控制系统的工作过程与方式2016(教育精品).ppt

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1、 控制与设计1控制的手段与应用控制的手段与应用2控制系统的工作过程与方式控制系统的工作过程与方式3闭环控制系统的干扰与反馈闭环控制系统的干扰与反馈4控制系统的设计与实施控制系统的设计与实施复习提问复习提问P101P101练习练习练习练习3 3自行车的制动系统自行车的制动系统由哪些部件构成？由哪些部件构成？刹车柄、刹车连刹车柄、刹车连杆、软钢丝、车闸、杆、软钢丝、车闸、刹车橡皮等。刹车橡皮等。自行车的制动控制系统由上述多个部件自行车的制动控制系统由上述多个部件构成，通过各部件的有机组合，达到制动目构成，通过各部件的有机组合，达到制动目的。那么什么是控制系统呢？的。那么什么是控制系统呢？1.控制系

2、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、链脚蹬、曲柄、链轮、中轴、链条、轮、中轴、链条、飞轮等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）电风扇风电风扇风速的档位速的档位电电 机机 扇扇 叶叶 风风 速速输输入入输输出出电风扇的风速控制电风扇的风速控制一、控制系统一、控制系统任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节所涉及的装置就构成了一个系

3、统，称为控制系统。节所涉及的装置就构成了一个系统，称为控制系统。控制建立的是输入与输出之间的控制建立的是输入与输出之间的对应对应关系。关系。输出对应的是控制的目标，输出对应的是控制的目标，输入与中间环节都是控制的手段输入与中间环节都是控制的手段 请指出下列控制系统中的输请指出下列控制系统中的输 入、输出分别是什么？入、输出分别是什么？控制系统控制系统输入输入输出输出电饭煲电饭煲电饭煲电饭煲电动脱粒机电动脱粒机电动脱粒机电动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接通电源的电信号接通电源的电信号接通电源的电信号接通电源的电信号锅内的温度锅内的温度脱粒的量脱粒的量人手

4、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马上行动马上行动（P102)P102)接通电源的电信号接通电源的电信号接通电源的电信号接通电源的电信号游泳池注水控制系统：游泳池注水控制系统：设定设定设定设定注注注注入时间入时间入时间入时间定时器游泳池游泳池游泳池游泳池的水位的水位的水位的水位（输入）（输入）（输出）（输出）进水阀游泳池水流量水流量水流量水流量如果进水管的进水量是均如果进水管的进水量是均匀的，游泳池中的水位高度与匀的，游泳池中的水位高度与进水的时间是一一对应的。我进水的时间是一一对应的。我们可以在注水口处装一个定时们可

5、以在注水口处装一个定时器，通过定时器来控制注水的器，通过定时器来控制注水的水位。水位。2.开环控制系统开环控制系统案例分析案例分析（P103P103P103P103）：自动门的控制系统：自动门的控制系统控制电路红外装置检红外装置检测人体热辐测人体热辐射发出信号射发出信号启动开门启动开门或关门或关门电动机自动门转动转动输入输出案例分析案例分析：水泵抽水控制系统水泵抽水控制系统 以前，农民种植庄稼，遇到干旱天气，给以前，农民种植庄稼，遇到干旱天气，给农田灌溉是件困难的事，有些地方只能农田灌溉是件困难的事，有些地方只能“靠靠天吃饭天吃饭”。现在，通过引水工程，采用水泵。现在，通过引水工程，采用水泵抽

6、水进行灌溉，解决了农田灌溉的难题，告抽水进行灌溉，解决了农田灌溉的难题，告别了别了“靠天吃饭靠天吃饭”的历史。的历史。接接接接通通通通电电电电源源源源电电机机水水泵泵水流量水流量水流量水流量水水管管水水水水管管管管排排排排水水水水其控制系统的工作过程如下图所示：其控制系统的工作过程如下图所示：通过上述两个案例可以看出，输入通过上述两个案例可以看出，输入量量决定决定输出量，但控制系统的输出量不输出量，但控制系统的输出量不对系统的控制对系统的控制产生任何影响产生任何影响，这就是开，这就是开环控制系统。环控制系统。对于开环控制系统，用方框图描述如下：对于开环控制系统，用方框图描述如下：输输入入量量控

