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(共33張PPT)
4.2控制系統(tǒng)的基本組成與工作過程
1、自動(dòng)門
自動(dòng)門的動(dòng)作過程是：當(dāng)門口沒有人時(shí)，門是關(guān)著的；當(dāng)有人來到門口時(shí)，門打開；當(dāng)人離開門口后一段時(shí)間，門又關(guān)閉。
自動(dòng)門的功能和技術(shù)要求有：
功能：
（1）無人時(shí)，常關(guān)；
（2）有人時(shí)，開門。
技術(shù)要求：
（1）當(dāng)人距門1m時(shí)，門即打開。
（2）門打開后，延時(shí)10s后關(guān)門。
系統(tǒng)組成：門、電動(dòng)機(jī)、控制器、傳感器。
工作過程
（1）當(dāng)有人到達(dá)門前某一距離時(shí)，傳感器感知，并發(fā)出“有人”的信號 （2）控制器接到傳感器傳來的信號后，經(jīng)變換放大后傳給電動(dòng)機(jī)（這里的電動(dòng)機(jī)叫做執(zhí)行器，也稱為驅(qū)動(dòng)器）；
（3）電動(dòng)機(jī)根據(jù)傳來的開門信號轉(zhuǎn)動(dòng)，門被打開（這里的門叫做被控制對象，也稱為控制對象，簡稱對象）
（4）控制器保持開門信號延遲后，自動(dòng)發(fā)出關(guān)門信號，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，門重新關(guān)閉。
系統(tǒng)組成與工作過程如圖：
傳感器
控制器
電動(dòng)機(jī)（執(zhí)行器）
門（被控制對象）
輸入
有人否
輸出
開/關(guān)
2、水箱水位控制
當(dāng)水箱內(nèi)的水沒有達(dá)到設(shè)定的水位時(shí)，水箱的水龍頭打開，向水箱內(nèi)放水；當(dāng)水面達(dá)到設(shè)定位置，水龍頭關(guān)閉。它有兩種控制方式：一為人工控制；一為自動(dòng)控制，下面開始研究這樣兩種控制。
自動(dòng)水箱水位控制和人工對比
組成：
人工：水箱、進(jìn)水閥門。
自動(dòng)：水箱、閥門、連桿結(jié)構(gòu)、浮子。
工作過程：
人工：主要是用人眼監(jiān)視水面高度。
自動(dòng)：主要是利用浮子進(jìn)行傳感。
控制系統(tǒng)
輸入量
控制系統(tǒng)
輸出量
歸納共同點(diǎn)：
使用下面的方框來表示上述控制系統(tǒng)
自行車傳動(dòng)控制系統(tǒng):
腳踩的力
(輸入)
腳蹬、曲柄、鏈輪、
中軸、鏈條、飛輪
自行車行駛的速度
（輸出）
根據(jù)自行車行駛、電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)具體的案例畫出控制系統(tǒng)方框圖：
電風(fēng)扇風(fēng)速的檔位
（輸入）
電機(jī)、扇葉
風(fēng)速
（輸出）
電風(fēng)扇的風(fēng)速控制系統(tǒng)
結(jié)論
任何一種控制的實(shí)現(xiàn)，都要通過若干環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)就構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng)，稱為控制系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)的輸入與輸出之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。
馬上行動(dòng)
是否屬于控制系統(tǒng) 輸入 輸出 控制系統(tǒng)的組成
普通
電燈
亮度可調(diào)燈
樓道里的自動(dòng)聲控?zé)?br/>是
是
是
接通電源的電信號
接通電源的電信號
接通電源的電信號
電燈的照
明亮度
電燈的照
明亮度
電燈的照
明亮度
開關(guān)、燈泡、燈座、導(dǎo)線、電源
可調(diào)電阻開關(guān)、燈泡、燈座、導(dǎo)線、電源
聲傳感器開關(guān)、燈泡、燈座、導(dǎo)線、電源
閉環(huán)控制與開環(huán)控制系統(tǒng)
信息流經(jīng)一個(gè)閉合環(huán)路，這類系統(tǒng)稱之為閉環(huán)控制系統(tǒng)。
閉環(huán)控制系統(tǒng)中，將輸出信息反傳給比較環(huán)節(jié)做法，稱之為反饋。
在我們的自動(dòng)門實(shí)例中沒有反饋，也就不存在閉環(huán)，這類系統(tǒng)稱之為開環(huán)控制系統(tǒng)。
閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)，是兩類不同的系統(tǒng)。從構(gòu)成形式上看，二者的不同表現(xiàn)為有反饋或無反饋，從本質(zhì)上看二者的不同在于信息流的傳遞方式不同。
例: 電子門鈴的開環(huán)電子控制系統(tǒng)
用手按動(dòng)按鈕開關(guān),輸入一個(gè)觸發(fā)信號
音樂集成電路經(jīng)過觸發(fā)后工作,產(chǎn)生一組載有“音樂”的電信號.
