控制与设计ppt资料.ppt

《控制与设计ppt资料.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《控制与设计ppt资料.ppt（54页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、控制与设计控制与设计控制的含义控制的含义 u人们按照自己的人们按照自己的意愿或目的意愿或目的，通过，通过一定的手段一定的手段使事物向期望的目标发展，这就是控制。使事物向期望的目标发展，这就是控制。控制的控制的对象对象是什么？是什么？控制要达到什么控制要达到什么目的目的？采取什么控制采取什么控制手段手段？控制的三要素控制的三要素1 1、投飞镖、投飞镖期望值期望值大脑大脑手手飞镖飞镖镖靶镖靶落点落点2 2、骑自行车的控制过程、骑自行车的控制过程睛睛眼眼期望值期望值大脑大脑肢体肢体行驶方向行驶方向自行车自行车把把控制的手段控制的手段 u控制人工干预的情形人工控制自动控制人工控制人工控制控制过程是在人

2、的控制过程是在人的直接干预和直接干预和全程干预全程干预下进行的。下进行的。如如如如人工纺纱人工纺纱、打开普通自来水龙头打开普通自来水龙头、按键打开电灯按键打开电灯、驾驶汽车驾驶汽车等等自动控制自动控制指在指在无人直接参与无人直接参与的情况下，使事物的情况下，使事物 的变化准确地按照期望的方向进行。的变化准确地按照期望的方向进行。如如数控机床数控机床、饮料自动装罐生产线饮料自动装罐生产线、花房恒温花房恒温控制控制、十字路口红绿灯的转换十字路口红绿灯的转换等。等。太太阳阳能能路路灯灯自自动动门门u按照按照执行部件执行部件的不同，控制可分为的不同，控制可分为机械控制机械控制、气气 动控制动控制、液压

3、控制液压控制，电子控制电子控制等。等。机械控制机械控制气动控制气动控制液压控制液压控制电子控制电子控制根据控制的过程与方式根据控制的过程与方式（2）开环控制开环控制（1）闭环控制闭环控制能能将控制结果（即比较量）将控制结果（即比较量）反馈反馈回来与希望值回来与希望值（即基准量）进行比较，并根据他们的误差（即基准量）进行比较，并根据他们的误差及及时调整控制作用时调整控制作用的系统的系统而而不能不能将控制的结果将控制的结果反馈反馈回来，影响控制的作用回来，影响控制的作用的系统的系统常见的开环控制系统常见的开环控制系统n红绿灯定时控制系统、防盗报警控制系统、红绿灯定时控制系统、防盗报警控制系统、火灾

4、自动报警系统、公园的音乐喷泉自动火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统控制系统、红外线自动门控、红外线自动门控制系统、普通制系统、普通电风扇风速控制系统、可调光台灯控制系电风扇风速控制系统、可调光台灯控制系统统等。等。常见的闭环控制系统常见的闭环控制系统n供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的温度自动控制系统、花房温度控制系统、温度自动控制系统、花房温度控制系统、投篮投篮、家用电饭锅保温控制系统、家用电家用电饭锅保温控制系统、家用电冰箱温度控制系统冰箱温度控制系统等。等。控制的应用自古就有，并在近代得到了迅速发展，控制的应用自古就有，并在近代得到了迅速发

5、展，它涉及到社会生活生产的各个领域。它涉及到社会生活生产的各个领域。控制的应用控制的应用 控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。精密制导武器能够对目标进行精确攻击，火箭能将精密制导武器能够对目标进行精确攻击，火箭能将各种卫星准确送入太空轨道，各种卫星准确送入太空轨道，“神州神州”飞船遨游太飞船遨游太空、准确返回地面，嫦娥探月工程等等，控制起着空、准确返回地面，嫦娥探月工程等等，控制起着重要的作用。重要的作用。有人说“开环控制系统都是人工控制系统”，自动控制系统都是闭环控制系统你认为这一说法是否正确，试举例说明。自动门、声控灯、声控门。开环控制系统开环控

6、制系统 被控对象被控对象执行器执行器控制器控制器输入量输入量控制量控制量输出量输出量控制电路红外装置红外装置是否检测是否检测到人体的到人体的热辐射发热辐射发出的信号出的信号门的开启门的开启或关闭或关闭电机自动门转速转速控制系统的控制系统的输出量不对系统的控制产生任何输出量不对系统的控制产生任何影响影响，这种控制系统称为开环控制系统。，这种控制系统称为开环控制系统。开环控制系统的基本组成和工作过程开环控制系统的基本组成和工作过程任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节就构任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节就构成了一个系统，称为成了一个系统，称为控制系统控制系统控制系统控制系

