必修2控制与设计

1、1会计学必修必修2控制与设计控制与设计22 21.理解控制的涵义及其在生产和生活中的应用理解控制的涵义及其在生产和生活中的应用2.了解控制系统的类型，熟悉简单控制系统的基本组了解控制系统的类型，熟悉简单控制系统的基本组成和工作过程。成和工作过程。3.了解并能确定控制系统的主要参数了解并能确定控制系统的主要参数4.能画出简单控制系统的方框图，理解其中各环节的能画出简单控制系统的方框图，理解其中各环节的作用作用5.能设计、制作、调试和改进简单的控制装置能设计、制作、调试和改进简单的控制装置3344 4我们常常会听到：我们常常会听到：控制疫情，控制情绪，控制温度控制疫情，控制情绪，控制温度控制存在于

2、当今社会的各个方面：控制存在于当今社会的各个方面：现代化的汽车生产线，现代化的汽车生产线，城市中的交通指挥系统，城市中的交通指挥系统，恒温的蔬菜大棚等等。恒温的蔬菜大棚等等。55 566 677 788 8例例1. 投掷飞镖投掷飞镖确定确定射中射中目标目标控制手控制手臂的投臂的投掷动作掷动作掷出掷出飞镖飞镖场地情况场地情况经验经验99 9101010111111 能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据它们的误差及时调整控制作用的系统2、 不将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统。系统中将控制的结果反馈回来的部分12121213131314141515161616171717181818

3、控制系统必须在下才能完成控制任务的控制系统（如图4-11的液面调节）。191919202021212222221、自动路灯的控制系统（电路）能根据光线的明暗控、自动路灯的控制系统（电路）能根据光线的明暗控制电灯的开关。自动路灯控制系统是闭环系统吗？为制电灯的开关。自动路灯控制系统是闭环系统吗？为什么？什么？2、闭环控制系统都是自动控制系统吗？举例说明。、闭环控制系统都是自动控制系统吗？举例说明。3、手动控制系统都是开环控制系统吗？举例说明。、手动控制系统都是开环控制系统吗？举例说明。23232424一、控制系统的组成一、控制系统的组成以投掷飞镖和速度控制为例，它们的控制过程：以投掷飞镖和速度控

4、制为例，它们的控制过程：期望值期望值落点落点图图4-19 投掷飞镖的控制过程投掷飞镖的控制过程期望值期望值转速转速图图4-20 速度调节的控制过程速度调节的控制过程2525反馈环节反馈环节 由于反馈环节的存在，使图由于反馈环节的存在，使图4.2-2在信号流动上形在信号流动上形成了如图成了如图4.2-3所示的闭合回路，这也是为什么我们把所示的闭合回路，这也是为什么我们把这类控制系统称为闭环系统的原因。这类控制系统称为闭环系统的原因。图图4-21 闭合的信息回路闭合的信息回路2626272727控制命令（信号）的发出部分一般情况，一个控制系统的控制目的例如：在图例如：在图4-19和图和图4-20中

5、的中的离心调节器离心调节器和和人的大脑人的大脑。例如：例如：发动机的转速发动机的转速和和飞镖的落点飞镖的落点。在速度控制的例子中，是通过对发动机的控制实现的，而在投掷飞镖的例子中，是通过对飞镖控制实现的。将控制器的信号转换成能影响被控对象的信号的装置。例如：刚才的两个例子中的例如：刚才的两个例子中的控制阀控制阀和和人的肢体人的肢体。能对控制被控对象产生作用，从而使被控量发生变化的量。例如：速度调节器例如：速度调节器燃油量燃油量投掷飞镖对飞镖施加的力p1162828实例实例可注在书上相应位可注在书上相应位置置p1102929将图将图4-19和图和图4-20用更具一般性的方式表示为：用更具一般性的

6、方式表示为：给定值给定值被控量被控量图图4-23 投掷飞镖的控制过程投掷飞镖的控制过程控制量控制量给定值给定值被控量被控量图图4-24 速度调节的控制过程速度调节的控制过程控制量控制量比较器比较器30加热炉的温度自动控制系统是闭环控制系统。控制系统有控制器、执行器、被控对象和检测器等组成。被控对象：加热炉；被控量：炉内温度；执行器：炉内的加热器；控制器：一种电子或微机控制装置，它根据输入给定值与检测反馈值的比较信号控制执行器的动作；检测器：热电偶（具有检测和传感的作用），它将信号返回到输入端，构成反馈环节。30案例分析131炉温的调节过程： 温度检测装置测出加热炉内的温度，并随时与给定的温度值