揚(yáng)聲器將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐魳仿?
輸出的音樂聲的變化對系統(tǒng)的控制狀態(tài)并不產(chǎn)生影響,即不存在反饋.
輸入:
控制(處理):
輸出:
特點(diǎn):
開環(huán)控制系統(tǒng)
以聲控電燈為例寫出控制過程方框圖：
常開(斷開)接點(diǎn)
聲傳感控制器
輸入量
燈泡
輸出量
控制器
執(zhí)行器
被控對象
輸入量
輸出量
開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖
輸入量——控制系統(tǒng)的給定量
輸出量——控制系統(tǒng)所要控制的量
控制器——對輸入信號進(jìn)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(jìn)行控制的裝置或元件
被控對象——控制系統(tǒng)所要控制的裝置或生產(chǎn)過程
開環(huán)控制系統(tǒng)
《一千零一夜》里的一個(gè)故事：阿里巴巴和四十大盜的故事里有一扇神奇的門，請寫出“芝麻開門”聲控開門系統(tǒng)：
開環(huán)控制系統(tǒng)
輸入量
聲音傳感器
電動(dòng)機(jī)
門
輸出量
練習(xí)
揚(yáng)聲器
音樂聲
音樂集成電路
路燈
光的變化
電子電路
鎖舌
鎖舌的運(yùn)動(dòng)
集成電路
電子音樂門系統(tǒng) 路燈自動(dòng)控制系統(tǒng) 電子鎖 自動(dòng)門
被控對象
輸出量
控制器
集成電路
門
門的開關(guān)
練習(xí)
應(yīng)用一般開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖畫出以下控制系統(tǒng)的控制方框圖：
公共汽車車門控制系統(tǒng)、
紅綠燈定時(shí)控制系統(tǒng)、
鬧鐘定時(shí)控制系統(tǒng)、
自動(dòng)烘手機(jī)控制系統(tǒng)、
游泳池注水定時(shí)控制系統(tǒng)
機(jī)電控制式水位控制
閉環(huán)控制系統(tǒng)
水箱閉環(huán)控制系統(tǒng)
水箱
連桿結(jié)構(gòu)
閥門
給定量
水箱水位
浮子
比較器
閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖
控制器
執(zhí)行器
給定量
被控量
檢測裝置
比較器
被控對象
控制量
水流量
給定量——作用于控制系統(tǒng)的物理量，預(yù)先給定的
被控量——需要進(jìn)行控制的物理量
控制器——對被控對象起控制作用的設(shè)備總體，即控制裝置
執(zhí)行器——執(zhí)行控制器的指令
被控對象——需要控制的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程
閉環(huán)控制系統(tǒng)
比較器是將給定量與所測的被控量進(jìn)行比較，求出偏差
控制器將這一偏差進(jìn)行運(yùn)算處理，并向執(zhí)行器下達(dá)控制命令；
執(zhí)行器根據(jù)指令對被控對象進(jìn)行控制，從而使被控量穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。
閉環(huán)控制系統(tǒng)
家用電冰箱的結(jié)構(gòu)和制冷原理圖
組成：壓縮機(jī)、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(diǎn)很低的制冷劑。壓縮機(jī)在管道的底部，它使制冷劑不斷地在管道里循環(huán)。制冷劑流動(dòng)到狹窄的毛細(xì)管時(shí)，受到強(qiáng)大壓力，由氣態(tài)變成液態(tài)，通過散熱器對外放出熱量。當(dāng)制冷劑通過較粗的管道組成的冷卻器時(shí)，由于壓力突然降低，制冷劑由液態(tài)立即變?yōu)闅鈶B(tài)，從而吸收電冰箱內(nèi)的熱量，使電冰箱內(nèi)的溫度降低，達(dá)到制冷的效果。
