控制系统的基本组成sunzhiguang资料.pptx

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1、回顾复习1.控制的含义2.控制的分类第1页/共76页学习目标学习目标1.1.理解控制系统的概念和组成；理解控制系统的概念和组成；2.2.熟悉简单控制系统的工作过程；熟悉简单控制系统的工作过程；3.3.分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程。分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程。第二节第二节 开环控制系统开环控制系统第2页/共76页1、控制系统：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控制系统。2、组成：传感器、控制器、执行器、被控对象。什么是控制系统？控制系统一般都有控制系统一般都有“输入环节输入环节”+“+“控制环控制环节

2、节”+“+“执行环节执行环节”“”“输出环节输出环节”。第3页/共76页第4页/共76页第5页/共76页 自行车传动控制系统:脚踩的力(输入)脚蹬、曲柄、链轮、中轴、链条、飞轮自行车行驶的速度（输出）画出控制系统方框图：第6页/共76页第7页/共76页电风扇风速的档位（输入）电机、扇叶风速（输出）电风扇的风速控制系统第8页/共76页控制系统输入量控制系统输出量 归纳共同点，并尝试使用方框图来表示上述控制系统控制系统的输入与输出之间有一定的对应关系。第9页/共76页马上行动 是否属于控制系统输入输出控制系统的组成普通电灯亮度可调灯楼道里的自动声控灯是是是接通电源的电信号接通电源的电信号接通电源的

3、电信号电灯的照明亮度电灯的照明亮度电灯的照明亮度开关、灯泡、灯座、导线、电源可调电阻开关、灯泡、灯座、导线、电源声传感器开关、灯泡、灯座、导线、电源第10页/共76页游戏：画鼻子要求：选手闭上眼睛，试着给图片画上鼻子。第11页/共76页开环系统闭环反馈系统第12页/共76页控制系统的分类控制系统开环控制系统（open loop control system）闭环控制系统（closed loop control system）第13页/共76页人的反馈控制系统第14页/共76页2、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单向传递。1 1、定义：控制系统的输出量不对系统的控制产

4、生任何影响。如：自动声光控灯，自动门、自动烘手机、定时红绿灯等。3、开环控制的一般系统框图传感器控制器执行器被控对象输出输入开环控制系统第15页/共76页思考：厕所节水器工作原理厕所节水器由红外线热敏探测器、微电脑程控器、低压直流电磁阀组成，它的工作原理是通过红外线人体感应来完成工作的，当有人在探测器前活动，探测器立即红色灯光闪烁，表示已经感应到人，同时探测器将感应信号传送给微电脑程控器，由控制器控制电磁阀打开放水，注水时间可以自由调节。来人放水，无人停水，特别适用于学校、机关、商场、工厂等单位的沟槽式厕所，节水效率高，安全省电。人体红外线感应100%识别，可以识别不同颜色、不同材质的物体（衣

5、物），漏冲率为零。第16页/共76页红外线探测器 在红外线探测器中，热电元件检测人体的存在或移动，并把热电元件的输出信号转换成电压信号。然后，对电压信号进行波形分析。第17页/共76页红外线探测器这种探测器是以探测人体辐射为目标的。所以辐射敏感元件对波长为10m左右的红外辐射必须非常敏感。为了对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。第18页/共76页开环控制系统方框开环控制系统方框图图控制器执行器被控对象输入量输出量控制量所要求控制的装置直接对被控对象进行控制的装置执行器的输出信号对输入信号进行处理并发出控制命令的装置输入信号输出信号.

6、第19页/共76页开环系统的重要说明开环系统的重要说明 1.1.1.1.输出量输出量输出量输出量控制量，输出量控制量，输出量控制量，输出量控制量，输出量=被控量；被控量；被控量；被控量；2.2.2.2.设定量设定量设定量设定量=输入量；输入量；输入量；输入量；3.3.3.3.控制量：控制量：控制量：控制量：一般是影响被控量变化的因素；4.4.4.4.控制器：控制器：控制器：控制器：具有决策能力的装置，至少是一个“二选一”的判断装置(如果不能回答，则此部分写控制器)；5.5.5.5.控制对象：控制对象：控制对象：控制对象：取决于控制目标，往往是实际空间物；6.6.6.6.执行器：执行器：执行器：

7、执行器：实施控制决策的装置（输入是信息，输出往往是实际一个动作或物理量，如门转动角度）；第20页/共76页第21页/共76页希罗的自动门 公元1世纪，希腊人希罗建造的自动打开庙门的装置是最早利用气压和液压为动力的自动门。第22页/共76页自动门的动作过程是：当门口没有人时，门是关着的；当有人来到门口时，门打开；当人离开门口后一段时间，门又关闭。自动门的功能和技术要求有：功能：（1）无人时，常关；（2）有人时，开门。第23页/共76页技术要求：（1）当人距门1m时，门即打开。（2）门打开后，延时10s后关门。系统组成：门、电动机、控制器、传感器。第24页/共76页工作过程（1）当有人到达门前某一