7、进行比较，若加热炉内的温度高于给定的温度，则通过控制器调整调压器的电压，使通过电阻丝的电流减小，加热炉的温度下降；若加热炉内的温度低于给定的温度，则通过控制器调整调压器的电压，使通过电阻丝的电流增大，炉内温度上升，并维持在正常值的范围内，从而使加热炉的温度基本稳定在给定的温度值上。313232一个输入信号（手拔开关）对应着一个输出信号（灯亮）3333开关开关落地灯落地灯输入信号输入信号输出信号输出信号 3434连杆机构阀门水箱浮子反馈环节输入输出实际水位设定水位3535人工人工控制控制自动自动控制控制方式环节传感器控制器执行器对象36363737-猎物位置猎物位置实际位置实际位置+反馈环节反馈

8、环节3838 在系统的输入量和输出量之间，它们形成了一条闭合回路，反馈环节使得输出量的改变对控制的过程产生直接影响。 3939控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象给定值给定值被控量被控量干扰信号干扰信号+反馈环节反馈环节-404040 例如速度控制系统时为了达到一个理想的速度；温度控制系统是为了获得一个合适的温度等 一般情况系统的控制目的就是这个系统的被控量，一般情况系统的控制目的就是这个系统的被控量，如速度控制系统的被控量就是速度。如速度控制系统的被控量就是速度。414141如速度要多快、温度要多高，允许的误差时多少等。如速度要多快、温度要多高，允许的误差时多少等。 我们知道控制系统有开

9、环和闭环之分，系统的指标我们知道控制系统有开环和闭环之分，系统的指标（如控制的精度、造价等）将指导我们选择控制系统的（如控制的精度、造价等）将指导我们选择控制系统的类型及闭环控制系统中对反馈环节的要求。类型及闭环控制系统中对反馈环节的要求。 被控对象确定后，就应该选择能有效调节被控对象工作的装置作为执行器。424242 不管时对模型进行仿真还是进行系统实际实验，我不管时对模型进行仿真还是进行系统实际实验，我们都要指出最能影响系统性能的一些参数作为仿真或实们都要指出最能影响系统性能的一些参数作为仿真或实验时观察、调整的对象，通过对它们的调整，使系统达验时观察、调整的对象，通过对它们的调整，使系统

10、达到最佳的性能。到最佳的性能。 如果通过调节待调参数系统达到了期望的性能，如果通过调节待调参数系统达到了期望的性能，设计工作就告结束。否则，就要修改设计，包括改进设计工作就告结束。否则，就要修改设计，包括改进系统结构甚至放宽指标要求等。系统结构甚至放宽指标要求等。434343444444在很多大型运动场的周边，我们会经常看到会定时翻转的广告牌（如图4-27）。现在，来。45（三）确定系统结构（三）确定系统结构45464647（五）部件模型及主要参数的确定（五）部件模型及主要参数的确定（六）验证、完成你的设计（六）验证、完成你的设计应尽可能做到：应尽可能做到：（1）用计算机绘制各部分的原理）用计

11、算机绘制各部分的原理及安装图及安装图（2）设计系统制作的工作流程）设计系统制作的工作流程（3）协同工作，共同完成整个设计。）协同工作，共同完成整个设计。4748（七）评估你的设计（七）评估你的设计1、系统是否安全、可靠？能否按设计的要求工作？、系统是否安全、可靠？能否按设计的要求工作？2、其他人对你的设计有什么看法？、其他人对你的设计有什么看法？3、整个系统的造价使多少？、整个系统的造价使多少？4、如果你有更多的时间，你将会对设计做哪些改进？、如果你有更多的时间，你将会对设计做哪些改进？5、为你的设计写一份使用说明书。、为你的设计写一份使用说明书。484950 在日常生活中，干扰是时常存在的。

12、例如，人在逆在日常生活中，干扰是时常存在的。例如，人在逆风中骑自行车，逆风对自行车的速度构成干扰，要保持风中骑自行车，逆风对自行车的速度构成干扰，要保持速度不变，人就需要用力蹬车，以克服这一干扰速度不变，人就需要用力蹬车，以克服这一干扰.自行车自行车风风应保持的速度应保持的速度行车速度行车速度5051 有的干扰因素是由于环境造成的，如影响自行车有的干扰因素是由于环境造成的，如影响自行车行驶速度的变化的自然风、雨水等；行驶速度的变化的自然风、雨水等； 有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。信号的手机信号等。5152 控制系统中，干扰

13、因素可能有一个，也可能有若干控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个。如战士在大风大雨中进行射击练习，风和雨都是子个。如战士在大风大雨中进行射击练习，风和雨都是子弹命中准确度的干扰因素。弹命中准确度的干扰因素。 控制系统在工作过程中必须克服干扰，使被控量稳控制系统在工作过程中必须克服干扰，使被控量稳定。空调器的温度控制系统是闭环控制系统，它能克服定。空调器的温度控制系统是闭环控制系统，它能克服室外温度变化这一干扰，当室外温度升高时，空调器监室外温度变化这一干扰，当室外温度升高时，空调器监测出干扰引起的室内温度变化，通过启动压缩机降温来测出干扰引起的室内温度变化，通过启动压缩机降温来克服这