閉環(huán)控制系統(tǒng)
家用冰箱是閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制方框圖
被控對象
輸出
控制(處理)
檢測
反饋
(電子電路)
(繼電器)
(冷藏室)
溫度傳感器
(微型電腦）
比較器
輸入
預(yù)置溫度調(diào)節(jié)裝置
動(dòng)畫演示
根據(jù)冰箱內(nèi)放置食物的保存要求，預(yù)先設(shè)置一個(gè)恰當(dāng)?shù)睦洳販囟取?br/>由電子電路組成,核心部件是一個(gè)微處理器——微型電腦。能對預(yù)置設(shè)定的溫度和輸出中檢測到的電信號進(jìn)行比較、分析和判斷，并發(fā)出命令
由電磁繼電器組成。當(dāng)它接到“接通”壓縮機(jī)指令時(shí)，便接通壓縮機(jī)工作電路。當(dāng)它接到“停止”的指令時(shí)，繼電器便斷開壓縮機(jī)的工作電路。
主要由溫度傳感器組成。溫度傳感器裝在冷藏室內(nèi)，它將檢測到的冰箱冷藏溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌⒎答伒诫娮涌刂葡到y(tǒng)的控制（處理）部分。
輸入：
控制(處理)：
輸出：
檢測與反饋：
——當(dāng)接通電源后，控制電路命令執(zhí)行器接通壓縮機(jī)工作電路，制冷劑不斷地在管道中循環(huán)，并吸收電冰箱內(nèi)的熱量，使電冰箱內(nèi)的溫度下降。同時(shí)，冷藏室內(nèi)的溫度傳感器不斷地檢測箱內(nèi)溫度，并把溫度變化的電信號反饋到控制（處理）部分，控制部分對預(yù)置的溫度和反饋的溫度進(jìn)行比較、分析、處理。當(dāng)電冰箱內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定的溫度時(shí)，控制部分發(fā)出指令給電磁繼電器，繼電器立即切斷壓縮機(jī)工作電路，制冷工作停止。
——當(dāng)電冰箱內(nèi)溫度回升并超過設(shè)定溫度時(shí)，電子控制電路又發(fā)出指令，使電磁繼電器接通壓縮機(jī)工作電路，壓縮機(jī)重新工作并進(jìn)行制冷。
閉環(huán)控制系統(tǒng)
（2）閉環(huán)電子控制系統(tǒng)與開環(huán)電子控制系統(tǒng)相比有什么優(yōu)點(diǎn)？
閉環(huán)電子控制系統(tǒng)具有監(jiān)測和反饋功能，可以提高控制的精度，而且實(shí)現(xiàn)控制的自動(dòng)化。
練習(xí)
根據(jù)開環(huán)電子控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別進(jìn)行分析、判斷，在你認(rèn)為正確的表格中打
開環(huán)電子控制系統(tǒng) 閉環(huán)電子控制系統(tǒng)
電子表
電取暖系統(tǒng)
空調(diào)
程序控制洗衣機(jī)
可調(diào)亮度的臺燈
智能洗衣機(jī)
電熱水器
說明各控制系統(tǒng)屬于哪種控制系統(tǒng)，并畫出控制方框圖：
1、十字路口的紅綠燈定時(shí)控制系統(tǒng)；
十字路口自動(dòng)控制（根據(jù)車流量大小改變紅綠燈時(shí)間）系統(tǒng)
2、商店門口的卷簾門；
希羅的自動(dòng)門
3、游泳池注水定時(shí)控制系統(tǒng)；
游泳池注水水位控制系統(tǒng)
練習(xí)

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