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(共50張PPT)
第四章 控制與設計
肥城一中
2010年 5月
學習目標
⒈ 積極觀察生活，能從生活中所遇到的和所觀察到的事物中識別各種受控現象和受控過程，理解控制的含義。
⒉ 能夠分析典型的案例，了解手動控制和自動控制，熟悉簡單的開環控制系統和閉環控制系統的基本組成和簡單的工作過程。
⒊ 通過案例分析，能畫出一個簡單的閉環控制系統的方框圖，理解其中的控制器、執行器的作用，熟悉反饋環節的作用。
⒋ 通過案例分析，找出并分析影響簡單控制系統運行的主要干擾因素，了解功能模擬方法和黑箱方法在控制系統中的應用。
⒌ 結合一定的案例，了解簡單的被控對象的基本特性，能確定被控量、控制量，劃出控制系統的方框圖，并形成初步的控制系統設計方案。
⒍ 能根據開環控制系統的設計方法，制作一個控制裝置，或根據簡單閉環控制系統的方案進行模擬實施，學會調試運行，提出改進方案。
復習 開環控制系統：
1.概念：控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響的控 制系統。
2.案例：紅綠燈定時控制系統、防盜報警控制系統、火災自動報 警系統、公園的音樂噴泉自動控制系統、紅外線自動門控制系統、普通電風扇風速控制系統、可調光臺燈控制系統等。
3.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。

開環控制系統：
4.控制系統框圖
閉環控制系統：
1.概念：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。
例：供水水箱的水位自動控制系統、加熱爐的溫度自動控制系統、花房溫度控制系統、投籃、家用電飯鍋保溫控制系統、家用電冰箱溫度控制系統等。
2.基本組成：與開環控制系統相比，閉環控制系統多了檢測裝置比較器。
3.控制系統框圖
反饋環節
控制器
執行器
被控對象
輸入量
輸出量
控制量
比較器
4． 閉環控制系統的特征
在系統的輸入量和輸出量之間，還有一條從輸出量返回到輸入端的反饋環節，它們形成了一條閉合回路，反饋環節使得輸出量的改變對控制的過程產生直接影響。
5.開環控制閉環控制系統兩者的比較
（1）開環：
（2）閉環：
控制器
執行器
被控對象
輸入量
輸出值
控制量
反饋環節
控制器
執行器
被控對象
輸入量
輸出量
控制量
比較器
6.閉環控制系統的干擾與反饋
（1）干擾因素：
在控制系統中，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。
有的干擾因素是環境造成的，如影響自行車行駛速度的變化的自然風等；有的干擾因素是人為原因所致，如影響飛機導航信號的手機信號等。
（2）反饋的含義：
控制系統中，將輸出量通過適當的檢測裝置，返回到輸入并與輸入量進行比較的過程，就是反饋。
例：投籃、自動電水壺
（3）反饋環節的作用：
通過將輸出量通過適當的檢測裝置，返回到輸入并與輸入量進行比較，從而減少輸出量的偏差，穩定輸出量。
7.閉環控制系統的工作過程：閉環控制系統的核心是通過反饋來減少被控制量（輸出量）的偏差。
8.工作過程：（1）由于干擾因素的存在，系統的被控量偏離給定值時；（2）閉環控制系統中的反饋環節能及時檢測出被控量的值，并迅速反饋到輸入端，與給定值進行比較；
（3）控制器根據比較得到的偏差信號進行調節，從而是系統的被控量接近給定值，達到精確控制的目的。
例題
1.游泳池水位控制
2.籃球比賽運動員投籃工作過程
3.水箱水位控制
水箱水位控制
4.人體溫度控制系統
家用電冰箱的結構和制冷原理圖
組成：壓縮機、冷卻器和散熱器，它們之間用一根管道相連。
管道里裝有一種沸點很低的制冷劑。壓縮機在管道的底部，它使制冷劑不斷地在管道里循環。制冷劑流動到狹窄的毛細管時，受到強大壓力，由氣態變成液態，通過散熱器對外放出熱量。當制冷劑通過較粗的管道組成的冷卻器時，由于壓力突然降低，制冷劑由液態立即變為氣態，從而吸收電冰箱內的熱量，使電冰箱內的溫度降低，達到制冷的效果。
5.家用電冰箱的閉環電子控制系統
控制(處理)
(電子電路)
（微型電腦）
輸出
(繼電器)
被控對象
(冷藏室)
輸入
預置溫度調節裝置
比較器
檢測
溫度傳感器
反饋
補充材料
功能模擬法以功能和行為的相似為基礎，用模型模擬原型的功能和行為的方法。它為仿生學、人工智能、價值工程提供了科學方法。如：獵手瞄準獵物的過程與自動火炮系統的功能行為是相似的，但二者的內部結構和物理過程是截然不同的。再如：在國際象棋的人機對弈中，計算機具有與人腦類似的邏輯判斷功能，能模擬棋手的思維與人下棋。
黑箱方法是把將要研究的系統作為黑箱，通過對系統的輸入與輸出關系的研究進而推斷出系統內部結構及其功能的方法。在生活中有時我們需要認識對象的內部無法打開或不便打開時這時我們可以通過觀測和考察它的輸入與輸出的關系來推測其內部的特性和功能，如：中醫看病通過“望聞問切”來了解病人的病況，最后對病情作出判斷。
再如：夏天買西瓜可以通過看瓜形、看瓜色、聽瓜聲、測彈性來判斷西瓜的生熟。這些事例都沒有打開事物直接觀看內部結構，而是通過觀察外部或試驗等方法來認識事物的。
馬上行動
（1）找出身邊開環電子控制系統和閉環電子控制系統的例子。
開環電子控制系統：電熨斗、電子門鈴、電子調光臺燈、電子手表、程序控制洗衣機、帶遙控電視機
閉環電子控制系統：空調機、電冰箱、智能電飯煲、現代化農業溫室
（2）閉環電子控制系統與開環電子控制系統相比有什么優點？
閉環電子控制系統具有監測和反饋功能，可以提高控制的精度，而且實現控制的自動化。
這是閉環系統嗎？
同學們幾乎每天聽著擴音機里播放的音樂做廣播體操，但擴音機從未引起大家的注意。學習了上面的內容后，“擴音機是一個什么電子控制系統”引起了全班同學的熱烈討論。
正方：擴音機是一個開環電子控制系統
反方：擴音機是一個閉環電子控制系統
分析評判：
閉環電子控制系統必須符合兩個條件：
（一）它的核心是電子技術；
（二）有反饋。反方把人劃入控制系統，這個控制系統的核心就不單單是電子技術，故不能稱為閉環電子控制系統。但因為存在反饋，可稱為閉環控制系統
練習根據開環電子控制系統和閉環控制系統的區別進行分析、判斷，在你認為正確的表格中打
開環電子控制系統 閉環電子控制系統
電子表
電取暖系統
空調
程序控制洗衣機
可調亮度的臺燈
智能洗衣機
電熱水器

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