第一二节了解控制.ppt

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1、第四章第四章 控制与设计控制与设计 第一节第一节 了解控制了解控制 一、控制一、控制 事物的发展与变化具有多样性。例如，一棵树可能事物的发展与变化具有多样性。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，而且果实可因为某种原因结不出果实，也可能硕果累累，而且果实可能有大有小，或酸或甜；降落的雨水，可以用来灌溉农田，能有大有小，或酸或甜；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，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。甚至有可能引起洪涝灾害。例如例如例如例如:下下下下雨雨雨雨下雪下雪鱼塘：鱼塘：成熟的西瓜：成熟

2、的西瓜：流行性病毒：流行性病毒：指出下列事物发展与变化的多种可能性：指出下列事物发展与变化的多种可能性：事物的发展结果可能是人们预先期望的，事物的发展结果可能是人们预先期望的，也可能与预期的目标不相符，甚至是不希望得也可能与预期的目标不相符，甚至是不希望得到的。如果人们想达到某一特定的目的，就必到的。如果人们想达到某一特定的目的，就必须借助适当的手段来实现。须借助适当的手段来实现。马上行动马上行动干涸干涸溢出水溢出水其中的鱼可能多而其中的鱼可能多而肥，可能少而弱肥，可能少而弱被摘下吃掉被摘下吃掉榨汁榨汁烂掉烂掉传染人群传染人群使人发病使人发病被人的抵抗被人的抵抗力所战胜力所战胜通过预防和综合通

3、过预防和综合治理而被控制治理而被控制 控制的涵义控制的涵义 控制是根据自己的目的，通过一定的方法使事物沿着某一确定方向发展的行为和过程。例如：射手通过瞄准，使箭射中例如：射手通过瞄准，使箭射中靶心；人们通过电冰箱获得适当靶心；人们通过电冰箱获得适当的温度，使食物能够长期存放；的温度，使食物能够长期存放；先进的生产流水线通过计算机的先进的生产流水线通过计算机的“指挥指挥”，实现自动化生产等。，实现自动化生产等。请同学们说说你在生活学习中请同学们说说你在生活学习中所见到的应用控制的事例。所见到的应用控制的事例。学校：学校的音乐铃声、多媒体教学系学校：学校的音乐铃声、多媒体教学系统、自动喷泉等。统、

4、自动喷泉等。家庭：冰箱、电饭煲、微波炉等。家庭：冰箱、电饭煲、微波炉等。社会：交通信号灯、电子警察、电梯、社会：交通信号灯、电子警察、电梯、程控电话交换机等程控电话交换机等二、控制的分类二、控制的分类从控制过程中人工干预的情形来分：从控制过程中人工干预的情形来分：手动控制手动控制 自动控制自动控制按照执行部件的不同，控制分为：按照执行部件的不同，控制分为：机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等 1、手动控制、手动控制 概念：控制系统必须在概念：控制系统必须在人的直接干预下才能完成控人的直接干预下才能完成控制任务。制任务。特点：有人直接干预。特点：有人直

5、接干预。电梯电梯木木门门风风扇扇遥控模型遥控模型手手动动冲冲床床开车开车2、自动控制、自动控制 概念：在控制的过程中概念：在控制的过程中不需要人的干预，就可按期不需要人的干预，就可按期望规律或预定程序进行的控望规律或预定程序进行的控制系统。制系统。特点：不需要人的直接特点：不需要人的直接干预。干预。以前在烈日炎炎的夏天，人们用手摇芭蕉扇扇风消暑。以前在烈日炎炎的夏天，人们用手摇芭蕉扇扇风消暑。随着电风扇的产生，人们消暑纳凉的手段得到了改进。电风扇的叶片装随着电风扇的产生，人们消暑纳凉的手段得到了改进。电风扇的叶片装在电机的轴上，电机转动时带动叶片一起转动从而产生风，达到消暑的在电机的轴上，电机

6、转动时带动叶片一起转动从而产生风，达到消暑的目的。目的。随着科学技术的发展，随着科学技术的发展，20世纪世纪50年代，人们发明了空调器。空调器利用年代，人们发明了空调器。空调器利用制冷机进行制冷，使室内温度恒定在人们所设定的温度值，从而达到降制冷机进行制冷，使室内温度恒定在人们所设定的温度值，从而达到降温消暑的目的。温消暑的目的。手摇扇手摇扇电风扇电风扇空调器空调器手摇扇子产生风手摇扇子产生风电机带动叶片转动时产生风电机带动叶片转动时产生风自动调温自动调温手动手动手动控制手动控制自动控制自动控制自动门自动门太阳能太阳能路灯路灯自动扶梯自动扶梯自自动动洗洗车车现代网络家电 生活 自动控制农业生产

