資源簡介

(共59張PPT)
4.1控制的手段與應(yīng)用
　劉禹錫的《竹枝詞》
東邊日出西邊雨，
道是無晴卻有晴。
一、控制的手段
事物的發(fā)展與變化具有多樣性。
例如，一棵樹可能因為某種原因結(jié)不出果實來，也可能碩果累累，而且果實可以有大有小，或酸或甜。
1、事物發(fā)展的結(jié)果可能是人們預(yù)先期望的，也可能是與預(yù)期的目標(biāo)不相符，甚至是不希望得到的。（馬上行動）
2、如果人們想達到某一特定的目的，就必須運用適當(dāng)?shù)氖侄蝸韺崿F(xiàn)。
下一頁
大禹治水
大禹采用挖通河道，匯集洪水至江河中的辦法實現(xiàn)了泄洪的目的
生活中：通過控制電燈的辦法實現(xiàn)照明。通過修建道路連接各地。還有。。。。
什么是控制？
思考：大禹治水過程中，通過什么手段實現(xiàn)了什么樣的目的？
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(biāo)發(fā)展，這就是控制。
例如：射手通過瞄準，使箭射中靶心。
控制的涵義：P97
思考：找出自行車存在的各種控制現(xiàn)象？
剎車控制
速度控制
方向控制
1、控制的對象是什么
理解控制現(xiàn)象，需要明確：
2、控制要達到什么目的
3、采取什么控制手段
控制事例 控制的對象 控制的目的 控制的手段
電風(fēng)扇扇葉轉(zhuǎn)速快慢的控制
電風(fēng)扇
調(diào)節(jié)速度
換擋
音響
音量的調(diào)節(jié)
旋轉(zhuǎn)音量旋鈕
馬上行動
熱水器
調(diào)節(jié)出水口溫度的高低
改變?nèi)細饣痤^的大小
音響的音量控制
燃氣熱水器溫度的控制
控制的實現(xiàn)需要通過一定的手段。從控制過程中人工干預(yù)的情形來分，控制有人工控制和自動控制。
人工控制：控制過程是在人的直接干預(yù)和全程干預(yù)下進行的。
關(guān)/開 門
駕駛汽車
太陽能路燈
自動門
自動控制：指在無人直接參與的情況下，使事物的變化準確地按照期望的方向進行。
按照執(zhí)行部件的不同，控制可分為機械控制、氣動控制、液壓控制，電子控制。
當(dāng)然在很多控制的事例中，控制的手段又可以是綜合的。
馬上行動
請說說你所了解的人工控制和自動控制的事例。
人工控制：
人工紡紗、普通自來水龍頭、拖地板等
自動控制：
數(shù)控機床、飲料自動裝罐生產(chǎn)線、十字路口紅綠燈的轉(zhuǎn)換等
二、控制的應(yīng)用
控制的應(yīng)用自古就有，并在近代得到迅速發(fā)展，在社會生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域都有極其廣泛的應(yīng)用。
現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)家電
日常生活
汽車自動裝配生產(chǎn)線
工業(yè)生產(chǎn)
汽車油漆
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)
水 車
溫室
農(nóng)田灌溉
電源
控制室
水泵
農(nóng)田灌溉
折射式微噴
射流式微噴
錘式微灌
精密制導(dǎo)導(dǎo)彈
神舟五號
神舟六號
請同學(xué)們說說你在生活學(xué)習(xí)中所見到的應(yīng)用控制的事例。
學(xué)校：
學(xué)校的音樂鈴聲、多媒體教學(xué)系統(tǒng)、足球場草地自動噴淋系統(tǒng)、體育館的自動伸縮坐椅等。
家庭：
冰箱、電飯煲、微波爐等。
社會：
交通信號燈、電子警察、電梯、程控電話交換機等。
任何一種控制的實現(xiàn)，都要通過若干個環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)的有機組合就構(gòu)成了一個系統(tǒng)，稱為控制系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)的輸出與輸入之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。
電風(fēng)扇控制系統(tǒng)
電風(fēng)扇風(fēng)速擋位
電機、扇葉
風(fēng)速
（輸入）
（輸出）
馬上行動（P102)：請指出下列控制系統(tǒng)中的輸入、輸出分別是什么？
控制系統(tǒng) 輸入 輸出
電風(fēng)扇風(fēng)速控制
電飯煲
脫粒機
紅外線自動水龍頭
調(diào)速器或擋位
風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速
電源的電信號
鍋內(nèi)的溫度
電源的電信號
脫粒的量
人手的紅外信號
水龍頭的出水量
控制系統(tǒng)通常又分為
開環(huán)控制系統(tǒng)
Open loop contro system
閉環(huán)控制系統(tǒng)
Closed loop control system
通過上述兩個案例可以看出，輸入量決定輸出量，但控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響，這就是開環(huán)控制系統(tǒng)。
對于開環(huán)控制系統(tǒng)，用方框圖描述如下：
輸入量
控制器
執(zhí)行器
控制量
被控對象
輸出量
開環(huán)控制系統(tǒng)
案例分析（P103）：自動門的控制系統(tǒng)
紅外裝置檢測人體輻射信號
控制電路
電機
門的開/關(guān)
自動門
轉(zhuǎn)動
(控制量)
馬上行動
普通家用電飯煲的開環(huán)系統(tǒng)
接通電源
加熱裝置
電飯煲
按扭
鍋內(nèi)溫度
公交汽車車門的開關(guān)控制
傳動裝置
執(zhí)行活塞
開關(guān)
車門
(電磁閥)
車門開/關(guān)
鍋內(nèi)溫度
空氣流向
(控制量)
(控制量)
閉環(huán)控制系統(tǒng)就是把系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)。
給定量
比較器
控制器
執(zhí)行器
被控對象
檢測裝置
被控量
×
控制量
﹢
﹣
簡單閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖如下：
二、閉環(huán)控制系統(tǒng)
課本（P112）水箱的水位自動控制示意圖
×
給定水位
比較器
控制器
進水閥門
水箱
檢測裝置
水箱水位
水流量
﹢
﹣
案例分析：空調(diào)器溫度控制系統(tǒng)
炎炎夏日，人們采取各種消暑措施消暑，空調(diào)是第一選擇。那么，空調(diào)器是如何控制溫度的呢？它的工作過程又如何呢？
如設(shè)定溫度為25oC，室內(nèi)溫度如果高于25oC，那么空調(diào)通過比較，控制電路發(fā)出信號促使壓縮機進行工作；當(dāng)溫度達到設(shè)定溫度時，控制電路發(fā)出信號，壓縮機停止工作，風(fēng)扇照常工作。因此，空調(diào)溫度控制系統(tǒng)中有從輸出端返回到輸入端的信息反饋，它是閉環(huán)控制系統(tǒng)。
問題：根據(jù)空調(diào)器的工作過程，試畫出其溫度控制系統(tǒng)的方框圖。
空調(diào)器溫度控制系統(tǒng)方框圖如下：
×
設(shè)定溫度
比較器
控制電路
壓縮機
空調(diào)器
檢測裝置
輸出溫度
空氣溫度
