第四单元 控制及设计

1、第四单元 控制与设计一一 控制的手段与应用控制的手段与应用4什么是控制123构成控制的三个要素控制的分类控制的应用事物的发展与变化具有多样性l例如，一棵树可能因为某种原因结不出果实，也可能 硕果累累，而且果实可以有大有小，或酸或甜。l 降落的雨水，可以用来灌溉农田，也可以 供人们冲洗物品，还可以发电，但也可能流入江河，甚至有可能引起洪涝灾害。所以人们想达到某一特定的目的，就必须借助适当的控制手段来实现。交通红绿灯什么是控制？核能发电厂控制台人们按照自己的意愿或目的人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手通过一定的手段段，使事物向期望的目标发展使事物向期望的目标发展 构成控制的三个要素l控制的目的

2、l控制的对象l控制的手段音箱音量控制l控制的目的（调节音量）l控制的对象（音箱）l控制的手段（旋转音量旋钮）控制的分类l控制的实现需要通过一定的手段。从控制过程中人工干预的情形来分，控制有：人工控制 自动控制 人工控制 门自动控制 门控制的分类l按照执行机构不同控制可分为： 机械控制、气动控制、液压控制、电子控制机械控制气动控制液压控制电子控制马上行动分析下列控制现象是自动控制还是人工控制：l摇动辘轳，提取井水；l用气筒给自行车的轮胎打气；l电梯的上下运行控制；l水塔抽水机抽水的控制；二二 控制系统的工作过程与方式控制系统的工作过程与方式4什么是控制系统123控制系统的分类闭环控制系统开环控制

3、系统控制系统的特征5什么是控制系统？l任何一种控制的实现，都需要通过若干各环节共同实现，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统，称为控制系统。l例如：光控路灯控制系统光控开关灯泡l“一个输入对应一个输出”光控开关灯泡光控路灯控制系统电路电机扇叶电风扇的控制控制系统的分类l根据其控制方式的不同控制系统通常分为：根据其控制方式的不同控制系统通常分为：开环控制系统开环控制系统(open loop control system)(open loop control system)控制系统的输出量不对系统的控制产生任控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响何影响闭环控制系统闭环控制系统(closed l

4、oop control system)(closed loop control system)控制系统的输出量返回到输入端并对控制控制系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响过程产生影响游泳池的注水控制游泳池的注水开环控制系统 p103定时器设定注水的时间进水阀门游泳池泳池实际水位水流量输入输出控制器执行器被控对象输入量输出量控制量开环控制系统方框图描述控制器执行器被控对象给定量被控量控制量闭环控制系统方框图描述比较器游泳池的注水闭环控制系统进水阀门游泳池泳池实际水位水流量控制器水位检测装置+-给定水位输入输出其核心是通过反馈来减少被控量与给定量之间的偏差闭环控制系统与开环控制系统的比较多

5、了一个有检测装置和比较器组成的环节l家用缝纫机速度控制l电冰箱温度控制系统l自动门的开与关控制系统判断下列控制系统是否属于闭环控制系统划出方框图传动装置“脚踩的力大脚踩的力大小小”缝纫速度的快慢缝纫速度的快慢缝纫机电机-压缩机组电冰箱箱内实际温度控制器感温装置+-设定温度输入输出控制电路人体红外信号电动机自动门门的开与关转动输入输出三三 闭环控制系统的干扰与反馈闭环控制系统的干扰与反馈4什么是干扰因素123什么是反馈功能模拟方法黑箱方法什么是干扰因素？l在控制系统中，除了输入量（给定量）以外，引起输出量（被控量）变化的各种因素称为干扰（interference）因素。脚踩的力自行车行使的速度逆

6、风、顺风、上坡路、下坡路对于干扰的几点说明：l干扰既存在闭环控制中也存在于开环控制中；l干扰都是作用在控制对象上，使被控量偏离目标值；l干扰因素不止一个；l干扰在实际中也可利用。在电冰箱的温度控制系统中，下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素？l开电冰箱门l电冰箱所在的房间温度从20度上升到32度l把热菜和热饭放进冰箱中l电冰箱外放一盆冷水严格来说，这也会影响环境温度的变化（是环境温度下降），但这种变化一般会有利于冰箱实现其目标，所以不属于干扰因素。克服干扰的基本方法：lA.消除干扰。如：在飞机上不能使用通信工具lB.减弱干扰 。如：电器在使用时远离其它电子设备lC.提高控制系统性能 。如：

7、采用闭环控制系统来克服干扰什么是反馈？l控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程就是反馈（feedback）。如：游泳池的注水闭环控制系统进水阀门游泳池泳池实际水位水流量控制器水位检测装置+-给定水位输入输出功能模拟方法l以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟“原型”的功能和行为的方法。机器人保姆会拉提琴的机器人会骑自行车的机器人“斯坦利”无人自动驾驶汽车手动驾驶汽车 两种控制的方框图描述眼睛大脑手方向盘车的实际行驶方向 设定车的行驶方向检测装置控制器执行器方向盘车的实际行驶方向 设定车的行驶方向手动驾驶自动动驾驶黑箱方法l生活中，有时我们要认识的对象内部

8、无法打开或者不便打开，这时，可以通过观测和考察它的输入与输出的关系来推测其内部的结构和功能。l如：夏天买西瓜，可通过“看瓜形、看瓜色、听瓜声、测弹性”来判断西瓜的生熟。西瓜看、摇、拍、测黑箱生或熟输入输出中医看病是通过“望、闻、问、切”来了解病人情况，最后对病情作出判断l这种把要研究的系统作为黑箱，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构与功能的方法，就是黑箱方法。人输入输出黑箱望、闻、问、切病情判断四四 控制系统的设计与实施控制系统的设计与实施控制系统设计的一般思路12控制系统设计的与实施案例控制系统设计的一般思路l系统要达到的目标？l控制的对象？l被控对象的特性？l控制量（输

9、入量）和被控量(输出量)？l外界的主要干扰因素？l怎样的方案既达到目的、又经济、易于实现？l设备和元件？开环控制系统设计案例l电吹风控制系统的设计l设计要求：电吹风能根据不同的挡位（如冷风挡、热风挡）输出不同种类的风。设计分析l控制的对象？ l控制量和被控量？l外界的主要干扰因素？l怎样的方案既达到目的、又经济、易于实现？l设备和元件？电吹风装置电机的电压 风的速度和温度选择开环控制系统实现电吹风的控制电源电压的波动电机、风扇、电热丝方案构思：l设定风的挡位就设定了电机的电压和电热丝的阻值，接通电源后，电机带动一个小风扇转动，产生的风通过电吹风的电热丝，输出与设定的风种相对应的风。设定档位风的

10、速度和温度电机风扇电热丝档位控制器吹风机l确定了电吹风控制系统的设计方案后，画出必要的电气线路图，选择适当型号的元件和配件，进行组装、调试。闭环控制系统设计案例l抽水马桶水位自动控制l设计要求：当水位低于某一指定高度时，进水口开始进水。当水位达到某一指定高度时，进水口停止进水。设计分析l控制的对象？ l控制量和被控量？l外界的主要干扰因素？l怎样的方案既达到目的、又经济、易于实现？l设备和元件？马桶水箱进水管的进水量 水箱水位高度选择闭环控制系统实现水箱水位的自动控制水箱的出水量杠杆、进水阀、水箱、浮球方案构思：l采用浮球作为水位高度的检测装置。当水箱的水位低于水箱的某个高度时，出现了水位差（给定的水位高度与实际水位高度之