7、控制制器器执执行行器器控制量控制量被被控控对对象象输输出出量量2.开环控制系统开环控制系统自动门自动门自动门的控制系统自动门的控制系统控制电路控制电路电机电机转动转动转动转动红外装置红外装置红外装置红外装置 检检检检测到人体热测到人体热测到人体热测到人体热辐射发出的辐射发出的辐射发出的辐射发出的信号信号信号信号门开门开门开门开/关关关关控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象被控量被控量控制量控制量输出量输出量输入量输入量输输 入入 量：量：使系统具有预定功能的量即使系统具有预定功能的量即给定量给定量 控控 制制 器：器：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或对输入信号进行处理并发出控制命令

8、的装置或 元件元件执执 行行 器：器：直接对被控对象进行控制的装置或元件直接对被控对象进行控制的装置或元件控控 制制 量：量：执行器的输出信号，如流过阀门水量。执行器的输出信号，如流过阀门水量。被控对象：被控对象：需要控制的装置或生产过程需要控制的装置或生产过程 输输 出出 量：量：需要进行控制的量需要进行控制的量，也是控制系统的输出信号，也是控制系统的输出信号大型音乐喷泉大型音乐喷泉输入量输入量输入量输入量（音乐信号）（音乐信号）控制器控制器控制器控制器（声控装置）执行器执行器执行器执行器（阀门）被控对象被控对象被控对象被控对象（喷嘴）输出量输出量（喷水与否）（喷水与否）控制量控制量控制量控

9、制量（开、关）（开、关）公共汽车车门的开关控控制：公共汽车车门的开关控控制：公共汽车车门的开关控公共汽车车门的开关控 制是气动控制司机操作开关装置，电流控制制是气动控制司机操作开关装置，电流控制“电磁电磁 阀阀”的启闭，通过电磁阀决定压缩空气的流向，最后的启闭，通过电磁阀决定压缩空气的流向，最后 由压缩空气推动活塞开门或关门。由压缩空气推动活塞开门或关门。1.宾馆、酒店的自动叫醒服务是一宾馆、酒店的自动叫醒服务是一个开环定时控制系统。个开环定时控制系统。画出它的工作过程方框图。画出它的工作过程方框图。探究：探究：P105第题第题若因某原因使该系统计时比每小时快若因某原因使该系统计时比每小时快秒

10、，那么系统能否自动调整？叫醒服秒，那么系统能否自动调整？叫醒服务的时间是否准确？务的时间是否准确？（时间设定）（时间设定）（电话铃声）（电话铃声）不能，不准确！不能，不准确！P105第第题题2.火灾自动报警系统由火灾探测器、现场报火灾自动报警系统由火灾探测器、现场报警部件和报警控制器组成。火灾探测器包警部件和报警控制器组成。火灾探测器包括感烟探测器和感温探测器；现场报警部括感烟探测器和感温探测器；现场报警部件包括警铃、讯响器、报警门灯等；报警件包括警铃、讯响器、报警门灯等；报警控制器按显示方式的不同可分为数码显示控制器按显示方式的不同可分为数码显示和液晶汉显两种不同的类型。和液晶汉显两种不同的

11、类型。探究：探究：感烟探感烟探测器测器报警控报警控制器制器报警报警部件部件烟雾烟雾烟雾烟雾信号信号信号信号报警报警报警报警信号信号信号信号控制量控制量控制量控制量（电流）（电流）（电流）（电流）睁开眼睛画睁开眼睛画闭闭上眼睛画上眼睛画小游戏小游戏思考：闭上眼睛画与睁开眼睛画的区别在哪里？为什么？思考：闭上眼睛画与睁开眼睛画的区别在哪里？为什么？1 1、闭着眼睛画：、闭着眼睛画：人脑控制手画表情：人脑人脑控制手画表情：人脑人脑控制手画表情：人脑人脑控制手画表情：人脑手手手手画画画画表情表情表情表情控制过程中，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，