﹢
﹣
馬上行動（P106）：判斷下列控制系統(tǒng)是否屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)，畫出方框圖。
4.3 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 的
干 擾 與 反 饋
1、干擾因素：
在控制系統(tǒng)中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素
例如：人在逆風(fēng)中騎自行車
應(yīng)保持的速度
自行車
行車速度
風(fēng)
思考：
在下表所列控制系統(tǒng)中，可能存在哪些干擾因素？
控制系統(tǒng) 干擾因素
自動扶梯的升降控制系統(tǒng) 自動扶梯的承載量，電梯輸出電壓的波動
利用滑輪組提升重物的控制裝置 滑輪組的摩擦力
蔬菜大棚的溫度控制 大棚外的環(huán)境溫度變化，大棚保溫材料的保溫性能發(fā)生改變
一般控制系統(tǒng)中，干擾因素是需克服的 。而在有些情況下，卻可以利用干擾因素實現(xiàn)某種目的。
2、反饋
控制系統(tǒng)中，將輸出量通過適當(dāng)?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程
例如：投籃
工作過程：
籃圈的位置
控制器（大腦）
執(zhí)行器（手）
被控對象（籃球）
+
籃球?qū)嶋H投擲的位置
檢測裝置（眼睛）
-
閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程
閉環(huán)控制系統(tǒng)是指在系統(tǒng)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(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)。
閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心是通過反饋來減少被控量（輸出量）的偏差。
案例分析：
①供水水箱的水位自動控制系統(tǒng)
水位自動調(diào)節(jié)過程：
案例分析：
②加熱爐的溫度自動控制系統(tǒng)
爐溫的調(diào)節(jié)過程：
思考：在加熱爐的溫度控制系統(tǒng)中，可能有哪些干擾因素，系統(tǒng)是如何克服干擾使?fàn)t溫穩(wěn)定在給定范圍內(nèi)的？
3、功能模擬方法
功能模擬法：以功能和行為的相似性為基礎(chǔ)，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法。
功能模仿方法
來自外部的信息
傳感器
計算機
執(zhí)行機構(gòu)
傳感器：光敏傳感器，磁敏傳感器，熱敏傳感器
執(zhí)行機構(gòu)：電動機，繼電器，閥門等
4、黑箱方法
西瓜
看、聽、拍
生或熟
控制系統(tǒng)
系統(tǒng)的輸入
系統(tǒng)的輸出
第四單元 控制與設(shè)計
第四節(jié) 控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施
一，控制系統(tǒng)設(shè)計的一般思路
系統(tǒng)要達到的目標(biāo)？
控制的對象？
被控對象的特性？
被控量和控制量？
外界的主要干擾因素？
怎樣的方案既達到目的、又經(jīng)濟、易于實現(xiàn)？
設(shè)備和元件？
控制系統(tǒng)的設(shè)計
實施控制系統(tǒng)所需的設(shè)備、元件等
系統(tǒng)的成本分析
控制系統(tǒng)的調(diào)試、運行和評價
控制系統(tǒng)的方案選擇
分析被控對象的主要特征
明確控制的目的
確定被控量、控制量
分析主要的干擾因素
。。。 。。。
案例分析：電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計
設(shè)計要求：
電吹風(fēng)能根據(jù)不同的檔位（如冷風(fēng)檔、熱風(fēng)檔）輸出不同種類的風(fēng)。
設(shè)計分析：
電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的被控對象是電吹風(fēng)裝置，被控量是風(fēng)的速度和溫度，控制量是電機的電壓，干擾因素是房間溫度、電源電壓的波動等。
方案構(gòu)思：
選擇開環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)電吹風(fēng)的控制要求。
設(shè)定風(fēng)的檔位就設(shè)定了電機的電壓和電熱絲的阻值，接通電源后，電機帶動一個小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的風(fēng)通過電吹風(fēng)的電熱絲，輸出的就是與設(shè)定的風(fēng)種相對應(yīng)的風(fēng)。
確定了電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計方案后，畫出必要的電器線路圖，選擇適當(dāng)型號的元件和配件，進行組裝、調(diào)試。
電吹風(fēng)的控制工作過程：
電吹風(fēng)是要將其內(nèi)部電熱絲的熱量通過一個小電風(fēng)扇擴散出去。
被控對象——電吹風(fēng)；
被控量——風(fēng)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(shè)定電吹風(fēng)的檔位（輸入）
電機、風(fēng)扇、電熱絲
風(fēng)的速度和溫度（輸出）
閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本要求：
1，閉環(huán)控制系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的；
2，系統(tǒng)的輸出量與給定值之差應(yīng)控制在允許的范圍之內(nèi)；
3，要有較好的抗干擾性能；
閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計
案例分析
設(shè)計要求：
當(dāng)水箱中的水位低于某一指定高度時，進水口立即進水。
當(dāng)水箱的水位達到某一指定高度時，進水口停止進水。
控制系統(tǒng)對控制精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性均沒有特別的要求。
抽水馬桶水箱的自動控制系統(tǒng)的設(shè)計
設(shè)計分析：
從設(shè)計要求來看，這是一種自動控制，因此選擇閉環(huán)控制系統(tǒng)。
被控對象是抽水馬桶的水箱，被控量是抽水馬桶水箱水位的高度，控制量是進水管的水流量（進進水量），水箱水位的高度與進水量之間呈線形關(guān)系
主要干擾因素是水箱的出水流量。
方案構(gòu)思：
采用浮球作為水位高度的檢測裝置。當(dāng)水箱的水位低于水箱的某個高度時，出現(xiàn)了水位差（給定的水位高度與實際水位高度之差），這個信號通過浮球、連桿機構(gòu)傳給進水閥，使進水閥打開，從而水箱進水；當(dāng)水箱水位達到水箱的某個高度時，水位差為零，進水閥關(guān)閉。
水箱水位控制過程：
波動沖水旋鈕，使出水閥打開，水箱沖水。與此同時，進水閥打開，水箱進水，知道指定水位時，進水閥關(guān)閉。