7、统。（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，这种控制称为响，这种控制称为开环控制系统。开环控制系统。开环控制系统。开环控制系统。（2 2）特征：系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量特征：系统的输出量仅受输入量控制，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。单向传递。单向传递。（3）开环控制系统的方框图）开环控制系统的方框图被控对象被控对象执行器执行器控制器控制器输入量输入量控制量控制量输出量输出量控制系统控制系统的给定量的给定量对输入信号进对输入信号进行处理并发出行处理并发出控制命令的装控制命令的装置或元件置

8、或元件直接对被控对直接对被控对象进行控制的象进行控制的装置或元件装置或元件执行器的执行器的输出信号输出信号控制系统中所要控制系统中所要求控制的装置和求控制的装置和生产过程生产过程控制系统控制系统所要控制所要控制的量的量电机电机控制电路控制电路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自动门自动门门的开启门的开启或关闭或关闭转速转速进水阀门进水阀门定时器定时器设定注水设定注水的时间的时间游泳池游泳池游泳池游泳池的水位的水位水流量水流量小结：流体类控制系统小结：流体类控制系统一般的执行器是阀门，被控对象是容器一般的执行器是阀门，被控对象是容器 小结：机械运动类控制系统小结：机械运

9、动类控制系统一般的执行器是电动机一般的执行器是电动机 设计一个家用窗帘简易控制电路，设计要求天亮时自动开启，天暗时自动关闭。请画出控制系统方框图。天亮天暗光检测控制电路电动机窗帘开启或关闭窗帘转速现要求画出雨天自动关窗系统控制方框图现要求画出雨天自动关窗系统控制方框图是否是否有雨有雨湿度传湿度传感器控感器控制电路制电路电动机电动机窗户窗户开或关开或关转速闭环控制系统闭环控制系统 控制系统的输出量返回到输入端对控制过程产生影响。控制系统的输出量返回到输入端对控制过程产生影响。闭环控制系统闭环控制系统给定量给定量被控量被控量控制量控制量控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象检测装置检测装置闭环控

10、制系统的基本组成和工作过程闭环控制系统的基本组成和工作过程（2 2）特征：）特征：系统的系统的输出端与输入端信号之间存在一个回路输出端与输入端信号之间存在一个回路反馈回路。反馈回路。（1 1）定义：）定义：系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为响的控制系统称为闭环控制系统。闭环控制系统。（3）简单闭环控制系统的方框图）简单闭环控制系统的方框图被控被控对象对象执行器执行器控制器控制器控制量控制量检测装置检测装置比较器比较器-+给定量给定量被被控量控量室内空气室内空气 控制量控制量 设定设定温度温度温度温度控制器控制器室内室内温度温度压

11、缩机压缩机温度检测装置温度检测装置比较器比较器+-空调机空调机 冷气冷气或热气或热气1 1、投飞镖、投飞镖期望值期望值大脑大脑手手飞镖飞镖镖靶镖靶落点落点2 2、骑自行车的控制过程、骑自行车的控制过程睛睛眼眼期望值期望值大脑大脑肢体肢体行驶方向行驶方向自行车自行车把把命令发出者是：命令执行者是：执行的作用对象是：反馈环节是：1.“投掷飞镖投掷飞镖”过程的主要环节过程的主要环节大 脑飞 镖无肢 体（上臂和手）命令发出者是：命令执行者是：执行的作用对象是：反馈环节是：大 脑肢 体（上臂和手）自行车把（转向子系统）眼 睛2.“骑自行车骑自行车”过程的主要环节过程的主要环节描述性语言描述性语言概概 念

12、念具体描述具体描述命令发出者命令发出者命令执行者命令执行者执行者作用对象执行者作用对象信息的反馈与作用信息的反馈与作用期望值、目标值期望值、目标值对控制对象所产对控制对象所产生作用大小生作用大小被控实际目标量被控实际目标量给定量执行器被控对象反馈环节被控量 控制量（输入、输出）控制器大 脑肢 体飞镖、自行车眼 睛描述的语言、概念、具体描述的区别与联系描述的语言、概念、具体描述的区别与联系肢体作用于飞镖、控制肢体作用于飞镖、控制自行车的方向的量自行车的方向的量飞镖落点，自行车走的路线飞镖落点，自行车走的路线靶心靶心、要走的路线、要走的路线大脑大脑肢体肢体飞镖飞镖期望值期望值落点落点控制器控制器执

