通用技术课程教材内容

ri传翳atri传翳at控制藩电功机第二节控制系统的基本组成与工作过程（教材）一、典型控制系统案例分析我们先来分析两个典型控制案例，旨在了解控制系统是怎样构成的，以及它们是怎样实现控制的。【案例1】自动门自动门的动作过程是：当门口没有人时，门是关着的（图1）；当有人来到门口时，门打开（图2）；当人离开门口后一段时间，门又关闭。门 ft*3 峠利器电甜MIL團2自功门的开状卷功能（1） 无人时，常关；（2）有人时，开门。技术要求⑴当人距门lm（也可设为其他值）时，门即打开；（2） 门打开后，延时10s（也可设为其他值）后关门。门是怎样实现自动开、关的呢?我们来看一看自动门（实际上是自动门系统，简称自动门）的组成和工作过程。系统组成①门；②电动机；③控制器；④传感器。工作过程（1） 当有人到达门前某一距离（如1m）时，传感器感知，并发出“有人”的信号;（2） 控制器接到传感器传来的信号后，经变换放大后传给电动机（这里电动机叫做执行器,也称驱动器）;（3） 电动机根据传来的开门信号转动，门被打开（这里的门叫做被控对象，也称为控制对象）:（4） 控制器保持开门信号延时（如10s）后，自动发出关门信号，电动机反转，门重新关闭。上述的系统组成与工作过程，可以用图3表示。

在图3中，从左往右看：当门口有人时，即有输入，传感器感知并形成信号。信号先后经过控制器、电动机的变换与传递，直到把门打开，叫做有输出（门动作，打开）。没有人，则无输入，不发生信号传递，当然没有输出（门无动作，常关）。【问题思考】当有人一直站在门口时，自动门会怎样动作？为什么？【案例2】水箱水位控制再来看水箱的水位控制。当水箱内的水没有达到设定的水位（水箱内的“△”所示）时,水箱的水龙头打开，向水箱内放水；当水面达到设定位置，水龙头关闭。它有两种控制方式一为人工控制（图4）；一为自动控制（图5）。下面分别分析、研究这两种控制。连幵机构胖子水箱图水箱水位人H连幵机构胖子水箱图水箱水位人H控制系统示意图5承辑水位自动控制系毓示怠圉功能当水面（位）达到设定的水位（高度）时，关闭进水阀门。控制方式（1）人工；（2）自动。系统组成（1） 人工控制：水箱（包括水箱内的水）；进水阀门。（2） 自动控制：水箱（包括水箱内的水）；阀门；连杆机构；浮子（俗称水漂）工作过程（1） 人工控制：当水面低于设定水位时，人打开阀门放水入水箱，人眼监视水面高度；当水面达到设定的水位时，人关闭阀门。（2） 自动控制：当水面低于设定水位时，浮子下落，阀门打开，进水；浮子“监测'冰面高度，并随着水面升高而浮升。当水面达到设定的水位时，浮子传感，通过连杆机构，将阀门关闭。【问题思考】水箱水位的人工和自动控制系统中，传感器、控制器、执行器和被控对象各对应什么装置及其作用？^方^^环传感器控制器执行器被控对象人工自动水箱水位控制系统的图形描述框图，如图6所示。r|荊出注◎输人I5L{H®——-｛綸丘水炖】t幵朋r|荊出注◎输人I5L{H®——-｛綸丘水炖】t幵朋昨旳比较坏*曲日水縉水垃自XI』担制系统框图连悴机构当水位差（给定水位与实际水位之差）不为零时，此信号经连杆机构使阀门打开，放水入水箱；同时，浮子将实际水位的信号反传给比较环节，从而形成水位差信号。当水位差为零时，阀门将关闭，不再进水。水位的高低，可以用水面高度这样的量来计量，因此，对于输入、输出就有了输入量、输出量的叫法。这里，实际水位为被控量，即输出量；阀门开度为控制量。对两个案例的系统框图（图5与图6）进行比较就可以发现，案例4-1中，信息总是自输入端单向传至输出端，不存在信息逆向流动；而案例2则不然，除上述过程外，还要将输出信息反传给输入端（比较环节），存在信息的逆向流动。这就是说，案例2比案例1多了一个信息传递过程与路径。案例2中，信息流经一个闭合环路，这类系统称之为闭环控制系统。闭环控制系统中，将输出信息反传给比较环节的做法，称之为反馈。而案例中，没有反馈，也就不存在闭环，这类系统称之为开环控制系统。闭环控制系统与开环控制系统，是两类不同的系统。从构成形式上看，两者的不同表现为有反馈或无反馈。从本质上讲，二者的不同在于信息流的传递方式不同。因此，开环是按输入实现控制，而闭环是按偏差（如案例2中的水位差）实现控制。【问题思考】水位自动控制比水位人工控制好在哪里？从比较中我们可以得到什么启示？什么叫自动控制？如果水箱水位自动控制系统中的浮子坏了，更换的浮子比原来的小，会出现什么后果？前面我们收集的“使用控制系统的实例”中，哪些是开环控制？哪些是闭环控制系统？【试一试】若要节约用水，减少水位自动控制水箱内水的容量，应该怎么办？将你的设想做一做。如果成功，试说明原理；如果失败，试找出原因。二、控制系统的基本组成与工作过程控制系统的基本组成简单的控制系统由两部分组成，即被控对象和控制装置。其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括反馈环节和比较环节。开环与闭环控制系统的比较开环控制系统的结构和原理比较简单，信息从输入端到输出端，仅有一条路径。它的最大缺点是控制精度（精确度）不高。闭环控制系统的结构较为复杂，信息流经的路径有两条，一条自输入端传至输出端，另一条是输出端信息反传到输入端的比较环节。它可以有较高的控制精度和有较强的抗干扰性能。【讨论交流】全班研讨开环与闭环控制系统的结构特点与工作过程。怎样理解闭环控制系统的工作过程对于闭环控制系统来说，输入信号和反馈环节传回来的反馈信号相比较，产生偏差信号一控制器根据偏差信号的大小和极性（正或负），产生控制作用，传给执行器一执行器将此信号放大、变