抽水馬桶水箱的自動控制系統(tǒng)的設(shè)計
討論
在上述案例中，如果要節(jié)約用水，減少水箱每次沖水的量，你能設(shè)計哪幾種方案？(共37張PPT)
控制系統(tǒng)的高考專題復(fù)習(xí) 一
郎建華
類別說明
1類:知道知識的內(nèi)容和含義,并能在有關(guān)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(shù)思想方法,能夠進行敘述和解釋,并在解決技術(shù)設(shè)計的實際問題中運用
高考內(nèi)容及要求
控制與設(shè)計 控制的含義 I
控制的應(yīng)用 I
控制手段 I
開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程 II
閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程 II
控制系統(tǒng)的方框圖 II
控制系統(tǒng)的干擾因素 II
控制系統(tǒng)設(shè)計方案 II
控制系統(tǒng)的實現(xiàn)與調(diào)試 II
內(nèi)容及習(xí)題復(fù)習(xí)
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(biāo)發(fā)展。
(射手射箭；電冰箱保溫，生產(chǎn)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(nóng)藥）
（2）分類：人工控制和自動控制
2、控制的應(yīng)用（99）
生活中（提高生活質(zhì)量，滿足人們的要求）（銀行取款機 自動水龍頭）
生產(chǎn)中(溫度、濕度、壓力、速度）（自動裝配，農(nóng)田節(jié)水）
國防中
3、控制的手段和方法（98）
控制的實現(xiàn)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(zhí)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(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用，一方面減輕了人的勞動強度，解放了勞動生產(chǎn)力，另一方面也可能造成失業(yè)人數(shù)增加。對此，你有什么看法？
這兩個問題并不矛盾。從經(jīng)濟學(xué)角度，發(fā)展技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)，解放勞動生產(chǎn)力，減輕人的勞動強度，是社會發(fā)展的趨勢，而富裕的勞動力可以通過第三產(chǎn)業(yè)得以解決。
(2)、在生產(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)中常用的氣動閥門、公共汽車車門開關(guān)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(zhuǎn)）
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(xiàn)步驟轉(zhuǎn)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(yù)，三大步驟全都由控制系統(tǒng)實現(xiàn)）
(4)、電熱水器及其玻璃管
(5)、農(nóng)用灌溉系統(tǒng)
第二節(jié)
控制系統(tǒng)都由若干環(huán)節(jié)組成，控制系統(tǒng)的輸入與輸出之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。
4、開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程
5、閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程
6、控制系統(tǒng)的方框圖
4、開環(huán)控制系統(tǒng)（104 c)
游泳池注水控制
控制系統(tǒng)的輸出量，不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何的影響，這種控制系統(tǒng)的稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。
控制器
輸入量
輸出量
執(zhí)行器
被控對象
控制量
對于開環(huán)控制系統(tǒng)，通常可以用以下的方框圖表示：
開環(huán)控制系統(tǒng)例子：十字路口的紅綠燈、樓宇的報警
系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、電風(fēng)扇、電燈控制等
問題
1、自動門的控制系統(tǒng)
控制器
輸入量
輸出量
執(zhí)行器
被控對象
控制量
紅外裝置是否發(fā)出的信號檢測到人體輻射
控制電路
電機
轉(zhuǎn)動
自動門
門的開啟和關(guān)閉
方便人們的出入，醫(yī)院手術(shù)室、銀行或賓館，當(dāng)人走進大門時自動打開。
原理是：當(dāng)人走進門時，門上的紅外裝置檢測到人體熱輻射發(fā)促的紅外信息，控制電路接收到該信號后，便會發(fā)出相應(yīng)的指令，啟動電機運轉(zhuǎn)，從而帶動門自動開啟（或控制氣動裝置,使門向兩邊打開）。當(dāng)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(zhuǎn)，使門關(guān)閉。
2、樓道里使用的自動聲控?zé)?br/>可以節(jié)約能源，還可以減少開關(guān)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(fēng)機和加熱電爐絲都自動切斷電源；當(dāng)手的溫度在紅外傳感器監(jiān)視的范圍內(nèi)，烘手機就氣動。
4、水泵抽水控制系統(tǒng)
農(nóng)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(dāng)需要灌溉農(nóng)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(nóng)田里。
控制器
輸入量
輸出量
執(zhí)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(guān)控制：
公共汽車車門的開關(guān)控制是氣動控制，司機操作開關(guān)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(guān)門。
6、家用壓力鍋的壓力控制系統(tǒng)
控制器
輸入量
輸出量
執(zhí)行器
被控對象
控制量
排氣孔
重錘
7、根據(jù)消防要求，倉庫、圖書館都需要安裝火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。如有火災(zāi)發(fā)生，感應(yīng)探測器檢測到發(fā)生火災(zāi)室內(nèi)濃烈的煙霧，從而報警。畫出火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)的工作過程方框圖。指出方框圖的各個環(huán)節(jié)的具體內(nèi)容和輸入量、輸出量、控制量