13、行器执行器 被控对象被控对象“投掷飞镖投掷飞镖”过程的描过程的描述述给定量给定量被控量被控量控制量控制量“骑自行车骑自行车”过程的描述过程的描述给定量给定量被控量被控量控制量控制量眼睛眼睛控制器控制器执行器执行器 被控对象被控对象反馈环节反馈环节大脑大脑肢体肢体自行车自行车期望值期望值走的方向走的方向比较器比较器框图表示框图表示控制器控制器执行器执行器被控被控对象对象给定值给定值给定值给定值被控量被控量被控量被控量控制量控制量控制量控制量1 1、开环、开环2 2、闭环、闭环反馈环节反馈环节控制器控制器执行器执行器被控被控对象对象给定值给定值给定值给定值被控量被控量被控量被控量控制量控制量控制量

14、控制量比较器比较器比较器比较器练习：练习：用方框图将下面的几个控用方框图将下面的几个控制系统表示出来。制系统表示出来。1 1、供水水、供水水箱的水位自箱的水位自动控制系统动控制系统浮球浮球控制器控制器阀门阀门水箱水箱预设预设预设预设水位水位水位水位进水量进水量进水量进水量比较器比较器比较器比较器水位水位水位水位浮子2 2、人工、人工调节液面调节液面眼睛眼睛大脑大脑手、手、阀门阀门容器容器给定值给定值给定值给定值比较器比较器比较器比较器液体输液体输液体输液体输出量出量出量出量液面液面液面液面位置位置位置位置控制系统的框图表示控制系统的框图表示控制器控制器执行器执行器被控被控对象对象给定值给定值给

15、定值给定值被控量被控量被控量被控量控制量控制量控制量控制量1 1、开环、开环2 2、闭环、闭环反馈环节反馈环节控制器控制器执行器执行器被控被控对象对象给定值给定值给定值给定值被控量被控量被控量被控量控制量控制量控制量控制量比较器比较器比较器比较器1、下列控制系统中，属于开环控制系统的是（）A、电冰箱的温度控制 B、计算机的CPU上的风扇的转速控制C、现代化农业温室的温度控制 D、红绿灯定时控制系统2、下面控制系统中，属于闭环控制的有（）A、电风扇机械定时开关控制系统 B、电子门铃控制系统C、电磁炉温度自动控制系统 D、自行车制动系统随堂检测随堂检测CD3.闭环控制系统由下列各个环节组成（）控制

16、器 执行器 被控对象 检测装置A、B、C、D、4、控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入进行比较的过程，称为（）A、反馈 B、干扰 C、控制 D、闭环控制5、闭环控制系统中反馈的作用是（）A、消除干扰因素 B、实现自动控制 C、减少输入量的偏差 D、减少输出量的偏差CAD加热炉温度加热炉温度自动控制自动控制控制器控制器加热器加热器加热加热炉炉给定温度给定温度热电热电偶偶炉内温度炉内温度电流电流电冰箱的温度控制系统电冰箱的温度控制系统控制控制电路电路电机电机-压压缩器组缩器组电冰箱电冰箱制冷量制冷量制冷量制冷量箱箱箱箱内内内内温温温温度度度度预预置置温温度度 检测装置检测装置

17、（热敏电阻）（热敏电阻）空调器温度控制系统方框图：空调器温度控制系统方框图：设设 定定 的的温度温度控制电路控制电路制冷装置制冷装置空调房空调房房房 内内实实 际际温度温度空调测温装置空调测温装置制冷量制冷量比较器比较器n控制器是控制电路或控制温控控制器是控制电路或控制温控装置装置n执行器是制冷或制热装置执行器是制冷或制热装置n控制对象是控制对象是“容器容器”n检测器是检测温度改变的装置检测器是检测温度改变的装置总结：温度控制型控制系统特点总结：温度控制型控制系统特点 控制系统控制系统中，中，除输入量（给定值）以外，引除输入量（给定值）以外，引起被控量变化起被控量变化的各种因素称为干扰因素。的

18、各种因素称为干扰因素。干扰因素干扰因素设定的设定的飞行航道飞行航道飞机飞机手机信号手机信号实际的实际的飞行航道飞行航道干干扰扰因因素素的的产产生生原原因因环境环境人为人为影响自行车行驶速度变化的风影响自行车行驶速度变化的风影响船只行驶的风浪影响船只行驶的风浪手机信号手机信号干干扰扰因因素素的的处处理理利用利用克服克服n削弱干扰削弱干扰n消除干扰消除干扰n提高控制系统提高控制系统的性能（的性能（利用反馈利用反馈）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因素干扰因素+检测装置检测装置-控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到

