資源簡介

(共50張PPT)
A.拔動教室電燈開關，燈的亮與不亮與手動有關。
日常生活中的控制：
B.聲光感應開關，當有聲音時燈亮。
日常生活中的控制：
C.紅外感應出水龍頭，手靠近水龍頭出水，離開則不出水。
日常生活中的控制：
D.賓館自動門，當有人進入，門自動打開。
日常生活中的控制：
A.拔動教室電燈開關，燈的亮與不亮與手動有關。
B.聲光感應開關，當有聲音時燈亮。
C.紅外感應出水龍頭，手靠近水龍頭出水，離開則不出水。
D.賓館自動門，當有人進入，門自動打開。
日常生活中的控制：
以上活動的特征 :
一個輸入信號（如手拔開關）對應著一個輸出信號（如燈亮或不亮）。
這些控制是怎樣實現這個功能的呢？或者說，它們工作過程是怎樣的呢？
第二節 控制系統的工作過程與方式
1、什么是控制系統：
一、控制系統
控制的對象是什么
控制要達到什么目的
采取什么控制手段
然后，控制的實現又是通過哪些具體的環節呢
要想進一步了解控制，我們首先需要分析
任何一種控制的實現，都要通過若干個環節共同實現，這些環節所涉及的裝置就構成了一個系統，稱為控制系統。控制系統的輸出和輸入之間有一定的對應關系。
電子門鈴的電子控制系統
1、控制系統涵義
控制系統
輸入
輸出
1. 什么是控制系統？
例如：街道、宿舍走廊或其他公共場所的光控路燈。
例如：下雨天能夠自動關閉窗戶的裝置。
燈泡
光控開關
外界光線的強弱
（輸入）
燈泡的亮與熄
（輸出）
窗戶
電機機
感濕器
雨水
（輸入）
窗戶的關閉
（輸出）
【案例分析】
控制事例 控制的對象 控制的目的 控制的手段
電燈的開關控制
自行車速度的控制
電風扇扇葉轉速快慢的控制
電燈
自行車
電風扇
電燈的開關
速度的調節
調節速度
換檔
改變踩動腳蹬的力氣
撥動開關
【馬上行動】指出表中所列事例是否屬于控制系統，如果是控制系統，請指出系統的輸入、輸出分別是什么？
是否屬于控制系統 輸入 輸出
電飯煲
脫粒機
紅外線自動水龍頭
是
是
是
做飯指令（電信號）
啟動指令（電信號）
人手的紅外信號
鍋內的溫度
脫粒的量
出水和不出水
控制系統一般分為開環控制系統和閉環控制系統
普通游泳池注水控制系統控制過程
游泳池注水控制系統中，如果進水管單位時間的水流量一定，那么游泳池水位的高低與進水的時間一一對應。我們可以利用定時器來控制進水閥門的開啟與關閉。
為了分析控制系統的方便，我們可以使用方框來表示系統的環節，用單向箭頭（單向信號線）來表示系統信號傳遞的方向。這樣畫出的控制系統的方框圖可以表示系統的各個環節在系統中的位置、功能和相互之間的關系。
開環控制系統的方框圖
輸入量
控制器
執行器
被控對象
輸出量
定時器
進水閥門
游泳池
設定注水時間
輸入
水流量
游泳池水位
輸出
控制量
被控量
給定值
開環控制系統的方框圖：
輸入量：控制系統的給定量。
控制器：對輸入信號進行處理并發出控制命令的裝置或元件。
執行器：直接對被控對象進行控制的裝置或元件。
控制量：執行器的輸出信號。
被控對象：控制系統中所要求控制的裝置或生產過程。
輸出量（被控量）：控制系統中所要控制的量，也是控制系統的輸出信號。
2、開環控制系統
控制器
執行器
被控對象
給定值
被控量
控制量
控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響，這種控制系統稱為開環控制系統。
輸入量
輸出量
控制
電路
電動機
自動門
轉動
紅外裝置檢測人體熱輻射發出的信號
門的開啟或關閉
控制器
執行器
被控對象
被控量
控制量
案例分析：自動門的控制系統
電動機
水泵
水流
轉速
接通電源
水流量
控制器
執行器
被控對象
被控量
控制量
案例分析：水泵抽水控制系統
這是一個開環控制系統，在這個控制系統中，水泵是否排出水受電源開或關的控制，而且信號的傳遞是單向的。
控制量:執行器的輸出信號。
被控量:控制系統的輸出信號。
控制量與被控量的區別:
開環控制系統特征：
系統的輸出量僅受輸入量控制，輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞，輸出量不對控制系統產生任何影響。
控制方式：按給定值操縱。信號由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對應一定的輸出量。系統的控制精度取決于系統事先的調整精度。對于工作過程中受到的擾動或特性參數的變化無法自動補償（系統本身沒有自動糾錯的能力，要進行糾正，必須再借助于人工。）。結構簡單，成本低廉，多用于自動售貨機，自動報警器，自動流水線等。
馬上行動：列舉你所知道的開環控制系統。
紅綠燈定時控制系統、防盜報警系統、火災報警系統、音樂噴泉控制系統、鬧鐘定時控制系統、賓館自動叫醒服務系統、聲控燈、自動烘手機、自動水龍頭、洗衣機、電風扇的風速控制、直流電動機和數控機床等。
馬上行動：
1)用方框圖說明下列開環控制系統的工作過程。
（1）普通家用電飯煲的煮飯控制。
普通電飯鍋的控制中，加熱過程的控制是一個以溫度為變量、按時間順序變化的時序控制，因而，它是一個開環自動控制系統。控制的對象是電飯鍋內的內鍋，輸出量是內鍋溫度按時間變化的規律。輸入量是“做飯指令”，這個指令的核心是：內鍋溫度低于限制溫度（103℃），電熱盤工作；內鍋溫度達到限制溫度，電熱盤停止工作；內鍋溫度達到限制溫度，電熱盤停止工作；內鍋溫度下降到保溫點（65℃）時，實施保溫控制。在具體操作上是由按鈕實施。系統的執行器是電熱盤。
煮飯指令
（輸入）
保溫限溫控制裝置
電熱盤
內鍋
煮飯
（輸出）
（2）公共汽車車門的開關控制系統。
開關
（輸入）
車門
開/關
（輸出）
氣動活塞
輸入量為開關信號，輸出量為車門的開與關，控制量為氣動活塞的行程。
電磁閥
當系統自身計時出現誤差時，叫醒報務時間是否準確？也就是系統能否修正這一誤差？
是一個開環系統，所以如果系統自身時間計時有誤，系統不能自動調整過來，叫醒時間也就要出差錯。
（3）酒店自動叫醒報務控制系統的工作過程，畫出方框圖。
設定叫醒時間
電腦
客房電話
叫醒信號
（4）火災自動報警系統由火災探測器、現場報警部件、報警控制器組成。火災探測器包括感煙探測器和感溫探測器，現場報警器包括警鈴、訊響鈴、報警門燈等，報警控制器按顯示方式分為數碼顯示和液晶顯示兩種不同的類型。
報警聲
煙感探測器
報警部件
報警控制器
電信號
煙霧信號
游泳池注水
如果進水管的進水量是均勻的，游泳池中的水位高度與進水的時間是一一對應的。我們可以在注水口處裝一個定時器，通過定時器來控制注水的水位。
進水管的水壓會在注水過程中發生變化，比如水壓會變小，此時若還使用前一種注水系統，會導致什么問題？
設定的時間到了，游泳池的水還沒有達到預期的水位。
如何解決這一問題？
設計該控制系統的目的：在存在干擾因素的情況下，如何克服干擾，達到預期目標。
在存在干擾的情況下，我們可以想辦法消除掉它對被控對象的影響，使事態的發展回歸正途。
游泳池水位
控制器
進水閥門
游泳池
設定水位
水流量
檢測裝置
＋
－
控制器
執行器
被控對象
檢測裝置
控制量
給定量
比較器
被控量
－
＋
閉環控制系統方框圖
干擾
干擾
游泳池水位
控制器
進水閥門
游泳池
設定水位
水流量
檢測裝置
＋
－
比較器
3、閉環控制系統
檢測裝置
控制器
執行器
被控對象
給定值
被控量
控制量
比較器
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。
閉環控制系統的方框圖如下：
3、閉環控制系統
檢測裝置
控制器
執行器
被控對象
給定值
被控量
控制量
比較器
與開環控制系統相比，閉環控制系統多了一個由檢測裝置組成的環節，構成一條閉合回路。
閉環控制系統的方框圖如下：
案例分析：我們來分析一下人拿杯子這個動作完成的過程。人在打算拿桌子上的杯子時，首先要看一下，杯子的位置與自己手的距離有多少，然后人的大腦會命令自己的手做出動作，向減少這個距離的方向移動，同時不斷的觀察兩者之間的距離還有多少，直到人的手碰到了杯子，大腦就命令手停止運動，杯子也就拿到了。這個過程可以用下邊的圖來表示。
杯子的位置
人眼
大腦
人手
人手的位置
人眼
人類行為控制系統舉例
在這個例子中，
①杯子的位置作為人控制手要達到的位置（給定量）。
②人眼（檢測裝置）一方面感知該控制系統輸出量即人手的位置命令另一方面得出它與給定量之間的差距，大腦相當于控制器。
③人手兼職執行機構和被控對象雙重角色。
顯然該系統具備較高的控制精度且抗干擾能力強，其原因就在于它將給定量與所檢測的被控量進行比較，也就是說我們如果增加檢測和比較環節，就能解決干擾的問題，做到高精度的控制。
3、閉環控制系統
閉環控制系統的特點:

1)系統輸出量對控制作用有直接影響。
2）有反饋環節，并應用反饋減小誤差。
3）當出現干擾時，可以自動減弱其影響。
4)低精度元件可組成高精度系統；
馬上行動
2、人工調節液面
1、電冰箱的溫度控制系統
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）
眼睛
大腦
手、閥門
容器
給定值
比較器
液面位置
2、人工調節液面
水流量
浮球
控制器
閥門
水箱
預設水位
進水量
比較器
3、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
4、加熱爐的溫自動控制系統
熱量
溫度
5 、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。
給定 +
水位
比較器
機械控制
進水閥門
水流量
水箱
水箱的水位
浮球
-
給定 +
水位
比較器
機械控制
進水閥門
水流量
水箱
水箱的水位
浮球
-
6、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
1、家用縫紉機的縫紉速度控制系統：
開環控制系統。
縫紉機速度
腳踩的力
傳動裝置
縫紉機
縫紉機
輸出轉速
輸入轉速
2、走道燈的聲光控制系統
聲-電傳感器
觸點延時開關
走道燈
燈亮/滅
有/無聲音
開環控制系統
3、希羅的自動門控制系統
祭壇的點火或滅火
氣壓控制
虹吸
自動門
門開或關
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、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。
重錘
出汽孔
壓力鍋
鍋內壓力
重錘
重錘重力
比較器

展開更多......

收起↑