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控制系統的高考專題復習
類別說明
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
高考內容及要求
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
內容及習題復習
1、控制（control）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）說明：控制的對象是什么
要達到什么目的
采取什么手段
（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
2、控制的應用（99）
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（98）
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
一
(1)、自動控制技術在各行各業的應用，一方面減輕了人的勞動強度，解放了勞動生產力，另一方面也可能造成失業人數增加。對此，你有什么看法？
這兩個問題并不矛盾。從經濟學角度，發展技術密集型的產業，解放勞動生產力，減輕人的勞動強度，是社會發展的趨勢，而富裕的勞動力可以通過第三產業得以解決。
(2)、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
(3)、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）
(4)、電熱水器及其玻璃管
(5)、農用灌溉系統
第二節
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。
4、開環控制系統的基本組成和工作過程
5、閉環控制系統的基本組成和工作過程
6、控制系統的方框圖
4、開環控制系統（104 c)
游泳池注水控制
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：
開環控制系統例子：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
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、樓道里使用的自動聲控燈
可以節約能源，還可以減少開關的磨損，極大的方便過客
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，烘手機就氣動。
4、水泵抽水控制系統
農名種莊稼，“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
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
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）
西羅的自動門
水罐
（1，2）
祭壇點火
打開廟門
轉動軸
（3）
廟門
旋轉量
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。
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(c106)
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
+
-
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。
5、供水水箱的水位自動控制系統112
被控對象
控制量
給定量
控制器
被控量
執行器
檢測裝置
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
6、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
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
溫度
第三節
1、控制系統的干擾因素
2、控制系統設計方案
3、控制系統的實現與調試
（1）、控制系統的干擾因素
干擾因素含義：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控制系統
自動扶梯的升降控制，蔬菜大棚的溫度控制
（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。入核反應
（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
系統中各基本環節的作用
（1）被控對象 ：指要進行控制的設備或過程。 （2）檢測裝置：用來檢測被控量，并將其轉換成與給定量同一物理量。 （3）給定環節：是設定被控量給定值的裝置。 （4）比較環節 ：將檢測的被控量和給定值進行比較，確定兩者之間的偏差。 （5）控制裝置 ：根據得到的誤差信號，發出相應的控制信號。 （6）執 行 器：直接作用于被控對象，使被控量達到所要求的數值。
（4）控制論的主要方法
功能模擬法和黑箱方法.
功能模擬法:應用能實現人腦的模擬
電腦 單片機 飛機
黑箱方法: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
問題
帆船運動：”憑風借力
好行船“
思考：能否畫出該控制圖
2、控制系統設計方案
控制系統的設計
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
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
問題
1、抽水馬桶水箱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
抽水馬桶水箱自動控制系統的設計
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
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。

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