7、 水水 车车自动控制汽车自动装配生产线 工业生产 汽车油漆自动控制开环与闭环控制系统开环与闭环控制系统小试验1：闭上眼睛写闭上眼睛写“控制系统控制系统”四个四个字字输入量：老师的指令输出量：所写的字“闭上眼睛写字”的控制过程方框图 手手大脑大脑输入输入笔笔输出输出执行器执行器控制器控制器输入量输入量被控对象被控对象输出量输出量1 1、闭着眼睛画：、闭着眼睛画：人脑控制手画鼻子：人脑人脑控制手画鼻子：人脑人脑控制手画鼻子：人脑人脑控制手画鼻子：人脑手手手手鼻子鼻子鼻子鼻子控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结

8、果加以控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以修正、调节。是个单程的控制流向。这种控制，称修正、调节。是个单程的控制流向。这种控制，称修正、调节。是个单程的控制流向。这种控制，称修正、调节。是个单程的控制流向。这种控制，称为开环控制。为开环控制。为开环控制。为开环控制。分析原因分析原因：2 2、睁着眼睛画：、睁着眼睛画：人脑控制手画鼻子，在此过程中，眼睛可以把手的人脑控制手画鼻子，在此过程中，眼睛可以把手的人脑控制手画鼻子，在此过程中，眼睛可以把手的人脑控制手画鼻子，在此过程中，眼睛可以把手的位置及画的效果及时反馈给大脑，使得大脑准确精位置及画的效果及时反馈给大脑，使得大脑准确精位置及画的

9、效果及时反馈给大脑，使得大脑准确精位置及画的效果及时反馈给大脑，使得大脑准确精细的控制手去画好鼻子。控制过程中有反馈环节可细的控制手去画好鼻子。控制过程中有反馈环节可细的控制手去画好鼻子。控制过程中有反馈环节可细的控制手去画好鼻子。控制过程中有反馈环节可以把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了闭合回以把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了闭合回以把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了闭合回以把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了闭合回路。这种控制称为闭环控制。路。这种控制称为闭环控制。路。这种控制称为闭环控制。路。这种控制称为闭环控制。人脑人脑人脑人脑手手手手画鼻子画鼻子画鼻子画鼻子|眼睛眼睛眼睛眼睛

10、|控制系统控制系统自行车传动系统由哪些部件构成？自行车传动系统由哪些部件构成？脚蹬、曲柄、链轮、中轴、链条、飞轮等脚蹬、曲柄、链轮、中轴、链条、飞轮等脚踩的力脚踩的力脚踩的力脚踩的力（输入输入输入输入）脚蹬、曲柄、链轮脚蹬、曲柄、链轮中轴、链条、飞轮中轴、链条、飞轮自行车行自行车行自行车行自行车行驶的速度驶的速度驶的速度驶的速度（输出输出输出输出）控制系统控制系统 电风扇的风速控制是通过改变电机的转速来实电风扇的风速控制是通过改变电机的转速来实现的。给电风扇设定风速挡位，电机就以一定的转现的。给电风扇设定风速挡位，电机就以一定的转速带动扇叶转动，输出预定的风速。风速挡位是该速带动扇叶转动，输出

11、预定的风速。风速挡位是该控制系统的输入，扇叶转动的风速是该控制系统的控制系统的输入，扇叶转动的风速是该控制系统的输出，一个挡位对应着一个风速。输出，一个挡位对应着一个风速。控制系统控制系统电风扇风速的档位电机、扇叶风速输输入入输输出出任何一种控制的实现，都要通过任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节的若干个环节，这些环节的有机组合有机组合就就构成了一个系统，称为控制系统。构成了一个系统，称为控制系统。控制系统的输出与输入之间有一控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系。定的对应关系。马上行动：请指出下列控制系统中的输入、马上行动：请指出下列控制系统中的输入、输出分别是什么？输出分别是

