控制与设计学习.pptx

一、为什么需要控制一、为什么需要控制 第1页/共56页 事物的发展与变化具有多样性。例如:下雨第2页/共56页下雪下雪第3页/共56页 事物发展的结果可能是人们预先期望的，也可能是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，就必须运用适当的手段来实现。第4页/共56页鱼塘：成熟的西瓜：流行性病毒：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，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，就必须借助适当的手段来实现。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过预防和综合治理而被控制治理而被控制第5页/共56页二、控制的手段第6页/共56页大禹治水 思考：大禹治水思考：大禹治水过程中，通程中，通过什什么么手段手段实现了什了什么么样的目的？的目的？第7页/共56页案例分析 大禹是中国古代的传奇英雄人物，他所处的年代洪大禹是中国古代的传奇英雄人物，他所处的年代洪水泛滥而久治不息。他的父亲鲧受尧的命令而治水，采水泛滥而久治不息。他的父亲鲧受尧的命令而治水，采用垒坝筑堰、填塞洪水的方法，结果愈治愈泛，水患益用垒坝筑堰、填塞洪水的方法，结果愈治愈泛，水患益盛，最终被舜帝治罪而死。鲧死后，水患并未止息。大盛，最终被舜帝治罪而死。鲧死后，水患并未止息。大禹子承父业，接受舜的命令进行治水。大禹治水，一改禹子承父业，接受舜的命令进行治水。大禹治水，一改其父其父“以以塞而阻水塞而阻水”的方法，以疏通河道、泄洪为主，的方法，以疏通河道、泄洪为主，经过经过1313年的努力，终于年的努力，终于“洪波安息洪波安息”、“水患大治水患大治”。思考：大禹治水的过程中，通过什么思考：大禹治水的过程中，通过什么手段实现了什么样的目的？举出生活手段实现了什么样的目的？举出生活中通过某些手段实现特定目的的事例。中通过某些手段实现特定目的的事例。大禹治水第8页/共56页 控制是根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定方向发展的行为和过程。控制的含义控制的含义 第9页/共56页汽车的传动系统汽车的传动系统第10页/共56页1、控制的对象是什么理解控制现象，需要明确：2、控制要达到什么目的3、采取什么控制手段三、控制是普遍存在的三、控制是普遍存在的第11页/共56页控制事例控制事例控制的对控制的对象象控制的目控制的目的的控制的手控制的手段段大禹治水大禹治水电风扇扇电风扇扇叶转速快叶转速快慢的控制慢的控制人力三轮人力三轮车转弯中车转弯中的方向控的方向控制制洪水安息洪波、大治水患疏通河道，泄洪为主电风扇扇叶调节速度换挡人力三轮车改变三轮车行驶的方向双手转动车把马上行上行动第12页/共56页 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、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第13页/共56页 控制的实现需要通过一定控制的实现需要通过一定的手段。从控制过程中人工干的手段。从控制过程中人工干预的情形来分，控制有预的情形来分，控制有手动控手动控制制和和自动控制自动控制。第14页/共56页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制人的直接干预下才能完成控制任务。任务。特点：有人直接干预。特点：有人直接干预。第15页/共56页电梯电梯木木门门风风扇扇第16页/共56页遥控模型遥控模型第17页/共56页手手动动冲冲床床第18页/共56页开车开车第19页/共56页2、自动控制、自动控制 概念：在控制的过程概念：在控制的过程中不需要人的干预，就可中不需要人的干预，就可按期望规律或预定程序进按期望规律或预定程序进行的控制系统。行的控制系统。特点：不需要人的直特点：不需要人的直接干预。接干预。第20页/共56页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，达到消暑的目的。随着科学技术的发展，20世纪50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，从而达到降温消暑的目的。手摇扇电风扇空调器手摇扇子产生风电机带动叶片转动时产生风自动调温手动手动控制自动控制第21页/共56页自动门自动门太阳能太阳能路灯路灯第22页/共56页自动扶梯自动扶梯第23页/共56页自自动动洗洗车车第24页/共56页 下列哪些是自动控制？哪下列哪些是自动控制？哪些是人工控制？些是人工控制？马上行动马上行动第25页/共56页自发电手电筒自发电手电筒人工控制第26页/共56页 试一试试一试：分析下列控制现象是自动控制还是人工控制：（1）摇动轱辘，提取井水；（2）用气筒给自行车的轮胎充气；（3）电梯的上下运行控制；（4）农用灌溉抽水机抽水的控制。第27页/共56页现代网络家电 生活 自动控制第28页/共56页汽车自动装配生产线 工业生产 汽车油漆自动控制第29页/共56页农业生产 水水 车车自动控制第30页/共56页温室自动控制第31页/共56页农田灌溉 电源控制室水泵自动控制第32页/共56页农田灌溉 折射式微喷射流式微喷锤式微灌自动控制第33页/共56页课后思考课后思考 自动控制技术在各行各业自动控制技术在各行各业的应用，一方面减轻了人的劳的应用，一方面减轻了人的劳动强度，解放了劳动生产力，动强度，解放了劳动生产力，另一方面也可能造成失业人数另一方面也可能造成失业人数增加。