控制系统的基本组成与工作过程.ppt

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1、第四章第四章 控制与设计控制与设计第二节第二节 控制系统的基本组成控制系统的基本组成 与工作过程与工作过程什么是控制？什么是控制？人们根据自己的人们根据自己的目的目的，通过一定，通过一定的的手段手段，使，使事物事物沿着某一确定的方向沿着某一确定的方向发展发展，就形成了，就形成了控制控制。回顾知识手段：控制技术手段：控制技术控制必备的三个条件：控制必备的三个条件：1、控制要达到什么、控制要达到什么目的目的；2、控制的、控制的对象对象是什么；是什么；3、采取什么控制、采取什么控制手段手段。目的目的对象对象手段手段 控制三要素控制三要素按照控制方式分类：按照控制方式分类：1、人工控制：人工控制：由人

2、本身通过判断和由人本身通过判断和操作进行控制称为人工控制。操作进行控制称为人工控制。如：手按遥控器、人开灯和关灯等如：手按遥控器、人开灯和关灯等2、自动控制：自动控制：指不需要人工操作，指不需要人工操作，使机器、设备自动地按照预定的规律工使机器、设备自动地按照预定的规律工作称为自动控制。作称为自动控制。如：声控电灯、全自动洗衣机、无人驾驶飞机等如：声控电灯、全自动洗衣机、无人驾驶飞机等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、电子控制机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等等.对于自动控制按控制方式分为：对于自动控制按控制方式分为：开环控制、闭环

3、控制和复合控制。开环控制、闭环控制和复合控制。控制系统的基本组成控制系统的基本组成简单的控制系统由两部分组成：简单的控制系统由两部分组成：1 1、被控对象、被控对象2 2、控制装置（包括：传感器、控、控制装置（包括：传感器、控制器、执行器等）制器、执行器等）传感器传感器 传感器是一种检测装置，能感受传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

4、它是实现自动检测录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。和自动控制的首要环节。典型控制系统案例分析1 1、自动门、自动门【案例分析案例分析】自动门的控制系统：自动门的控制系统：系统组成系统组成：传感器、控制器、执行器（电动机）、：传感器、控制器、执行器（电动机）、被控对象（门）。被控对象（门）。工作过程：工作过程：工作过程：工作过程：当有人到达门前某一距离时，传感器感知，发出“有人”的信号，控制器接到传感器传来的信号后，经变换放大后传给执行器（电动机），电动机根据传来的开门信号转动，门（被控对象）被打开，控制器保持开门信号延时设定的时间后，自动发出关门信号，电动机反转，门重新关闭

5、。与人类比，传感器相当于眼睛，判断有没有人要通过；控制器相当于人脑，根据眼睛传来的信号下达指令；执行器相当于人手，把门打开。自动门的动作过程n当门口没有人时，门是关着的；当门口没有人时，门是关着的；n当有人来到门口时，门自动打开；当有人来到门口时，门自动打开；n当人离开门口后一段时间，门又自动关闭。当人离开门口后一段时间，门又自动关闭。提问：当人站在门口不动，大门会怎样？提问：当人站在门口不动，大门会怎样？门的开启人工控制框图门的开启人工控制框图大脑大脑手手眼睛眼睛输入输入门门输出输出被控对象被控对象控制装置控制装置自动门的控制过程自动门的控制过程输入输入红外装置检测到红外装置检测到人体热辐射

6、发出人体热辐射发出的信号的信号控制电路控制电路电机电机门门门的开启门的开启或关闭或关闭传感器传感器控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象输出输出控制装置控制装置被控对象被控对象人工控制与自动控制的区别人工控制与自动控制的区别输入：开输入：开/关关眼睛眼睛传感器传感器控制器控制器电机电机大脑大脑手手门门门门人工控制自动控制传感器传感器控制器控制器执行器执行器门门门门被控对象被控对象2 2、水箱水位控制、水箱水位控制以抽水马桶水箱为例典型控制系统案例分析水箱水位控制自动控制水箱水位控制人工控制系统组成：水箱（包括水箱内的水）、进水阀门、人工作过程：当水面低于设定水位时，人打开阀门放水入水箱，人眼