12、什么？控制系统控制系统输入输入输出输出电风扇风速控制电风扇风速控制电风扇风速控制电风扇风速控制电饭煲电饭煲电饭煲电饭煲脱粒机脱粒机脱粒机脱粒机红外线自动水龙头红外线自动水龙头红外线自动水龙头红外线自动水龙头调速器或挡位调速器或挡位风扇的转速风扇的转速电源的电信号电源的电信号锅内的温度锅内的温度电源的电信号电源的电信号脱粒的量脱粒的量人手的红外信号人手的红外信号人手的红外信号人手的红外信号水龙头的出水量水龙头的出水量水龙头的出水量水龙头的出水量开环控制系统开环控制系统 在游泳池注水控制系统中，如果进水管单位时在游泳池注水控制系统中，如果进水管单位时间的水流量一定，那么游泳池水位的高度与进水的间的

13、水流量一定，那么游泳池水位的高度与进水的时间是一一对应的。我们就可以通过设定注水时间，时间是一一对应的。我们就可以通过设定注水时间，使游泳池的水位达到希望的高度。将注水的时间值使游泳池的水位达到希望的高度。将注水的时间值（假设为（假设为2 2小时）设定到定时器中，开启进水阀注小时）设定到定时器中，开启进水阀注水，一旦时间到达，定时器就会通知进水阀门关闭，水，一旦时间到达，定时器就会通知进水阀门关闭，停止向游泳池注水。停止向游泳池注水。分析：分析：游泳池的水位只受设定的注水的时间控制，这里，作游泳池的水位只受设定的注水的时间控制，这里，作为输入的设定的注水时间可以计算，称为输入量；作为输为输入的

14、设定的注水时间可以计算，称为输入量；作为输出的游泳池的水位可以用水面高度这样的量来计算，称为出的游泳池的水位可以用水面高度这样的量来计算，称为输出量。输出量。灯的开关控制的过程：灯的开关控制的过程：输入信号输入信号输出信号输出信号灯灯开关开关游泳池注水控制系统方框图：游泳池注水控制系统方框图：游泳池游泳池进水阀门进水阀门定时器定时器设定注水时间设定注水时间（输入）（输入）水流量水流量游泳池的水位游泳池的水位（输出）（输出）灯的开关控制的方框图：灯的开关控制的方框图：灯灯电路电路开关开关手的动作手的动作（输入）（输入）电流电流光线光线（输出）（输出）2 2、特征：特征：系统的输出量系统的输出量仅

15、受仅受输入量控制，输入量到输出量输入量控制，输入量到输出量之间的信号是之间的信号是单向传递单向传递。1 1、定义：定义：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为这种控制系统称为开环控制系统开环控制系统。请画出下列开环系统的方框图请画出下列开环系统的方框图1、电视摇控器的控制系统电视摇控器的控制系统2、楼道声控灯的控制系统、楼道声控灯的控制系统3、电动车的防盗报警系统、电动车的防盗报警系统按开机按开机按扭按扭控制控制电路电路显像及音显像及音频视频频视频电视机电视机电视电视节目节目影像影像设定设定声音声音分贝分贝控制控制电路电路灯泡灯

16、泡计时器计时器灯光灯光时间时间外力外力强度强度控制控制电路电路音响装置音响装置计时器计时器警报器警报器警报声警报声声音声音 生活中还有哪些开环控制系统？要求学生应生活中还有哪些开环控制系统？要求学生应用一般开环控制系统方框图画出以下控制系统用一般开环控制系统方框图画出以下控制系统的控制方框图。的控制方框图。公共汽车车门控制系统。公共汽车车门控制系统。红绿灯定时控制系统。红绿灯定时控制系统。防盗报警系统。防盗报警系统。火灾报警系统。火灾报警系统。音乐喷泉控制系统。音乐喷泉控制系统。闹钟定时控制系统。闹钟定时控制系统。自动烘手机自动烘手机 闭环控制系统 定义：定义：系统的输出量返回到系统的输出量返

17、回到输入端并对控制过程产生输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为影响的控制系统称为闭环闭环控制系统控制系统水箱的水位自动控制示意图水箱的水位自动控制示意图给定水位给定水位给定水位给定水位比较器比较器比较器比较器控控控控制制制制器器器器进进进进水水水水阀阀阀阀门门门门水水水水箱箱箱箱检测装置检测装置检测装置检测装置水箱水位水箱水位水箱水位水箱水位水流量水流量水流量水流量 给定量给定量给定量给定量比较器比较器比较器比较器控控控控制制制制器器器器执执执执行行行行器器器器被被被被控控控控对对对对象象象象反馈环节反馈环节反馈环节反馈环节被控量被控量被控量被控量控制量控制量控制量控制量简单闭环控制系统的