对此，你有什么看法？增加。对此，你有什么看法？第34页/共56页1 1、控制的涵义、控制的涵义（明确对象、目的、手段）（明确对象、目的、手段）2 2、手动控制和自动控制、手动控制和自动控制小结：小结：第35页/共56页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“控制系统”四个字输入量：老师的指令输出量：所写的字第36页/共56页“闭上眼睛写字”的控制过程方框图 手大脑输入笔输出执行器控制器输入量被控对象输出量第37页/共56页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|第38页/共56页一、控制系统一、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）第39页/共56页一、控制系统一、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。第40页/共56页一、控制系统一、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第41页/共56页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。第42页/共56页马上行动：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第43页/共56页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：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。第44页/共56页设定注设定注水的时水的时间间定定时时器器进进水水阀阀门门游游泳泳池池游泳池游泳池的水位的水位输入输入输出输出水流量 定义：定义：控制系统的控制系统的输出量输出量不对不对系统的控制系统的控制产生任何影响，这产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。种控制系统称为开环控制系统。开环控制系统开环控制系统第45页/共56页案例分析案例分析红外装置红外装置是否检测是否检测到人体热到人体热辐射发出辐射发出的信号的信号 控控制制电电路路电电机机自自动动门门门的开门的开启或关启或关闭闭 转转动动输入输入输出输出第46页/共56页请画出下列开环系统的方框图1、电视摇控器的控制系统2、楼道声控灯的控制系统3、电动车的防盗报警系统按开机按扭控制电路显像及音频视频电视机电视节目影像设定声音分贝控制电路灯泡计时器灯光时间外力强度控制电路音响装置计时器警报器警报声声音第47页/共56页 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的控制方框图。公共汽车车门控制系统。红绿灯定时控制系统。防盗报警系统。火灾报警系统。音乐喷泉控制系统。闹钟定时控制系统。自动烘手机第48页/共56页二、闭环控制系统二、闭环控制系统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第49页/共56页闭环控制系统就是把系统的输出量闭环控制系统就是把系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统。控制系统。给定量给定量给定量给定量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检测装置检测装置检测装置检测装置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方框图如下：简单闭环控制系统的方框图如下：第50页/共56页案例分析：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 oC 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，试画出其其温度控制系统温度控制系统的方框图。的方框图。第51页/共56页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控控控控制制制制电电电电路路路路压压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。第52页/共56页请完成1、家用缝纫机的缝纫速度控制系统（属于开环控制系统）脚踏力度脚蹬、曲柄、链轮中轴、链条缝纫速度2、电冰箱的温度控制系统（属于闭环控制系统）温度计温度设定温度控制器制冷装置温度值检测装置比较器第53页/共56页设定声音分贝控制电路灯泡计时器灯光时间3、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）设定车流量控制器红绿灯计时器红绿灯显示时间检测装置第54页/共56页练习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、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第55页/共56页感谢您的观看。第56页/共56页