資源簡介

(共66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(xiàn)這個功能的呢？或者說，它們工作過程是怎樣的呢？
第二節(jié) 控制系統(tǒng)的工作過程與方式
1、什么是控制系統(tǒng)：
一、控制系統(tǒng)
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(xiàn)又是通過哪些具體的環(huán)節(jié)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(xiàn)，都要通過若干個環(huán)節(jié)共同實現(xiàn)，這些環(huán)節(jié)所涉及的裝置就構成了一個系統(tǒng)，稱為控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)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(tǒng)
1、控制系統(tǒng)涵義
控制系統(tǒng)
輸入
輸出
1. 什么是控制系統(tǒng)？
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(jié)
調節(jié)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(tǒng)，如果是控制系統(tǒng)，請指出系統(tǒng)的輸入、輸出分別是什么？
是否屬于控制系統(tǒng) 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(nèi)的溫度
脫粒的量
出水和不出水
控制系統(tǒng)一般分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)
普通游泳池注水控制系統(tǒng)控制過程
游泳池注水控制系統(tǒng)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(tǒng)的方便，我們可以使用方框來表示系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，用單向箭頭（單向信號線）來表示系統(tǒng)信號傳遞的方向。這樣畫出的控制系統(tǒng)的方框圖可以表示系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中的位置、功能和相互之間的關系。
開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖
輸入量
控制器
執(zhí)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(huán)控制系統(tǒng)的方框圖：
輸入量：控制系統(tǒng)的給定量。
控制器：對輸入信號進行處理并發(fā)出控制命令的裝置或元件。
執(zhí)行器：直接對被控對象進行控制的裝置或元件。
控制量：執(zhí)行器的輸出信號。
被控對象：控制系統(tǒng)中所要求控制的裝置或生產(chǎn)過程。
輸出量（被控量）：控制系統(tǒng)中所要控制的量，也是控制系統(tǒng)的輸出信號。
2、開環(huán)控制系統(tǒng)
控制器
執(zhí)行器
被控對象
給定值
被控量
控制量
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)。
輸入量
輸出量
案例1：自動門
紅外傳感器
控制器
電動機
門
自動門
傳感器
控制器
執(zhí)行器
對象
自動門控制系統(tǒng)的基本組成
1m
2、工作過程：
（10s后）
2、功能：
無人時，常關；
有人，開門。
1、技術要求：
（1）當人距門1m（也可設其他值）時，門打開；
（2）門打開后，延時10s（也可設其他值）后關門。
控制
電路
電動機
自動門
轉動
紅外裝置檢測人體熱輻射發(fā)出的信號
門的開啟或關閉
控制器
執(zhí)行器
被控對象
被控量
控制量
案例分析：自動門的控制系統(tǒng)
電動機
水泵
水流
轉速
接通電源
水流量
控制器
執(zhí)行器
被控對象
被控量
控制量
案例分析：水泵抽水控制系統(tǒng)
這是一個開環(huán)控制系統(tǒng)，在這個控制系統(tǒng)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(zhí)行器的輸出信號。
被控量:控制系統(tǒng)的輸出信號。
控制量與被控量的區(qū)別:
開環(huán)控制系統(tǒng)特征：
系統(tǒng)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(tǒng)產(chǎn)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(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)事先的調整精度。對于工作過程中受到的擾動或特性參數(shù)的變化無法自動補償（系統(tǒng)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(huán)控制系統(tǒng)。
紅綠燈定時控制系統(tǒng)、防盜報警系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、音樂噴泉控制系統(tǒng)、鬧鐘定時控制系統(tǒng)、賓館自動叫醒服務系統(tǒng)、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(shù)控機床等。
馬上行動：
1)用方框圖說明下列開環(huán)控制系統(tǒng)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(huán)自動控制系統(tǒng)。控制的對象是電飯鍋內(nèi)的內(nèi)鍋，輸出量是內(nèi)鍋溫度按時間變化的規(guī)律。輸入量是“做飯指令”，這個指令的核心是：內(nèi)鍋溫度低于限制溫度（103℃），電熱盤工作；內(nèi)鍋溫度達到限制溫度，電熱盤停止工作；內(nèi)鍋溫度達到限制溫度，電熱盤停止工作；內(nèi)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(tǒng)的執(zhí)行器是電熱盤。
煮飯指令
（輸入）
保溫限溫控制裝置
電熱盤
內(nèi)鍋
煮飯
（輸出）
（2）公共汽車車門的開關控制系統(tǒng)。
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(tǒng)自身計時出現(xiàn)誤差時，叫醒報務時間是否準確？也就是系統(tǒng)能否修正這一誤差？
是一個開環(huán)系統(tǒng)，所以如果系統(tǒng)自身時間計時有誤，系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)由火災探測器、現(xiàn)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(xiàn)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(shù)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(fā)生變化，比如水壓會變小，此時若還使用前一種注水系統(tǒng)，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(tǒng)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(tài)的發(fā)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(zhí)行器
被控對象
檢測裝置
控制量
給定量
比較器
被控量
－
＋
閉環(huán)控制系統(tǒng)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
案例2：水箱水位控制系統(tǒng)
方法一：人工控制
2、功能：
當水面達到設定的水位時，關閉進水閥門
1、控制方式：人工
3、系統(tǒng)組成：
水箱（包括水箱里的水）；進水閥門
4、工作過程：
當水面低于設定水位時，人打開閥門放水入水箱，人眼監(jiān)視水面高度；當水面達到設定水位時，人關閉閥門。
1、人是否可以打開閥門之后就走開？
2、人工控制水箱水位系統(tǒng)中，傳感器、控制器、執(zhí)行器、對象是誰？
紅外傳感器
控制器
電動門
門
人眼
人腦和手
閥門
水箱
水箱水位人工控制系統(tǒng)
自動門
傳感器
控制器
執(zhí)行器
對象
1、系統(tǒng)組成：
水箱（包括水箱里的水）；閥門；連桿機構；浮子（水漂）
浮子
連桿機構
閥門
給定水位
水箱
方法二： 自動控制
2、工作過程
當水面下降時，
浮子下落，
帶動連桿機構，
閥門打開，
進水；
2、工作過程
當水面下降時，
浮子下落，
帶動連桿機構，
閥門打開，
進水；
2、工作過程
當水面下降時，
浮子下落，
帶動連桿機構，
閥門打開，
進水；
當水面達到設定水位時，
浮子傳感，
通過連桿機構，
將閥門關閉。
2、工作過程
3、功能：
當水面達到設定水位時，自動關閉進水閥門。
4、控制方式：
自動
自動控制水箱水位系統(tǒng)中，傳感器、控制器、執(zhí)行器、對象是誰？
水箱水位人工控制系統(tǒng) 浮子 連桿機構 閥門 水箱
紅外傳感器
控制器
電動門
門
人眼
人腦和手
閥門
水箱
水箱水位人工控制系統(tǒng)
自動門
傳感器
控制器
執(zhí)行器
對象
傳
感
器
控
制
器
對
象
執(zhí)
行
器
有人否
開/關
輸入
輸出
連桿機構
閥門
水箱
浮子
反饋
輸入
輸出
實際水位
給定水位
自動門控制系統(tǒng)框圖
水箱水位自動控制系統(tǒng)框圖
3、閉環(huán)控制系統(tǒng)
檢測裝置
控制器
執(zhí)行器
被控對象
給定值
被控量
控制量
比較器
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)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。
閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖如下：
3、閉環(huán)控制系統(tǒng)
檢測裝置
控制器
執(zhí)行器
被控對象
給定值
被控量
控制量
比較器
與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制系統(tǒng)多了一個由檢測裝置組成的環(huán)節(jié)，構成一條閉合回路。
閉環(huán)控制系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(zhí)行機構和被控對象雙重角色。
顯然該系統(tǒng)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?nèi)绻黾訖z測和比較環(huán)節(jié)，就能解決干擾的問題，做到高精度的控制。
3、閉環(huán)控制系統(tǒng)
閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點:

1)系統(tǒng)輸出量對控制作用有直接影響。
2）有反饋環(huán)節(jié)，并應用反饋減小誤差。
3）當出現(xiàn)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(tǒng)；
馬上行動
2、人工調節(jié)液面
1、電冰箱的溫度控制系統(tǒng)
1、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(jié)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(tǒng)
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(tǒng)
熱量
溫度
5 、分析一個開環(huán)控制系統(tǒng)工作過程
抽水馬桶水箱控制系統(tǒng)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(huán)控制系統(tǒng)，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(xiàn)偏差時，相應調節(jié)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(tǒng)：
開環(huán)控制系統(tǒng)。
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(tǒng)
聲-電傳感器
觸點延時開關
走道燈
燈亮/滅
有/無聲音
開環(huán)控制系統(tǒng)
3、希羅的自動門控制系統(tǒng)
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(huán)控制系統(tǒng)，通過高壓鍋蓋上的安全閥和排氣孔實現(xiàn)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(nèi)溫度升高時，鍋內(nèi)氣體壓力增大，超過一定值，重錘被頂起，蒸汽外冒，鍋內(nèi)氣體壓力下降到安全值范圍內(nèi)。
2、當壓力過高時，蒸汽把橫桿連同重錘頂起來，使鍋爐內(nèi)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(jié)，調節(jié)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(nèi)壓力
重錘
重錘重力
比較器

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