8、距离时，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（这里的电动机叫做执行器，也称为驱动器）；（3）电动机根据传来的开门信号转动，门被打开（这里的门叫做被控制对象，也称为控制对象，简称对象）（4）控制器保持开门信号延迟后，自动发出关门信号，电动机反转，门重新关闭。系统组成与工作过程如图：第25页/共76页对“自动门”的扩展探究三例：自动门前跑过一条狗，自动门会不会打开？门的重量不同，对系统的哪个部分有不同的要求？自动门前开过一辆汽车，自动门会不会打开？当人一直站在门口时，自动门会怎样动作？为什么？第26页/共76页微波传感器微波传感器自动门传感器分

9、为微波传感器和红外传感器。微波感应器是基于一独特的微波传输技术，其超薄的天线能实现多种频谱。微波传感器应用Doppler雷达定理传送低功率微波并接收物体反射回的能量。若物体的运动被自动门传感器检测到，其反射微波频率与传送频率产生偏移，从而在输出端产生一低频电压。第27页/共76页多普勒原理 多普勒雷达就是利用多普勒效应进行定位，测速，测距等工作的雷达。所谓多普勒效应就是，当声音，光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的，所以称之为多普勒效应。由多普勒效应所形成的频率变化叫做多普勒频移，它与

10、相对速度V成正比，与振动的频率成反比。第28页/共76页微波传感器微波传感器微波雷达是对物体的位移反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动后，雷达便不再反应，自动门就会关闭，对门机有一定的保护作用；第29页/共76页红外感应器红外感应器红外感应器原理说的是，一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。人体发射的10UM左右的红外线通过菲尼尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温

11、度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，电后续电路经检验处理后即可产生报警信号。第30页/共76页红外感应器红外感应器红外传感器对物体存在进行反应，不管人员移动与否，只要处于传感器的扫描范围内，它都会反应即传出触点信号。缺点是红外传感器的反应速度较慢，适用于有行动迟缓的人员出入的场所。另外，如果自动门接受触点信号时间过长，控制器会认为信号输入系统出现障碍。而且自动平移门如果保持开启时间过长，也会对电气部件产生损害。由于微波雷达和红外传感器并不了解接近自动门的人是否真要进门，所以有些场合更愿意使用按键开关。第31页/共76页对对“自动门自动门”的扩展探究：的扩展探究：如何将自动门装置改为汽车

12、车库中的自动门？第32页/共76页控制器执行器被控对象输入量输出量控制量控制电路电机自动门人体热辐射红外传感器开或关转动第33页/共76页开环控制系统的特点：开环控制系统的特点：1 1、系统的、系统的输出量输出量直接受直接受输入量输入量的控制；的控制；2 2、信号（或信息）的传递是、信号（或信息）的传递是单向单向的，总是从输入端单向传至输出端。的，总是从输入端单向传至输出端。第34页/共76页例:电子门铃的开环电子控制系统第35页/共76页 用手按动按钮开关,输入一个触发信号 音乐集成电路经过触发后工作,产生一组载有“音乐”的电信号.扬声器将电信号转变为音乐声.输出的音乐声的变化对系统的控制状

13、态并不产生影响,即不存在反馈.输入:控制(处理):):输出:特点:第36页/共76页思考：生活中还有哪些开环控制系统？自动烘手机；红外线感应出水龙头；银行自动门等;例：投飞镖的控制过程：第37页/共76页例：可调光台灯的控制中（不包括人），请指出控制器、执行器、控制量、被控对象、被控量分别是什么？调光电路控制器：执行器：控制量：被控对象：被控量：可变电阻可变电阻旋钮的旋转角度台灯（主要是旋钮）台灯的亮度第38页/共76页1 1、开环控制系统的、开环控制系统的含义含义；2 2、开环控制系统的、开环控制系统的基本组成、工作过程基本组成、工作过程和方框图和方框图。第39页/共76页1 1、生活中还有

14、哪些开环控制系统？、生活中还有哪些开环控制系统？2 2、这些开环控制系统给人们的生活生产带、这些开环控制系统给人们的生活生产带来什么方便？来什么方便？第40页/共76页第41页/共76页兰州黄河音乐喷泉兰州黄河音乐喷泉第42页/共76页第43页/共76页防盗报警器防盗报警器火灾自动报警系统火灾自动报警系统第44页/共76页自自动动感感应应水水龙龙头头第45页/共76页第46页/共76页声控灯控制器执行器被控对象输入量输出量第47页/共76页课堂补充古代计时工具探究第48页/共76页圭表圭表是我国最古老的一种计时器，古代典籍周礼中就有关于使用土圭的记载，可见圭表的历史相当久远。圭表是利用太阳射影