控制器
輸入量
輸出量
執(zhí)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）
知識補充
電磁閥是用來控制流體的自動化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)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(huán)控制系統(tǒng)
游泳池注水控制
系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。
對于閉環(huán)控制系統(tǒng)，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(zhí)行器
檢測裝置
比較器
+
-
說明：閉環(huán)控制系統(tǒng)的檢測環(huán)節(jié)是把系統(tǒng)的輸出信號傳到系統(tǒng)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(tǒng)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(zhuǎn)化，檢測環(huán)節(jié)正是起這個作用。相當(dāng)與眼睛和皮膚，感知輸出信號的變化。
問題及案例
1、104普通家用電飯煲的煮飯控制。（會考導(dǎo)引48頁例4）
2、107練習(xí)2
3、107頁練習(xí)3
4．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(dāng)蒸汽機的轉(zhuǎn)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(nèi)壓力減少使其轉(zhuǎn)速下降。(8分)
(1) 蒸汽機的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)屬于 （選填開環(huán)或閉環(huán)）控制系統(tǒng)。
(2) 請補充完整蒸汽機轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)方框圖。
(1) 蒸汽機的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)屬于 閉環(huán) （選填開環(huán)或閉環(huán)）控制系統(tǒng)。
5、供水水箱的水位自動控制系統(tǒng)112
被控對象
控制量
給定量
控制器
被控量
執(zhí)行器
檢測裝置
6、加熱爐的溫度自動控制系統(tǒng)
被控對象
控制量
給定量
控制器
被控量
執(zhí)行器
檢測裝置
第三節(jié)
1、控制系統(tǒng)的干擾因素
2、控制系統(tǒng)設(shè)計方案
3、控制系統(tǒng)的實現(xiàn)與調(diào)試
（1）、控制系統(tǒng)的干擾因素
干擾因素（108 ）
含義：除輸入量以外引起被控量變化的各種因素，（環(huán)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(tǒng)的干擾因素是導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定的因素，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性能與控制系統(tǒng)
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(dāng)?shù)臋z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(tǒng)的輸出來調(diào)整系統(tǒng)的行為，使系統(tǒng)沿著預(yù)期的目標(biāo)運行的方法。
閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心:通過反饋來減少被控量的偏差。
反饋在系統(tǒng)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(tǒng)，控制器使這個差值不斷縮小。這種系統(tǒng)控制精度 高，系統(tǒng)穩(wěn)定。
正反饋：對小的變化進行放大。入核反應(yīng)
（3）、閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較
開環(huán)控制 閉環(huán)控制
能否調(diào)節(jié)和補償
控制精度
結(jié)構(gòu)
適用場合
方框圖
否
能
差
好
簡單
復(fù)雜
穩(wěn)定場合
相對不穩(wěn)定
無回路，無反饋
有回路，有反饋
（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(yīng)用能實現(xiàn)人腦的模擬
電腦 單片機 飛機
黑箱方法:分析系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)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
117練習(xí)（1-3）
帆船運動：”憑風(fēng)借力
好行船“
2、控制系統(tǒng)設(shè)計方案
控制系統(tǒng)的設(shè)計118
1、控制系統(tǒng)的設(shè)計主要應(yīng)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(shè)計方案應(yīng)能達到目的，易于實現(xiàn)。
2、設(shè)計的基本要求：穩(wěn)定性、精度和抗干擾性能符合設(shè)計要求。
3、設(shè)計步驟：
設(shè)計要求－－設(shè)計分析－－控制過程分析－－方案構(gòu)思－－方案實施
控制系統(tǒng)的設(shè)計
明確控制的目標(biāo)
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(tǒng)的方案選擇
控制系統(tǒng)的調(diào)試、運行和評價
系統(tǒng)的成本分析
實施控制系統(tǒng)所需的設(shè)備、元件等
……
確定被控量、控制量是關(guān)鍵
對于簡單系統(tǒng)，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(tǒng)的設(shè)計
設(shè)計要求是什么？
是開環(huán)還是閉環(huán)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(jié)約用水，減少水箱每次沖水的量，談?wù)勀愕臉?gòu)思。
被控對象
控制量
給定量
控制器
被控量
執(zhí)行器
檢測裝置
抽水馬桶水箱自動控制系統(tǒng)的設(shè)計
2、控制系統(tǒng)的設(shè)計報告
設(shè)計描述 （因為什么要進行方案設(shè)計）
設(shè)計要求 （控制動作、控制精度、成本、外觀、結(jié)構(gòu)等要求）
設(shè)計分析 （控制方式、控制方框圖、各個控制環(huán)節(jié)）
設(shè)計準備 (實現(xiàn)控制需要的工具、設(shè)備、材料）