18、方框图如下：简单闭环控制系统的方框图如下：案例分析：空调器温度控制系统案例分析：空调器温度控制系统炎炎夏日，人们采取各种消暑措施消暑，空调炎炎夏日，人们采取各种消暑措施消暑，空调炎炎夏日，人们采取各种消暑措施消暑，空调炎炎夏日，人们采取各种消暑措施消暑，空调是第一选择。那么，空调器是如何控制温度的呢？是第一选择。那么，空调器是如何控制温度的呢？是第一选择。那么，空调器是如何控制温度的呢？是第一选择。那么，空调器是如何控制温度的呢？它的工作过程又如何呢？它的工作过程又如何呢？它的工作过程又如何呢？它的工作过程又如何呢？如设定温度为如设定温度为如设定温度为如设定温度为25252525o o o o

19、C C C C，室内温度如果高于，室内温度如果高于，室内温度如果高于，室内温度如果高于25252525o o o oC C C C，那么空调通过比较，控制电路发出信号促使压缩机那么空调通过比较，控制电路发出信号促使压缩机那么空调通过比较，控制电路发出信号促使压缩机那么空调通过比较，控制电路发出信号促使压缩机进行工作；当温度达到设定温度时，控制电路发出进行工作；当温度达到设定温度时，控制电路发出进行工作；当温度达到设定温度时，控制电路发出进行工作；当温度达到设定温度时，控制电路发出信号，压缩机停止工作，风扇照常工作。因此，空信号，压缩机停止工作，风扇照常工作。因此，空信号，压缩机停止工作，风扇照

20、常工作。因此，空信号，压缩机停止工作，风扇照常工作。因此，空调温度控制系统中有从输出端返回到输入端的信息调温度控制系统中有从输出端返回到输入端的信息调温度控制系统中有从输出端返回到输入端的信息调温度控制系统中有从输出端返回到输入端的信息反馈，它是闭环控制系统。反馈，它是闭环控制系统。反馈，它是闭环控制系统。反馈，它是闭环控制系统。问题：根据空调器的工作过程，试画出问题：根据空调器的工作过程，试画出其温度控制系统的方框图。其温度控制系统的方框图。空调器温度控制系统方框图如下：空调器温度控制系统方框图如下：设定温度设定温度设定温度设定温度比较器比较器比较器比较器控控控控制制制制电电电电路路路路压压

21、压压缩缩缩缩机机机机空空空空调调调调器器器器检测装置检测装置检测装置检测装置输出温度输出温度输出温度输出温度空气温度空气温度空气温度空气温度马上行动：判断下列控制系统是否属于闭马上行动：判断下列控制系统是否属于闭环控制系统，画出方框图。环控制系统，画出方框图。请完成请完成1、家用缝纫机的缝纫速度控制系统（属于开环控制系统）、家用缝纫机的缝纫速度控制系统（属于开环控制系统）脚踏脚踏力度力度脚蹬、曲柄、链轮脚蹬、曲柄、链轮中轴、链条中轴、链条缝纫缝纫速度速度2、电冰箱的温度控制系统（属于闭环控制系统）、电冰箱的温度控制系统（属于闭环控制系统）温度计温度计温度温度设定设定温度温度控制控制器器制冷制冷

22、装置装置温度值温度值检测装置检测装置比较器比较器设定设定声音声音分贝分贝控制控制电路电路灯泡灯泡计时器计时器灯光灯光时间时间3、走道路灯的声光控制系统（开环）、走道路灯的声光控制系统（开环）4、交通路口红绿灯自动控制系统（闭环）、交通路口红绿灯自动控制系统（闭环）设定设定车流车流量量控制控制器器红绿灯红绿灯计时器计时器红绿灯红绿灯显示显示时间时间检测装置检测装置练习根据开环电子控制系统和闭环控制系统的区别进行分析、根据开环电子控制系统和闭环控制系统的区别进行分析、判断，在你认为正确的表格中打判断，在你认为正确的表格中打“”开环电子开环电子控制系统控制系统闭环电子闭环电子控制系统控制系统电子表电子表电取暖系统电取暖系统空调空调程序控制洗衣机程序控制洗衣机可调亮度的台灯可调亮度的台灯智能洗衣机智能洗衣机电热水器