動；
設定電吹風的檔位（輸入）
電機、風扇、電熱絲
風的速度和溫度（輸出）
閉環控制系統的基本要求：
1.閉環控制系統必須是穩定的；
2.系統的輸出量與給定值之差應控制在允許的范圍之內；
3.要有較好的抗干擾性能；
2、閉環控制系統的設計
例：抽水馬桶水箱的自動控制系統的設計
設計要求是什么？
是開環還是閉環控制？
被控對象、被控量、控制量是什么？
主要的干擾因素是什么？
請用方框圖畫出水箱的控制過程。
如果要節約用水，減少水箱每次沖水的量，談談你的構思。
被控對象
控制量
給定量
控制器
被控量
執行器
檢測裝置
杠桿比較
進水閥門
水箱
預設水位
進水量
水位
浮球
1、電子音樂門鈴的控制對象和輸出量分別是什么
控制對象：揚聲器 輸出量：音樂聲
2、箱溫度控制中不屬于干擾因素的是（ ） A、打開冰箱門 B、把食物放到冰箱內
C、市電電壓下降 D、房間溫度變化很大
３、列不屬于開環控制系統的是（ ）
A自動門 B 自動聲控燈 C自動烘手機
D電飯鍋溫控系統
4、有人說“開環控制系統都是人工控制系統”，
自動控制系統都是閉環控制系統你認為這一說
法是否正確，試舉例說明。
自動門、聲控燈、聲控門。
練習
？
5.隨著音樂起伏而變化的音樂噴泉是控制技術的一
種具體應用。其工作過 程是由 “聲－電轉換裝置”
將起伏的音樂強度轉換為隨之而變化的電信號，這
種電信號驅動電動機帶動水泵轉動。音樂聲信號強，
水泵的轉速就快，噴頭的壓力就大，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
泉水柱的高低一一對應。請回答以下問題：
請畫出控制方框圖.
音樂
信號
聲電轉
換裝置
和電機
水泵
噴頭
水柱
高低
1)是開環還是閉環？
2)輸入量和輸出量分別是什么
蠟燭
點燃
雙金屬片
受熱彎曲
電路導通
蠟燭
火滅
風扇
6.畫出自動滅火控制系統方框圖
原理是：蠟燭點燃產生高溫使雙金屬片彎曲變形，電路接通，電機通電運轉產生風能將蠟燭熄滅。
外界的主要干擾因素有哪些？
電機轉速、風速與方向受室內空氣流動性影響
風
7.有報紙報道，一位八歲小女孩在進某酒店的旋轉
大門時，被旋轉大門夾住，結果造成重傷。現請
你幫忙設計一個控制系統的方案，使旋轉大門遇
到阻力時能夠自動停止轉動。請你畫出該控制系
統的方框圖，說明其工作過程。（提示：可以采
用壓力傳感器檢測是否受到阻力）。
當人被旋轉大門夾住時，壓力傳感器會檢測到
大門遇到阻力控制電路接收到該信號 。
壓力異
常信號
壓力傳感器
控制電路
電機剎
車裝置
門
門鎖定
8．案例分析題 下面兩圖分別是瓦特蒸汽機的工作原理圖和蒸汽供給控制原理圖。如右下圖所示，套筒與閥門連在一起，當蒸汽機的轉速較高時，飛球離心力增大，套筒向上移動，閥門通孔截面積減少，蒸汽流速降低，蒸汽機汽缸內壓力減少使其轉速下降。
(1) 蒸汽機的轉速控制系統屬于 （選填開環或閉環）控制系統。
(2) 請補充完整蒸汽機轉速自動控制系統方框圖。
(1) 蒸汽機的轉速控制系統屬于 閉環 （選填開環或閉環）控制系統。
1）設計一個家用窗簾簡易控制
電路，設計要求天亮時自動
開啟，天暗時自動關閉。請
畫出控制系統方框圖。
9、設計題：
天亮
天暗
光檢測
控制電路
電動機
窗簾開啟
或關閉
（輸入）
窗簾
（輸出）
2）現在我們可畫出雨天自動關窗系統控制方框圖。
是否
有雨
濕度傳感器控制電路
電動機
窗戶
開或關
3）設計并制作可伸縮的晾衣控制裝置。利用手搖裝置或電動裝置將晾衣繩連同衣物移到室外，下雨時將它整體收回到室內。
4）p124練習1 練習2
（4）畫出控制系統的框圖。

10、案例分析及設計題：水塔自動抽水控制系統的設計。如圖所示是水箱液位控制系統，當水箱出水量大時,水位下降浮子下沉，帶動活塞偏離進水口位置，此時進行補水直到水箱里的水位上升到給定水位，浮子上浮，活塞歸位。在這個系統中，浮子、活塞以及兩者之間的連桿機構組成一個杠桿系統。試回答以下問題：

展開更多......

收起↑