14、一干扰，使室温保持稳定。克服这一干扰，使室温保持稳定。525353 在大海中航行的轮船，由于波浪的影响会产生晃动（如图在大海中航行的轮船，由于波浪的影响会产生晃动（如图4-44）。据资料介绍，如果不采取措施，即使在正常的海浪下，摇）。据资料介绍，如果不采取措施，即使在正常的海浪下，摇晃的幅度也可高达晃的幅度也可高达18 。波浪的影响就是作用在船上的干扰。波浪的影响就是作用在船上的干扰。 轧钢厂的轧辊机的速度控制系统，如图轧钢厂的轧辊机的速度控制系统，如图4-45所示，当钢板通所示，当钢板通过轧辊机时，将产生巨大的负载变化或干扰，使轧辊的速度变慢。过轧辊机时，将产生巨大的负载变化或干扰，使轧辊的

15、速度变慢。54在下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？在下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？控制系统控制系统干扰因素干扰因素自动扶梯的升降控制系统自动扶梯的升降控制系统利用滑轮组提升重物的控利用滑轮组提升重物的控制装置制装置蔬菜大棚的温度控制蔬菜大棚的温度控制5455 电视机有时在正常工作时，突然出现图像闪烁厉害或画面电视机有时在正常工作时，突然出现图像闪烁厉害或画面紊乱等情况，这是由于它受到外界磁场干扰所导致的现象。紊乱等情况，这是由于它受到外界磁场干扰所导致的现象。 如果在电视机周围放置一台电冰箱，当电冰箱启动工作时，如果在电视机周围放置一台电冰箱，当电冰箱启动工作时，会形成一定

16、范围的磁场，将对电视机的图像造成干扰，使其画面会形成一定范围的磁场，将对电视机的图像造成干扰，使其画面紊乱。又如，空调器在工作时也会向周围空间发射大量的电磁波，紊乱。又如，空调器在工作时也会向周围空间发射大量的电磁波，如果电视机与空调器的距离很近，电磁波将对电视机图像造成干如果电视机与空调器的距离很近，电磁波将对电视机图像造成干扰。此外，电风扇、日光灯等电器也会对电视机产生不同程度的扰。此外，电风扇、日光灯等电器也会对电视机产生不同程度的磁场干扰，从而导致电视机的图像出现抖动，波纹等现象。磁场干扰，从而导致电视机的图像出现抖动，波纹等现象。 案例分析 电视机最忌磁场干扰，这些近距离的家用电器所

17、形成的磁场，就是电视机正常工作时的干扰因素。克服这些干扰因素的办法就是将家用电器远离电视机放置。5556 在一般控制系统中，干扰因素是需要克服的。而在有些情况在一般控制系统中，干扰因素是需要克服的。而在有些情况下，却可以利用干扰因素实现某种目的。如在军事演习中，红方下，却可以利用干扰因素实现某种目的。如在军事演习中，红方利用一定频率的电磁波对蓝方的信息指挥系统进行干扰，使之不利用一定频率的电磁波对蓝方的信息指挥系统进行干扰，使之不能正常工作。但在生产生活中，我们需要以谨慎、严谨的态度对能正常工作。但在生产生活中，我们需要以谨慎、严谨的态度对待干扰因素的利用。待干扰因素的利用。5657（2）举出

18、一些由于干扰而使控制系统受到影响的例子。（1）在出现干扰的情况下，开环控制系统和闭环控制系统哪种受干扰的影响小？为什么？5858 就干扰的性质来说，有些干扰是可以避免的，而有就干扰的性质来说，有些干扰是可以避免的，而有些干扰是不可以避免的。些干扰是不可以避免的。例如：风对飞行中的飞机、导弹的干扰是不可避免的。例如：风对飞行中的飞机、导弹的干扰是不可避免的。对于这类干扰，我们只能在提高控制系统的性能上多下对于这类干扰，我们只能在提高控制系统的性能上多下功夫。功夫。对于有些干扰，可以采取消除、减弱的办法。如在室内对于有些干扰，可以采取消除、减弱的办法。如在室内进行投掷飞镖活动，就可消除或减弱风对飞镖飞行的干进行投掷飞镖活动，就可消除或减弱风对飞镖飞行的干扰。扰。一些化学反应容易受到温度变化的影响，我们可以使它一些化学反应容易受到温度变化的影响，我们可以使它们在恒温环境中进行。们在恒温环境中进行。5960612010-6-46262626363636464实例实例可注在书上相应位可注在书上相应位置置p1106565将图将图4-19和图和图4-20用更具一般性的方式表示为：用更具一般性的方式表示为：给定值给定值被控量被控量图图4-23 投掷飞镖的控制过程投掷飞镖的控制过程