19、输入端并与输入量进行比较的过程，就是到输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈反馈。投掷飞镖投掷飞镖检测装置（眼睛）大脑手飞镖靶心位置靶心位置靶心位置靶心位置飞镖实际飞镖实际飞镖实际飞镖实际投掷位置投掷位置投掷位置投掷位置控制器控制器阀门阀门水箱水箱给定水位给定水位浮球浮球实际水位实际水位干扰干扰干扰干扰1 1、影响水位控制的干扰、影响水位控制的干扰 因素有哪些？因素有哪些？2 2、浮球起什么作用？、浮球起什么作用？u闭环控制系统与开环控制系统的比较闭环控制系统与开环控制系统的比较开环控制系统开环控制系统闭环控制系统闭环控制系统有无反馈有无反馈无无有有能否自动调能否自动调整和补偿整和补偿不能不

20、能能能控制精度控制精度比较低比较低高高结构结构简单简单相对复杂相对复杂适用场合适用场合控制精度要求不高而控制精度要求不高而系统本身的元件又比系统本身的元件又比较稳定的场合较稳定的场合要求高精度和要求高精度和高可靠性的场高可靠性的场合合功能模拟方法和黑箱方法功能模拟方法和黑箱方法 u功能模拟方法：功能模拟方法：以以功能功能和和行为行为的相似性为基的相似性为基础，用础，用“模型模型”模拟模拟“原型原型”的功能和行为的方的功能和行为的方法。法。u黑箱方法：黑箱方法：通过对系统通过对系统输入输入与与输出输出关系的关系的研究，进而得出系统的内部结构及其功能方法研究，进而得出系统的内部结构及其功能方法。西

21、瓜西瓜看、听、拍看、听、拍生或熟生或熟控制控制系统系统输入输入输出输出黑箱黑箱判断生熟鸡蛋中医控制系统设计的一般思路控制系统设计的一般思路实施控制系统所需的实施控制系统所需的设备、元件等设备、元件等系统的成本分析系统的成本分析控制系统的调试、控制系统的调试、运行和评价运行和评价控制系统的方控制系统的方案选择案选择分析被控对象的分析被控对象的主要特征主要特征确定被控量、确定被控量、控制量控制量分析主要的分析主要的干扰因素干扰因素控制系统控制系统的设计的设计明确控制的目明确控制的目的、对象的、对象设计一个控制系统，是选择开环控制还是闭环控制，应根设计一个控制系统，是选择开环控制还是闭环控制，应根据

22、对控制精度的要求以及条件的可行性而定。据对控制精度的要求以及条件的可行性而定。在控制系统设计过程中，被控对象的特性往往难以直接得在控制系统设计过程中，被控对象的特性往往难以直接得到，通常是通过了解被控对象的输入与输出之间的关系来分析它到，通常是通过了解被控对象的输入与输出之间的关系来分析它的基本特性，从而确定控制器的运算方式的基本特性，从而确定控制器的运算方式(暗箱方法暗箱方法)。一个控制系统中可能存在若干个干扰因素，需要分析主次，一个控制系统中可能存在若干个干扰因素，需要分析主次，找出对系统影响最大的干扰因素。找出对系统影响最大的干扰因素。被控量与控制量的确定是控制方案的关键，对于简单控制被

23、控量与控制量的确定是控制方案的关键，对于简单控制系统，需要控制的量往往被确定为被控量，控制量应选择可控的、系统，需要控制的量往往被确定为被控量，控制量应选择可控的、对抑制干扰因素和保持系统稳定又明显作用的量。对抑制干扰因素和保持系统稳定又明显作用的量。执行器、检测器的选择：一是要根据被控量和控制量的需执行器、检测器的选择：一是要根据被控量和控制量的需求，二是要根据控制的条件进行。求，二是要根据控制的条件进行。（2）开环控制系统的设计）开环控制系统的设计明确设计要求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可考明确设计要求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可考虑具体控制系统的方案。虑具体控制系统的方

24、案。声控灯的优点有哪些？声控灯的优点有哪些？如果声控灯的附近并没有来人，而如果声控灯的附近并没有来人，而出现意外的声响，如楼上或隔壁有人高声说话或以动作发出声响，出现意外的声响，如楼上或隔壁有人高声说话或以动作发出声响，灵敏度高的声控灯也会应声而亮。为避免这种情况你有什么好办灵敏度高的声控灯也会应声而亮。为避免这种情况你有什么好办法？法？画出声控灯的系统框图。画出声控灯的系统框图。如图是声控灯系统组成示意图，根据你的理解和认识回答如图是声控灯系统组成示意图，根据你的理解和认识回答下列问题：下列问题：答案提示：答案提示：关键词：方便、节电关键词：方便、节电。把传感器的灵敏度调小一点。把传感器的灵

