資源簡介

(共65張PPT)
控制與設計
通用技術高三一輪復習
人們按照自己的意愿或目的，通過一定的手段,使事物向期望的目標發展。
一、控制的涵義
1、控制的對象是什么
理解控制現象，需要明確：
2、控制要達到什么目的
3、采取什么控制手段
舉例：自行車剎車控制過程
控制對象：
自行車
手剎車閘
減速
控制手段：
控制目的：
二、控制的分類
從控制過程中人工干預的情形來分，
人工控制:
自動控制:
有人直接干預
不需要人的直接干預
按照執行部件的不同，控制分為：
機械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等
人工紡紗、打開普通自來水龍頭，撳按鍵打開電燈、駕駛汽車等；
數控機床、飲料自動裝罐生產線、花房恒溫控制、十字路口紅綠燈的轉換等
控制的應用自古就有，在生產、生活、軍事國防等各個領域都有極其廣泛的應用。
三、控制的應用
現代網絡家電
生活
汽車制造
汽車沖壓
汽車油漆
工業生產
汽車制造
汽車混裝車間
汽車檢測
工業生產
農業生產
水 車
溫室
農業生產
農田灌溉
電源
控制室
水泵
農業生產
農田灌溉
折射式微噴
射流式微噴
錘式微灌
農業生產
軍事國防
精密制導導彈
神州五號
嫦娥一號
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。
概念：
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。
控制器
執行器
被控對象
控制量
開環控制系統的方框圖：
輸入量
輸出量
四、開環控制系統的基本組成和工作過程
游泳池的定時注水控制系統
(輸入)
(輸出)
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
控制
電路
電機
自動門
轉動
紅外裝置是否檢測到人體熱輻射發出的信號
門的開/關
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
電機
水泵
水管
水流量
接通電源
水管排出水
控制器
執行器
被控對象
被控量
控制量
開環控制系統，信號的傳遞是單向的。
水泵抽水控制系統
【案例分析】
閉環控制系統的方框圖如下：
概念：
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,這種控制系統稱為閉環控制系統。
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。
五、閉環控制系統的基本組成和工作過程
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
游泳池水位控制系統
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
五、閉環控制系統的基本組成和工作過程
（輸入）
設定亮、滅時序
電腦
時序控
制裝置
紅綠燈
燈亮、
滅時序
電流
交通路口的紅綠燈定時控制系統是怎樣控制？
　　
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
（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
-
交通路口的紅綠燈自動控制（根據車流量大小
改變紅綠燈時間）系統。請畫控制方框圖
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
小試驗：閉上眼睛寫控制系統四個字
請寫出閉上眼睛寫字的控制過程方框圖
老師指令
左腦
手
筆
字
（輸入量）
（輸出量）
這是開環控制系統
思考：閉上眼睛寫字與睜開眼睛寫字的區別在哪
里？為什么？
睜開眼睛寫字具備自動修正的能力
請畫出睜開眼睛寫字的控制過程方框圖
老師指令
左腦
手
筆
字
（輸入量）
（輸出量）
眼睛
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】
【案例分析】
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）
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
如電器在使用時要遠離其他電子設備
如采用閉環控制系統
六、干擾因素
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
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。
七、反饋
八、功能模擬方法
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。
飛行中的飛機
卡斯帕羅夫VS“小森”
西瓜
看聽拍
生或熟
控制系統
系統的輸入
系統的輸出
九、黑箱方法
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
判斷生熟雞蛋
中醫
閉環控制系統是指在系統的輸出端與輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過程產生影響的控制系統。
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。
十、閉環控制系統的工作過程
控制器
閥門
水箱
預設水位
進水量
比較器
1、供水水箱的水位自動控制系統
水位
檢測裝置
熱電偶
控制器
加熱器
加熱爐
設定溫度
比較器
2、加熱爐的溫自動控制系統
熱量
溫度
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？
主要干擾因素：加熱爐外的環境溫度變化、加熱器電壓的波動等；
系統通過檢測裝置檢測爐內溫度值，并于給定溫度值進行比較，將偏差傳給控制器進行控制，從而克服干擾使溫度在給定范圍內。
熱電偶
控制器
加熱器
加熱爐
設定溫度
比較器
2、加熱爐的溫度自動控制系統 P113
熱量
溫度
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？
主要干擾因素：加熱爐外的環境溫度變化、加熱器電壓的波動等；
系統通過檢測裝置檢測爐內溫度值，并于給定溫度值進行比較，將偏差傳給控制器進行控制，從而克服干擾使溫度在給定范圍內。
閉環控制系統與開環控制系統的比較
開環控制系統 閉環控制系統
能否自動調整和補償 不能 能
控制精度 比較低 高
結構 簡單 相對復雜
適用場合 控制精度要求不高而系統本身的元件又比較穩定的場合 要求高精度和高可靠性的場合
十一、控制系統設計的一般思路
控制系統設計
↑
←
→
明確控制的目的
控制系統的調試運行和評價
分析被控對象的主要特性
確定被控量，控制量
分析主要干擾因素
系統成分分析
實施控制系統所需的設備和元件
……
↓
↘
↖
↗
↙
↖
控制系統的方案選擇
1、開環控制系統的設計
例：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
設定時間
風速
轉速
例：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；
1、開環控制系統的設計
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
2、閉環控制系統的設計
杠桿比較
進水閥門
水箱
預設水位
進水量
水位
浮球
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
簡單控制系統的設計過程：
后面為專題八練習答案
開環控制系統
水泵抽水控制系統
水管排 出水
接通電源
電機
水泵
水管
水流量
飯熟保溫
接通電源
電飯煲
電熱盤
內鍋
溫度
普通家用電飯煲的煮飯控制
遙控器控制電視系統
節目
遙控器發出紅外線
電視機
換臺裝置
顯示器
操縱
閉環控制系統
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）
籃球比賽運動員投籃工作過程
控制器
閥門
水箱
預設水位
進水量
比較器
水位
浮子
供水水箱的水位自動
控制系統
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
傳感器
常開接點
電燈
燈亮/滅
有/無聲響
聲控燈系統

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