資源簡介

第四單元
控制及其設計
第三節 閉環控制系統的工作過程
目 錄
CONTENTS
閉環控制系統
反饋
閉環與開環的比較
01.
02.
03.
黑箱方法
04.
05.
任務一 解析閉環控制系統工作過程
任務二 辨析反饋在控制系統中的作用
干擾因素
閉環控制系統
PART 01
閉環控制系統
自動水箱水位控制系統方框圖
Arduino單片機
電動機
水箱
設定水位
轉速
+
水位傳感器
-
閉環控制系統
實際水位
比較器
閉環控制系統
特征
閉環控制系統的一般方框圖
定義
控制系統的輸出量返回輸入端對控制過程產生影響的系統。
系統的輸出量影響控制過程，
輸入量到輸出量之間的信號是循環傳遞，
存在反饋環節和比較環節。
偏差量
控制量
執行器
被控對象
被控量
控制器
檢測裝置
+
-
給定量
比較器
閉環控制系統的組成---“五個裝置四個量”
傳感器
即檢測裝置，感應控制系統的實際變化信號（即被控量）
控制器
（1）接收處理比較器產生的偏差量
（2）轉換并放大信號
（3）向執行器發出控制命令
執行器
提供動力，直接作用在被控對象進行控制的裝置或元件
被控對象
系統本身或控制系統的組成部分（物理存在的物質）
比較器
檢測給定量與被控量是否有偏差的裝置
給定量
被控量
控制系統的實際變化值----變量
人為設定的數值或范圍---定值
控制量
執行器執行程度高低大小快慢
偏差量
給定量與被控量的差值
閉環控制系統
如圖為蒸汽機的轉速控制系統,采用離心調速的方式進行控制。當蒸汽機的轉速大于設定值時,通過圓錐齒輪將轉速傳遞到豎軸,帶動兩個飛錘做離心運動,使套筒向上運動,通過調節杠桿使進氣閥門的開度變小,蒸汽進氣量減少,蒸
汽機的轉速下降,反復調節直到轉速趨于設定值。
（1）該控制系統屬于_____________（開環/閉環）控制系統。
（2）請完善控制系統方框圖。①____________，②
桿組合的作用是_______(傳感器/控制器/執行器)。
閉環
進氣閥門
圓錐齒輪組和豎軸
傳感器
— 離心式調速器對蒸汽機轉速的控制
案例分析P121
二 電冰箱的溫度控制
如圖所示是某款電冰箱溫度控制系統部分結構示意圖，其工作過程如下：當電冰箱內的溫度上升時，感溫包和膜盒內的感溫劑氣體的溫度隨之上升，壓強增大，使傳動膜片向外伸脹，通過連接桿推動電觸點閉合，于是電路接通，壓縮機開始工作。當電冰箱內的溫度降低至設定值時，該溫度控制器會使壓縮機停止工作。根據示意圖和工作原理描述，下列關于該溫度控制系統說法中不正確的是（ ）。
A．該款電冰箱溫度控制系統的控制方式屬于閉環控制
B．感溫包如被電冰箱內冰霜覆蓋后會導致制冷不正常
C．當調溫旋鈕逆時針方向調到某一位置時，預設的冰箱溫度將降低
D．電冰箱工作電壓波動屬于該溫度控制系統的干擾因素
C
案例分析P121
（設定溫度）
（2，3，4）
（壓縮機）
（電冰箱）
（冰箱內溫度）
（6，7，8，9）
馬上行動（p121）
電冰箱溫度控制系統
光控窗簾控制系統
輸入量
輸出量
控制器
執行器
被控制對象
（光感傳感器）
（電機）
（控制電路）
（窗簾）
（開或關窗簾）
閉環與開環的比較
PART 02
閉環與開環的比較
閉環控制系統與開環控制系統的比較
控制系統
控制目的
反饋
控制過程
傳感器的
檢測內容
輸出量與控制系統
控制精度
成本
應用范圍
開環
閉環
無反饋
有反饋
單向
循環
精度較低
精度高
成本低
成本高
高精度、高可靠、系統本身不穩定的應用領域
控制精度要求不高本身很穩定的應用
輸入信號
輸出
信號
輸出量
不會影響
控制系統
輸出量
會影響
控制系統
輸出量
給定量
區別開環控制系統與閉環控制系統方法
簡單的理解：就是看工作過程中是否存在反饋環節