方案設(shè)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(xiàn)
3、設(shè)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(nèi)。
4、124練習(xí)1 練習(xí)2(共25張PPT)
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(tǒng)，使剎車片壓緊車圈（或輪軸）
，車輪減速。剎車握緊力與車輪轉(zhuǎn)速一一對應(yīng)。這
是一個開環(huán)控制系統(tǒng)，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
例題：
被控對象——
被控量——
控制量——
干擾因素——
設(shè)定電吹風(fēng)的檔位（輸入）
電機、風(fēng)扇、電熱絲
風(fēng)的速度和溫度（輸出）
電吹風(fēng)；
風(fēng)的速度和溫度
電機的電壓；
房間溫度、電源電壓的波動；
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(nèi)
C、市電電壓下降 D、房間溫度變化很大
３、列不屬于開環(huán)控制系統(tǒng)的是（ ）
A自動門 B 自動聲控?zé)? C自動烘手機
D電飯鍋溫控系統(tǒng)
3、有人說“開環(huán)控制系統(tǒng)都是人工控制系統(tǒng)”，
自動控制系統(tǒng)都是閉環(huán)控制系統(tǒng)你認為這一說
法是否正確，試舉例說明。
自動門、聲控?zé)簟⒙暱亻T。
（輸出量）
我們來探究聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)的組成
聲音或手動
（輸入量）
聲傳感
控制器
燈泡
燈滅或燈亮
（輸出量）
常開（斷開）
接點
1、請畫出自動門的控制方框圖：
控制器：
執(zhí)行器：
被控對象：
聲傳感控制器
常開（斷開）接點
燈泡
２、請寫出“芝麻開門”聲控開門系統(tǒng)的控制方框
圖把神話變成現(xiàn)實。
聲音
（輸入量）
聲傳感
控制器
門
電動機
開或關(guān)
（輸出量）
人體信號
（輸入量）
控制
電路
門
電動機
開或關(guān)
隨著音樂起伏而變化的音樂噴泉是控制技術(shù)的一
種具體應(yīng)用。其工作過程是由 “聲－電轉(zhuǎn)換裝置”
將起伏的音樂強度轉(zhuǎn)換為隨之而變化的電信號，這
種電信號驅(qū)動電動機帶動水泵轉(zhuǎn)動。音樂聲信號強，
水泵的轉(zhuǎn)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(yīng)。請回答以下問題：
請畫出控制方框圖
音樂
信號
聲電轉(zhuǎn)
換裝置
和電機
水泵
噴頭
水柱
高低
1、是開環(huán)還是閉環(huán)？
2、輸入量和輸出量分別是什么
設(shè)定的
檔位
控制
電路
可變
電阻
燈泡
燈泡
亮度
電流
大小
可調(diào)光臺燈控制系統(tǒng)
蠟燭
點燃
雙金屬片
受熱彎曲
電路導(dǎo)通
蠟燭
火滅
風(fēng)扇
畫出自動滅火控制系統(tǒng)方框圖
原理是蠟燭點燃產(chǎn)生高溫使雙金屬片彎曲變形，
電路接通，電機通電運轉(zhuǎn)產(chǎn)生風(fēng)能將蠟燭熄滅。
外界的主要干擾因素有哪些？
電機轉(zhuǎn)速、風(fēng)速與方向受室內(nèi)空氣流動性影響
風(fēng)
有報紙報道，一位八歲小女孩在進某酒店的旋轉(zhuǎn)
大門時，被旋轉(zhuǎn)大門夾住，結(jié)果造成重傷。現(xiàn)請
你幫忙設(shè)計一個控制系統(tǒng)的方案，使旋轉(zhuǎn)大門遇
到阻力時能夠自動停止轉(zhuǎn)動。請你畫出該控制系
統(tǒng)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(dāng)人被旋轉(zhuǎn)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
賓館、酒店自動叫醒服務(wù)裝置控制方框圖
工作原理：客人撥通自動叫醒服務(wù)電話，電腦
自動應(yīng)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(tǒng)
撥號
裝置
電話機
鈴聲
電流
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
家用縫紉機的縫紉速度控制系統(tǒng)
設(shè)計一個家用窗簾簡易控制
電路，設(shè)計要求天亮?xí)r自動
開啟，天暗時自動關(guān)閉。請
畫出控制系統(tǒng)方框圖。
設(shè)計題：
天亮
天暗
光檢測
控制電路
電動機
窗簾開啟
或關(guān)閉
（輸入）
窗簾
（輸出）
現(xiàn)在我們可畫出雨天自動關(guān)窗系統(tǒng)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(guān)
（3）公共汽車車門的開關(guān)控制
司機操作
開關(guān)裝置
（輸入）
電磁閥啟閉
推動活塞
門
開或關(guān)
（輸出）
公共汽車車門是氣動控制由電磁閥啟閉推動
活塞把門打開。
P104馬上行動
2、
（1）火災(zāi)開環(huán)控制方框圖
（2）烘干機開環(huán)控制方框圖
煙霧信號
探測器
報警
電路
報警
部件
報警
信號
手發(fā)出信號
紅外線傳
感控制器
常開（斷開）接點
鼓風(fēng)機和加
熱電爐燈泡
熱風(fēng)
（輸入）
（輸出）
電流
人操縱
動作
牽引
線
線、孔杠
桿裝置
猴的活
動部件
猴的動作
或表情
活動猴控制系統(tǒng) p105
普通全自動洗衣機控制系統(tǒng)
接通
電源
控制
電路
電機等
裝置
洗衣機
運行或
停止
活動量
P104馬上行動
電信號
（輸入）
控制系統(tǒng)
鍋內(nèi)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(shè)定溫度
K
(開關(guān)）
輸出
溫度
R
電熱盤
雙金屬片
-
電飯鍋
70~80度
　　
根據(jù)車流量自動改變紅綠燈
控制系統(tǒng)屬于我市首次引進的國外技術(shù)，其內(nèi)容包
括交通信號燈、感應(yīng)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(yīng)線圈，車輛從上面
通過時，路面感應(yīng)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(tǒng)一
計算，然后根據(jù)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(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，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(shè)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(yīng)線圈
-
交通路口的紅綠燈自動控制（根據(jù)車流量大小