15、的长短来判断时间的。它由两部分组成，一是直立于平地上的测日影的标杆或石柱，叫做表；一为正南正北方向平放的测定表影长度的刻板，叫做圭。既然日影可以用长度单位计量，那么光阴之“阴”，及时间的长短，用“分”、“寸”表达就顺理成章了。第49页/共76页日晷日晷是以太阳影子移动，对应于晷面上的刻度来计时。日晷也是通过观测日影计时的仪器，主要是根据日影的位置以确定当时的时辰或刻数。从出土文物来看，汉以前已使用日晷，在机械钟表传入中国之前，日晷一直是通常使用的计时器。日晷的主要部件是由一根晷针和刻有刻线的晷面组成，随着太阳在天空运行，晷针的投影像钟表的指针一样在晷面上移动，就可以指示时辰。第50页/共76页

16、第51页/共76页第52页/共76页苏苏轼轼：“缺缺月月挂挂疏疏桐桐，漏漏断断人人初初静静。”第53页/共76页第54页/共76页1、夜半时刻，在十字路口，没有行人，汽车却仍然要等待？怎么办？2、游泳池注水或楼顶水箱注水，时间到了可是有时水满了，有时却未满，怎么办？二、闭环控制系统第55页/共76页自动饮水鸟第56页/共76页自动喂水模型第57页/共76页下图是一个典型的闭环控制系统 水箱水位的闭环控制系统注入水流量进水阀门浮子水箱杆杠实际水位给定水位注入水流量控制方框图：P108第58页/共76页传感器传感器 控制器控制器 执行器执行器对象对象人工人工控制控制人眼人脑和手进水阀门水箱自动自动

17、控制控制浮子连杆机构进水阀门水箱水箱水位两种控制方式比较环节方式第59页/共76页水箱注水控制系统方框图：简单闭环控制系统的方框图：被控对象执行器控制器给定量控制量被控量检测装置比较器-+水箱进水阀门连杆给定水位开度水箱的水位（输出）浮子比较器+-二、闭环控制系统第60页/共76页二、闭环控制系统定义：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闭环控制系统第61页/共76页如何判断开环控制系统与闭环控制系统自动门控制系统框图第62页/共76页如何判断开环控制系统与闭环控制系统开环控制的特点：1、它是单向的控制过程；2、输入量与输出量往往是不同性质的量。闭环控制的特点：1、有反馈

18、；2、会调整；3、“结果”会影响“结果”；4、给定量与被控量是可比较的同一种性质的量。5、输出量到输入量之间的信号形成一个回路传感器的作用不同：开环控制检测的是输入信号，闭环控制检测的是输出信号第63页/共76页这是闭环系统吗？这是闭环系统吗？同学们几乎每天听着扩音机里播放的音同学们几乎每天听着扩音机里播放的音乐做广播体操，但扩音机从未引起大家的注乐做广播体操，但扩音机从未引起大家的注意。学习了上面的内容后，请大家思考：意。学习了上面的内容后，请大家思考：扩音机是一个什么控制系统？扩音机是一个什么控制系统？第64页/共76页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

19、传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括反馈环节与比较环节。三、控制系统的基本组成第65页/共76页四、小结四、小结控控制制系系统统开环开环闭环闭环控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响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单向传递系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响输出量到输入量之间的信号形成一个回路第66页/共76页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、家用缝纫机的缝纫速度控制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

20、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DC第67页/共76页输入量（接通电源）控制器（控制电路）执行器（水泵）被控对象（水管）输出量（水管排出水）控制量（水流量）输入量（开、关）控制器（控制电路）执行器（执行活塞）被控对象（车门）输出量（车 门 的开或关）控制量（压缩空气流向）第68页/共76页控制器（大脑）执行器（手）被控对象（篮球）被控量（篮球位置）给定量（篮圈位置）检测装置（眼睛）控制量（投掷力）比 较器第69页/共76页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、家用缝纫机的

21、缝纫速度控制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DC第70页/共76页3.闭环控制系统由下列各个环节组成（）控制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CAB第71页/共76页王大伯盖了一个能自动调节温度的小型花房，花房的温度冬季一般控制在18左右，夏季一般控制在2

22、5左右。请分析它可能的工作过程（5分），并画出花房温度控制系统的方框图。（5分）提示：该花房温控设备包括控制器、加热元件和制冷元件、检测装置、比较器等。第72页/共76页第73页/共76页随着音乐起伏而变化的音乐喷泉是控制技术的一种具体应用。其工作过程是由“声电转换装置”将起伏的音乐强度转换为随之而变化的电信号，这种电信号驱动电动机带动水泵转动。音乐声信号强，水泵的转速就快，喷头的压力就大，喷出的水柱就高。反之，喷出的水柱就低。音乐信号的强弱与喷泉水柱的高低一一对应。请回答以下问题：（1）音乐喷泉控制系统是开环控制还是闭环控制？（2）该控制系统的输入信号和输出信号分别是什么（3）从控制系统组成的角度，分析“声电转换装置”在控制系统中起什么作用？答案：（答案：（1 1）开环控制系统（）开环控制系统（2 2）音乐的声信号、水柱的高度（）音乐的声信号、水柱的高度（3 3）控制器的控制）控制器的控制作用作用 第74页/共76页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饭煲煮饭电饭煲煮饭第75页/共76页感谢您的观看。第76页/共76页