25、敏度调小一点。：（3）闭环控制系统的设计）闭环控制系统的设计闭环控制系统的基本要求：闭环控制系统的基本要求：闭环控制系统的基本要求：闭环控制系统的基本要求：闭环控制系统必须是稳定的；闭环控制系统必须是稳定的；系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内；系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内；要有较好的抗干扰性能。要有较好的抗干扰性能。例：抽水马桶水箱的自动控制系统设计：例：抽水马桶水箱的自动控制系统设计：A A 设计分析：被控对象是抽水马桶的水箱，被控量是抽水马桶水设计分析：被控对象是抽水马桶的水箱，被控量是抽水马桶水箱水位的高度，控制量是进水管的水流量（进水量）水箱水位的箱水位的

26、高度，控制量是进水管的水流量（进水量）水箱水位的高度与进水量之间呈线性关系。高度与进水量之间呈线性关系。B B 控制过程：拨动冲水旋钮，使出水阀打开，水箱冲水。与此同控制过程：拨动冲水旋钮，使出水阀打开，水箱冲水。与此同时，进水阀打开，水箱进水，直到指定水位时，进水阀关闭。时，进水阀打开，水箱进水，直到指定水位时，进水阀关闭。C C 方框图：方框图：李明李明制作了制作了方便小方便小动物喝水的自物喝水的自动加加水器，水器，结构如构如图。工作工作过过程程是是当水当水龙头龙头打打开，水就流入碗内，碗内的水位逐开，水就流入碗内，碗内的水位逐渐渐升高，升高，浸没到塑料管管口浸没到塑料管管口时时，没有空气

27、，没有空气进进入密封入密封的的铁铁桶，水桶，水龙头龙头停止出水；当碗内水位降停止出水；当碗内水位降低至塑料管管口以下，空气从塑料管低至塑料管管口以下，空气从塑料管进进入入铁铁桶内，水又流出来，使碗内桶内，水又流出来，使碗内实际实际水位控水位控制在管口位置。制在管口位置。试试分析其控制分析其控制过过程，完成程，完成下列下列问题问题：（1 1）该该控制系控制系统统是开是开环环控制系控制系统还统还是是闭环闭环控制系控制系统统？（2 2）请请填写完成控制系填写完成控制系统统方框方框图图中所缺部分。中所缺部分。（3）假）假设设原来搪瓷碗内的水位控制在原来搪瓷碗内的水位控制在5厘米，厘米，现现在需要把碗内

28、水在需要把碗内水位控制在位控制在8厘米，厘米，请问请问可以采取什么方法？可以采取什么方法？铁桶铁桶圆木塞圆木塞铁桶铁桶硬塑料管硬塑料管搪瓷碗搪瓷碗水龙头水龙头5cm闭环控制系统闭环控制系统水龙头水龙头实际水位实际水位 硬塑料管截断或上升硬塑料管截断或上升3 3厘厘米；铁桶抬高米；铁桶抬高3 3厘米；搪瓷厘米；搪瓷碗位置下降碗位置下降3 3厘米等厘米等 1 1、开环控制系统的设计、开环控制系统的设计例：普通电风扇控制系统的设计例：普通电风扇控制系统的设计被控对象被控对象电风扇；电风扇；被控量被控量电风扇输出的风速；电风扇输出的风速；控制量控制量电机的转速；电机的转速；定时器定时器电机电机电风扇电

29、风扇设定时间设定时间设定时间设定时间风速风速风速风速转速转速转速转速n闭环控制系统的基本要求：闭环控制系统的基本要求：1 1，闭环控制系统必须是稳定的；，闭环控制系统必须是稳定的；2 2，系统的输出量与给定值之差应控制，系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内；在允许的范围之内；3 3，要有较好的抗干扰性能；，要有较好的抗干扰性能；2 2、闭环控制系统的设计、闭环控制系统的设计n例：例：抽水马桶水箱抽水马桶水箱的自动控制系统的设的自动控制系统的设计计2 2、闭环控制系统的设计、闭环控制系统的设计杠杆比较杠杆比较进水阀门进水阀门水箱水箱预设预设预设预设水位水位水位水位进水量进水量进水量进水量水位水位水位水位浮球浮球一、明确设计目的二、确定设计方案三、选择实现方法四、完成设计五、评估简单控制系统的设计过程：简单控制系统的设计过程：