改變紅綠燈時間）系統(tǒng)。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
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(shè)定溫度
冰箱控制方框圖
該控制系統(tǒng)工作時的主要干擾因素有哪些
環(huán)境溫度、冰箱門的開啟
瓦特式速度調(diào)節(jié)器
發(fā)動機
進油量
設(shè)定轉(zhuǎn)速
離心調(diào)
節(jié)器
發(fā)動機轉(zhuǎn)速
調(diào)節(jié)閥
轉(zhuǎn)速檢測裝置
(齒輪組)
比較器
+
-
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(tǒng)中，浮子、活
塞以及兩者之間的連桿機構(gòu)組成一個杠桿系統(tǒng)。
試回答以下問題：
（4）畫出控制系統(tǒng)的框圖。

四、 案例分析及設(shè)計題：
22、水塔自動抽水控制系統(tǒng)的設(shè)計。（20分）
如圖所示是水箱液位控制系統(tǒng)，當(dāng)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
判斷生熟雞蛋：
搖、轉(zhuǎn)、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
自動電熱水壺控制系統(tǒng)
小試驗：閉上眼睛寫控制系統(tǒng)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(huán)控制系統(tǒng)
思考：閉上眼睛寫字與睜開眼睛寫字的區(qū)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(共11張PPT)
控制與設(shè)計復(fù)習(xí)
瑞安六中 王東進
將“熱得快”放入開水瓶中，對開水瓶中的水進行加熱，當(dāng)水燒開后對“熱得快”進行斷電，停止加熱。
控制電路
金屬管，內(nèi)部是加熱絲，外部是氧化鎂
開水瓶
被控對象
執(zhí)行器
控制器
輸入量
控制量
輸出量
開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖
開環(huán)控制系統(tǒng)
開環(huán)控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響，這種控制系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng)。
開環(huán)控制系統(tǒng)信號傳遞的特點：
信號單向傳遞
增加熱敏電阻，當(dāng)檢測到溫度達到設(shè)定溫度以后，控制電路自動斷開。當(dāng)檢測到溫度小于設(shè)定溫度時，控制電路自動導(dǎo)通。
閉環(huán)控制系統(tǒng):系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。
閉環(huán)控制系統(tǒng)特點：
被控對象
執(zhí)行器
控制器
控制量
檢測裝置
給定量
被控量
閉環(huán)控制系統(tǒng)：
+
—
比較器
具有反饋功能，能夠?qū)崿F(xiàn)自我調(diào)整。
如何改進熱得快？
1、如果沒有熱敏電阻，如何知道開水瓶內(nèi)的水燒開了？
3、熱敏電阻模擬了哪些事物的功能或人的某個部分的功能？
4、我們能否利用其它元件或裝置模擬人眼，人腦或手的功能？
2、利用熱敏電阻實現(xiàn)自動控溫的“熱得快”是否存在干擾因素？如果有，有哪些？如果沒有說明理由。
小結(jié)
作業(yè)：
1、完成同步檢測第四單元所有內(nèi)容。
2、嘗試設(shè)計更新穎的“熱得快”。（選做）
謝 謝(共46張PPT)
控制與設(shè)計
控制的含義　　　
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(biāo)發(fā)展，這就是控制。
①控制的對象是什么？
②控制要達到什么目的？
③采取什么控制手段？
控制的三要素
控制的手段　　　
控制
人工干預(yù)的情形
人工控制
自動控制
人工控制——控制過程是在人的直接干預(yù)和　
　　　　　　　全程干預(yù)下進行的。
如人工紡紗、打開普通自來水龍頭、按鍵打開電燈、駕駛汽車等
自動控制——指在無人直接參與的情況下，使事物
的變化準確地按照期望的方向進行。
如數(shù)控機床、飲料自動裝罐生產(chǎn)線、花房恒溫控制、十字路口紅綠燈的轉(zhuǎn)換等。
太陽能路燈
自動門
按照執(zhí)行部件的不同，控制可分為機械控制、氣
動控制、液壓控制，電子控制等。
機械控制
氣動控制
液壓控制
電子控制
控制的應(yīng)用自古就有，并在近代得到了迅速發(fā)展，它涉及到社會生活生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。
控制的應(yīng)用　　　
控制在軍事、國防等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。精密制導(dǎo)武器能夠?qū)δ繕?biāo)進行精確攻擊，火箭能將各種衛(wèi)星準確送入太空軌道，“神州”飛船遨游太空、準確返回地面，嫦娥探月工程等等，控制起著重要的作用。
有人說“開環(huán)控制系統(tǒng)都是人工控制系統(tǒng)”，
自動控制系統(tǒng)都是閉環(huán)控制系統(tǒng)你認為這一說
法是否正確，試舉例說明。
自動門、聲控?zé)簟⒙暱亻T。
開環(huán)控制系統(tǒng)　　　
被控對象
執(zhí)行器
控制器
輸入量
控制量
輸出量
控制電路
紅外裝置是否檢測到人體的熱輻射發(fā)出的信號
門的開啟或關(guān)閉
電機
自動門
轉(zhuǎn)速
控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響，這種控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。
電機
控制電路
是否檢測到人體熱輻射發(fā)出的信號
自動門
門的開啟或關(guān)閉
轉(zhuǎn)速
進水閥門
定時器
設(shè)定注水的時間
游泳池
游泳池的水位
水流量
小結(jié)：流體類控制系統(tǒng)
一般的執(zhí)行器是閥門，被控對象是容器
小結(jié)：機械運動類控制系統(tǒng)
一般的執(zhí)行器是電動機
設(shè)計一個家用窗簾簡易控制
電路，設(shè)計要求天亮?xí)r自動
開啟，天暗時自動關(guān)閉。請
畫出控制系統(tǒng)方框圖。
天亮
天暗
光檢測
控制電路
電動機
窗簾開啟
或關(guān)閉
窗簾
轉(zhuǎn)速
現(xiàn)要求畫出雨天自動關(guān)窗系統(tǒng)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(guān)
轉(zhuǎn)速
隨著音樂起伏而變化的音樂噴泉是控制技術(shù)的一
種具體應(yīng)用。其工作過程是由 “聲－電轉(zhuǎn)換裝置”
將起伏的音樂強度轉(zhuǎn)換為隨之而變化的電信號，這
種電信號驅(qū)動電動機帶動水泵轉(zhuǎn)動。音樂聲信號強，
水泵的轉(zhuǎn)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(yīng)。請回答以下問題：