如果有反饋則是閉環，反之則為開環
如果輸入與輸出是同一種類型，則為閉環，反之則為開環
輸出影響控制系統，則為閉環，
輸出不影響控制系統，則為開環
經驗決策2：
科學決策：
遇題先明確控制對象，控制目的及控制手段
經驗決策1：
如果控制目的是精確到數值或范圍的控制，則為閉環
如果控制目的是狀態的變化（即不是精確到數值或范圍的控制),則為開環
閉環與開環的比較
區別開環控制系統與閉環控制系統方法
簡單的理解：就是看工作過程中是否存在反饋環節
如果有反饋則是閉環，反之則為開環
如果輸入與輸出是同一種類型，則為閉環（目的是給定量---輸入）
如果輸入與輸出是因果關系，則為開環(目的是輸出量---輸出)
輸出影響控制系統，則為閉環，
輸出不影響控制系統，則為開環
步驟2：
科學決策：
遇題先明確控制對象，控制目的及控制手段
步驟1：
如果控制目的是精確到數值或范圍的控制，則為閉環
如果控制目的是狀態的變化（即不是精確到數值或范圍的控制),則為開環
經驗決策
閉環與開環的比較
開環控制系統與閉環控制系統分析思路
★判斷出如果是開環控制系統
1.再次明確控制目的
找到 輸出量（控制的最終目的）
進而找到 輸出量產生的原因，推出 輸入量 及 傳感器
2. 控制對象：看整體，看最終是誰發生的變化
3. 控制手段：看怎么實現的？哪個裝置導致了最終結果的變化？
推出 執行器
自問：誰給它下的命令，讓它工作的？
推出 控制器
找到看得見摸得著的整體實體，推出控制對象
開環控制系統與閉環控制系統分析思路
★判斷出如果是閉環控制系統
1.再次明確控制目的
推出 給定量（控制的最終目的）人為設定的數值或范圍
進而找到 被控量 即 控制系統中實際變化的數值
2. 控制對象：看整體，看最終是誰發生的變化
推出 執行器
自問：誰給它下的命令，讓它工作的？
推出 控制器
找到看得見摸得著的整體實體，推出控制對象
推出 存在的非電信號，推出 檢測裝置
3. 控制手段：看怎么實現的？哪個裝置導致了最終結果的變化？
反饋
PART 03
　　控制系統中，將輸出量通過適當的檢測裝置返回到輸入（feedback）端并與輸入量進行比較的過程就是反饋。
什么是反饋？
反饋方法
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。
閉環控制系統中必定存在反饋。
反饋
干擾因素
PART 04
什么是干擾？
關于干擾
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（interference）因素。
干擾因素都是作用在控制對象上，其作用是破壞控制系統的平衡
干擾因素可能有一個，也可能有若干個；
干擾因素有自然環境造成的，也有人為的；
幾乎所有控制系統都存在著干擾因素，干擾不可能被杜絕
干擾既存在于閉環控制中，也存在于開環控制中；
在一般控制系統中，干擾因素需要被克服。
在有些情況下，卻可以利用干擾因素實現某種目的。
干擾因素
克服干擾方法
A.消除干擾
如:在飛機上不能使用通信工具
B.減弱干擾
如:電器在使用時遠離其它電子設備
C.提高控制系統性能
如:采用閉環控制系統
注 意
在進行控制系統設計時，必須對可能存在的干擾進行全面的調查和分析，如果干擾比較嚴重，會對控制目標影響產生嚴重的后果，就必須考慮抗干擾措施，保證控制系統的正常工作。
干擾因素
黑箱方法
PART 05
　　把將要研究的系統作為黑箱，通過對系統輸入與輸出關系的研究，進而推斷系統內部結構及其功能的方法。
黑箱方法
小結
1. 閉環控制系統。
2. 閉環控制系統的反饋。
3. 系統中的干擾因素
謝謝聆聽！

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