7、监视水面高度；当水面达到设定的水位时，人关闭阀门。人工控制水箱水位框图给定水位给定水位输入输入大脑判断大脑判断手手阀门阀门水箱水箱输出输出实际水位实际水位眼睛眼睛反馈反馈比较环节比较环节水箱水位控制自动控制系统组成：系统组成：水箱（包括水箱里的水）、阀门、连杆机构、浮子（俗称水漂）工作过程：工作过程：1、当水面低于设定水位时，浮子下落，阀门打开，进水；2、浮子监测水面高度，并随着水面升高而浮生；3、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。自动控制水箱水位框图（给定水位）（给定水位）输入输入水位差水位差连杆连杆机构机构水箱水箱输出输出（实际水位）（实际水位）浮子浮子反馈反馈阀

8、门阀门（开度）（开度）水位差水位差信号信号实际水位实际水位即输出量即输出量阀门开度阀门开度控制量控制量n反馈：将输出信息反传给比较环节的做反馈：将输出信息反传给比较环节的做 法，称之为反馈。法，称之为反馈。n负反馈：反馈信息与原信息起相反的作用，负反馈：反馈信息与原信息起相反的作用，使总输入量减小。目标偏离减小。（使总输入量减小。目标偏离减小。（）n正反馈：反馈信息与原信息起相同的作用，正反馈：反馈信息与原信息起相同的作用，使总输入量增大。目标偏离增加。使总输入量增大。目标偏离增加。两种控制方式对比 环环 节节方式方式传感器传感器控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象人工控制人工控制 人眼人

9、眼人脑与手人脑与手 阀门阀门水箱水箱自动控制自动控制 浮子浮子连杆机构连杆机构 阀门阀门水箱水箱两种自动控制的比较传感器传感器输入输入有人否有人否控制器控制器电动机电动机（执行器）（执行器）门门（被控对象）（被控对象）输出输出开开/关关（给定水位）（给定水位）输入输入水位差水位差连杆连杆机构机构水箱水箱输出输出（实际水位）（实际水位）浮子浮子反馈反馈阀门阀门（开度）（开度）开环控制系统：闭环控制系统：开环控制系统的特点开环控制系统的特点（）控制系统的输出量不对系统产生影响；（）控制系统的输出量不对系统产生影响；（）系统的输出量直接受输入量的控制；（）系统的输出量直接受输入量的控制；（）信号（或

10、信息）的传递是单向的，总是从输入（）信号（或信息）的传递是单向的，总是从输入 端单向传至输出端；端单向传至输出端；（4）无反馈环节。）无反馈环节。闭环控制系统的特点闭环控制系统的特点（1）信息路径两条：一条自输入端传至输出端，另）信息路径两条：一条自输入端传至输出端，另一条是输出端信息经反馈环节返回到输入端的比一条是输出端信息经反馈环节返回到输入端的比较环节，形成一个闭合的环路；较环节，形成一个闭合的环路；（2）有检测装置。）有检测装置。有反馈，反馈影响控制。能将控有反馈，反馈影响控制。能将控有反馈，反馈影响控制。能将控有反馈，反馈影响控制。能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据误制的

11、结果反馈回来与希望值进行比较，并根据误制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据误制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据误差及时调整控制作用差及时调整控制作用差及时调整控制作用差及时调整控制作用A.拔动教室电灯开关，灯的亮与不亮与手动有关。拔动教室电灯开关，灯的亮与不亮与手动有关。B.声光感应开关，当有声音时灯亮。声光感应开关，当有声音时灯亮。C.红外感应出水龙头，手靠近水龙头出水，离开则红外感应出水龙头，手靠近水龙头出水，离开则不出水。不出水。D.宾馆自动门，当有人进入，门自动打开。宾馆自动门，当有人进入，门自动打开。E.当手靠近自动烘手机时，机器启动；当手离开时，当手靠近自动烘手机时，机器

12、启动；当手离开时，机器关闭。机器关闭。日常生活中的控制：日常生活中的控制：归纳、抽象以上活动的特征:一个输入信号（如手拔开关）对应着一个输入信号（如手拔开关）对应着一个输出信号（如灯亮或不亮）。一个输出信号（如灯亮或不亮）。控制系统的控制系统的输入输出之间输入输出之间有一定的有一定的对应关系对应关系。一般的控制过程都有一般的控制过程都有一个输入一个输入和和一个输出一个输出。任何一种控制的实现，都要通过若干任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节构成一个系统，我们称个环节，这些环节构成一个系统，我们称之为之为控制系统。控制系统。对于自动控制系统，区别系统是开环控制还是闭环控制的关键就是：系统的设计中是不是运用了反馈调节的控制方式。