請畫出控制方框圖
音樂
信號
聲電轉(zhuǎn)
換裝置
和電機
水泵
噴頭
水柱
高低
1、是開環(huán)控制系統(tǒng)還是閉環(huán)控制系統(tǒng)？
2、輸入量和輸出量分別是什么
轉(zhuǎn)速
有報紙報道，一位八歲小女孩在進某酒店的旋轉(zhuǎn)
大門時，被旋轉(zhuǎn)大門夾住，結(jié)果造成重傷。現(xiàn)請
你幫忙設(shè)計一個控制系統(tǒng)的方案，使旋轉(zhuǎn)大門遇
到阻力時能夠自動停止轉(zhuǎn)動。請你畫出該控制系
統(tǒng)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(dāng)人被旋轉(zhuǎn)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
轉(zhuǎn)速
閉環(huán)控制系統(tǒng)　　　
控制系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端對控制過程產(chǎn)生影響。
閉環(huán)控制系統(tǒng)
給定量
被控量
控制量
控制器
執(zhí)行器
被控對象
檢測裝置
控制器
閥門
水箱
給定水位
浮球
實際水位
水箱水位自動控制
進水量
加熱爐溫度自動控制
控制器
加熱器
加熱爐
給定溫度
熱電偶
爐內(nèi)溫度
電流
電冰箱的溫度控制系統(tǒng)
控制
電路
電機-壓縮器組
電冰箱
制冷量
箱內(nèi)溫度
預(yù)置溫度
檢測裝置
（熱敏電阻）
空調(diào)器溫度控制系統(tǒng)方框圖：
設(shè)定的溫度
控制電路
制冷裝置
空調(diào)房
房內(nèi)實際溫度
空調(diào)測溫裝置
制冷量
比較器
控制器是控制電路或控制溫控裝置
執(zhí)行器是制冷或制熱裝置
控制對象是“容器”
檢測器是檢測溫度改變的裝置
總結(jié)：溫度控制型控制系統(tǒng)特點
控制系統(tǒng)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。
干擾因素
設(shè)定的
飛行航道
飛機
手機信號
實際的
飛行航道
干擾因素的產(chǎn)生原因
環(huán)境
人為
影響自行車行駛速度變化的風(fēng)
影響船只行駛的風(fēng)浪
手機信號
干擾因素的處理
利用
克服
削弱干擾
消除干擾
提高控制系統(tǒng)的性能（利用反饋）
控制器
執(zhí)行器
被控對象
給定值
被控量
干擾因素
+
檢測裝置
-
控制系統(tǒng)中，將輸出量通過適當(dāng)?shù)臋z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。
投擲飛鏢
檢測裝置
（眼睛）
大腦
手
飛鏢
靶心位置
飛鏢實際投擲位置
控制器
閥門
水箱
給定水位
浮球
實際水位
干擾
1、影響水位控制的干擾
因素有哪些？
2、浮球起什么作用？
閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較
開環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)
有無反饋 無 有
能否自動調(diào)整和補償 不能 能
控制精度 比較低 高
結(jié)構(gòu) 簡單 相對復(fù)雜
適用場合 控制精度要求不高而系統(tǒng)本身的元件又比較穩(wěn)定的場合 要求高精度和高可靠性的場合
功能模擬方法和黑箱方法　　
功能模擬方法：以功能和行為的相似性為基礎(chǔ)，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法。
黑箱方法：通過對系統(tǒng)輸入與輸出關(guān)系的研究，進而得出系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能方法。
西瓜
看、聽、拍
生或熟
控制系統(tǒng)
輸入
輸出
黑箱
判斷生熟雞蛋
中醫(yī)
控制系統(tǒng)的設(shè)計
實施控制系統(tǒng)所需的設(shè)備、元件等
系統(tǒng)的成本分析
控制系統(tǒng)的調(diào)試、運行和評價
控制系統(tǒng)的方案選擇
分析被控對象的主要特征
明確控制的目的
確定被控量、控制量
分析主要的干擾因素
。。。 。。。
控制系統(tǒng)的設(shè)計
1、開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計
例：普通電風(fēng)扇控制系統(tǒng)的設(shè)計
被控對象——電風(fēng)扇；
被控量——電風(fēng)扇輸出的風(fēng)速；
控制量——電機的轉(zhuǎn)速；
定時器
電機
電風(fēng)扇
設(shè)定時間
風(fēng)速
轉(zhuǎn)速
閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本要求：
1，閉環(huán)控制系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的；
2，系統(tǒng)的輸出量與給定值之差應(yīng)控制在允許的范圍之內(nèi)；
3，要有較好的抗干擾性能；
2、閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計
例：抽水馬桶水箱的自動控制系統(tǒng)的設(shè)計
2、閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計
杠桿比較
進水閥門
水箱
預(yù)設(shè)水位
進水量
水位
浮球
一、明確設(shè)計目的
二、確定設(shè)計方案
三、選擇實現(xiàn)方法
四、完成設(shè)計
五、評估
簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計過程：(共44張PPT)
控制與設(shè)計
主題 考試內(nèi)容 考試要求
控
制
與
設(shè)
計 控制的含義 I
控制的應(yīng)用 I
控制手段 I
開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程 II
閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程 II
控制系統(tǒng)的方框圖 II
控制系統(tǒng)的干擾因素 I
功能模擬方法和黑箱方法 I
控制系統(tǒng)設(shè)計方案 II
控制的含義　　　 I
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(biāo)發(fā)展，這就是控制。
①控制的對象是什么？
②控制要達到什么目的？
③采取什么控制手段？
控制的三要素
控制事例 控制的對象 控制的目的 控制的手段
電風(fēng)扇扇葉轉(zhuǎn)速快慢的控制 電風(fēng)扇 調(diào)節(jié)速度 換檔
音響的音量控制
燃氣熱水器
溫度的控制
用噴霧器
噴灑農(nóng)藥
音響
音量的調(diào)節(jié)
旋鈕
熱水器
調(diào)節(jié)出水口溫度的高低
改變?nèi)細?br/>火頭的大小
噴霧器
給莊稼治病
操作噴霧器
的手柄
控制的手段　　　 I
控制
人工干預(yù)的情形
人工控制
自動控制
人工控制——控制過程是在人的直接干預(yù)和　
　　　　　　　全程干預(yù)下進行的。
如人工紡紗、打開普通自來水龍頭、按鍵打開電燈、駕駛汽車等
自動控制——指在無人直接參與的情況下，使事物
的變化準確地按照期望的方向進行。
如數(shù)控機床、飲料自動裝罐生產(chǎn)線、花房恒溫控制、十字路口紅綠燈的轉(zhuǎn)換等。
太陽能路燈
自動門
按照執(zhí)行部件的不同，控制可分為機械控制、氣
動控制、液壓控制，電子控制等。
機械控制
氣動控制
液壓控制
電子控制
控制的應(yīng)用自古就有，并在近代得到了迅速發(fā)展，它涉及到社會生活生產(chǎn)的各個領(lǐng)域。
控制的應(yīng)用　　　 I
控制在軍事、國防等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。精密制導(dǎo)武器能夠?qū)δ繕?biāo)進行精確攻擊，火箭能將各種衛(wèi)星準確送入太空軌道，“神州”飛船遨游太空、準確返回地面，嫦娥探月工程等等，控制起著重要的作用。
自動控制技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用，一方面減輕了人的勞動強度，解放了勞動生產(chǎn)力，另一方面也可能造成失業(yè)人數(shù)增加。對此，你有什么看法？
這兩個問題并不矛盾。從經(jīng)濟學(xué)角度，發(fā)展技術(shù)密集型的產(chǎn)業(yè)，解放勞動生產(chǎn)力，減輕人的勞動強度，是社會發(fā)展的趨勢，而富裕的勞動力可以通過第三產(chǎn)業(yè)得以解決。
開環(huán)控制系統(tǒng)　　　 Ⅱ
被控對象
執(zhí)行器
控制器
輸入量
控制量
輸出量
控制電路
紅外裝置是否檢測到人體的熱輻射發(fā)出的信號
門的開啟或關(guān)閉
電機
自動門
轉(zhuǎn)動
控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響，這種控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。
常開(斷開)接點
聲傳感控制器
是否有聲音
燈泡
燈亮或滅
開關(guān)
聲控電燈控制方框圖
賓館、酒店的自動叫醒服務(wù)控制系統(tǒng)
輸入房
間號和
需叫醒
的時間
電腦控
制系統(tǒng)
撥號
裝置
電話機
鈴聲
電流
電機
控制電路
是否檢測到人體熱輻射發(fā)出的信號
自動門
門的開啟或關(guān)閉
轉(zhuǎn)動
進水閥門
定時器
設(shè)定注水的時間
游泳池
游泳池的水位
水流量
給定水位
控制器
游泳池的水位
進水閥
檢測裝置
+
-
游泳池
水流量
比較器
閉環(huán)控制系統(tǒng)　　　 Ⅱ
控制系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端對控制過程產(chǎn)生影響。
閉環(huán)控制系統(tǒng)
給定量
被控量
控制量
控制器
執(zhí)行器
被控對象
檢測裝置
＋
－
設(shè)定溫度
室內(nèi)空氣的溫度
控制量
溫度控制器
壓縮機
室內(nèi)空氣
溫度檢測裝置
＋
－
控制器
閥門
水箱
給定水位
浮球
實際水位
干擾
水箱水位自動控制
加熱爐溫度自動控制
控制器
加熱器
加熱爐
給定溫度
熱電偶
爐內(nèi)溫度
干擾
　　 逆風(fēng)對你騎自行車會產(chǎn)生什么影響？
自行車
應(yīng)保持的速度
行車速度
風(fēng)
輸入量（給定值）
被控量
５米／秒
３米／秒
５米／秒
控制系統(tǒng)的干擾因素　　　 I
　　 逆風(fēng)對你騎自行車會產(chǎn)生什么影響？
自行車
應(yīng)保持的速度
行車速度
輸入量（給定值）
被控量
３米／秒
５米／秒
３米／秒
５米／秒
控制系統(tǒng)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。
干擾因素
設(shè)定的
飛行航道
飛機
手機信號
實際的
飛行航道
馬上行動
在電冰箱的溫度控制系統(tǒng)中，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 ℃變到32 ℃
　　把熱菜熱飯放入電冰箱中
　　把冷藏箱的設(shè)置溫度降低１℃
是
是
是
否
干擾因素的產(chǎn)生原因
環(huán)境
人為
影響自行車行駛速度變化的風(fēng)
影響船只行駛的風(fēng)浪
手機信號
干擾因素的處理
利用
克服
削弱干擾
消除干擾
提高控制系統(tǒng)的性能（利用反饋）
控制器
執(zhí)行器
被控對象
給定值
被控量
干擾因素
+
檢測裝置
-
控制系統(tǒng)中，將輸出量通過適當(dāng)?shù)臋z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。
投擲飛鏢
檢測裝置
（眼睛）
大腦
手
飛鏢
靶心位置
飛鏢實際投擲位置
控制器
閥門
水箱
給定水位
浮球
實際水位
干擾
1、影響水位控制的干擾
因素有哪些？
2、浮球起什么作用？
加熱爐溫度自動控制
控制器
加熱器
加熱爐
給定溫度
熱電偶
爐內(nèi)溫度
干擾
主要干擾因素：加熱爐外的環(huán)境溫度變化、加熱器電壓的波動等。
系統(tǒng)通過檢測裝置（熱電偶）檢測爐內(nèi)的溫度值，并與給定的溫度值進行比較，將偏差傳給控制器進行控制，從而克服干擾使溫度穩(wěn)定在給定的范圍內(nèi)。
在加熱爐的溫度控制系統(tǒng)中，可能有哪些干擾因素，系統(tǒng)是如何克服干擾使?fàn)t溫穩(wěn)定在給定范圍內(nèi)的？
閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較
開環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)
有無反饋 無 有
能否自動調(diào)整和補償 不能 能
控制精度 比較低 高
結(jié)構(gòu) 簡單 相對復(fù)雜
適用場合 控制精度要求不高而系統(tǒng)本身的元件又比較穩(wěn)定的場合 要求高精度和高可靠性的場合
自動控制一定是閉環(huán)控制嗎？閉環(huán)控制一定是自動控制嗎？
　　比如數(shù)控機床加工零件控制系統(tǒng)、鬧鐘自動控制系統(tǒng)就不是閉環(huán)控制系統(tǒng)。
功能模擬方法和黑箱方法　　 I
功能模擬方法：以功能和行為的相似性為基礎(chǔ)，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法。
黑箱方法：通過對系統(tǒng)輸入與輸出關(guān)系的研究，進而得出系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能方法。
西瓜
看、聽、拍
生或熟
控制系統(tǒng)
輸入
輸出
黑箱
控制系統(tǒng)的設(shè)計
實施控制系統(tǒng)所需的設(shè)備、元件等
系統(tǒng)的成本分析
控制系統(tǒng)的調(diào)試、運行和評價
控制系統(tǒng)的方案選擇
分析被控對象的主要特征
明確控制的目的
確定被控量、控制量
分析主要的干擾因素
。。。 。。。
控制系統(tǒng)設(shè)計方案　　　 Ⅱ

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