12、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（修正、调节。是个单程的控制流向（修正、调节。是个单程的控制流向（修正、调节。是个单程的控制流向（单向单向单向单向）。这种）。这种）。这种）。这种控制，称为开环控制。控制，称为开环控制。控制，称为开环控制。控制，称为开环控制。分析原因：分析原因：人脑人脑人脑人脑手手手手画表情画表情画表情画表情|2 2、睁着眼睛画：、睁着眼睛画：|眼睛眼睛眼睛眼睛|人脑控制手画表情，在此过程中，眼睛可以把手的人脑控制手画表情，在此过程中，眼睛可以把手的人脑控制手画表情，在此过程中，眼睛可以把手的人脑控制手画

13、表情，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，控制流向形成了以把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了以把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了以把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了闭合回闭合回闭合回闭合回路路路路。这种控制称为闭环控制。这种控制

14、称为闭环控制。这种控制称为闭环控制。这种控制称为闭环控制。3.闭环控制系统闭环控制系统1 1、什么是闭环控制系统？、什么是闭环控制系统？能对输出结果进行检测，能对输出结果进行检测，并将检测信号并将检测信号反馈反馈到控制处理到控制处理部分，从而对系统的控制产生部分，从而对系统的控制产生影响。影响。在开环控制方式下，如果进水变小了，游泳池中的水就没在开环控制方式下，如果进水变小了，游泳池中的水就没有加够。如果进水变大了，游泳池中的水就会满出，造成水源有加够。如果进水变大了，游泳池中的水就会满出，造成水源浪费。浪费。在游泳池中增加一个检测水位的装置，根据检测的数据与在游泳池中增加一个检测水位的装置，

15、根据检测的数据与给定的数据进行比较，当实际水位低，继续进水，否则，关闭给定的数据进行比较，当实际水位低，继续进水，否则，关闭进水阀。进水阀。游泳池注水控制系统：游泳池注水控制系统：（改进后方案）（改进后方案）（改进后方案）（改进后方案）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游游游游泳泳泳泳池池池池检测装置检测装置检测装置检测装置游泳池水位游泳池水位游泳池水位游泳池水位水流量水流量水流量水流量案例分析：案例分析：空调器温度控制系统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，

16、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？它是第一选择。那么，空调器是如何控制温度的呢？它是第一选择。那么，空调器是如何控制温度的呢？它是第一选择。那么，空调器是如何控制温度的呢？它的工作过程又如何呢？的工作过程又如何呢？的工作过程又如何呢？的工作过程又如何呢？如设定温度为如设定温度为2525o oC C，室内温度如果高于，室内温度如果高于2525o oC C，那么空调通过比较，控制电路发出信号促使压缩机进那么空调通过比较，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，控制电路发出信号行工作；当温

17、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，空调温度，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反馈，它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。是闭环控制系统。请根据空调器的工作过程，试画出请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

18、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3.闭环控制系统闭环控制系统闭环控制系统就是把系统的输出量返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控制回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统。系统。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：检测装置检测装置：测量出被控量并返回到系统的输入端测量出被控量并返回到系统的输入端 比比 较较 器器：它将

19、给定量与所检测的被控量进行比较，它将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值；求出偏差值；控控 制制 器器：将这一偏差值进行运算处理，并向执行器将这一偏差值进行运算处理，并向执行器 下达控制指令；下达控制指令；执执 行行 器器：根据指令对被控对象进行控制，从而使被控根据指令对被控对象进行控制，从而使被控 量稳定在一定范围内。量稳定在一定范围内。闭环控制各环节的功能闭环控制各环节的功能马上行动：马上行动：P106P106 判断下列控制系统是否属于判断下列控制系统是否属于判断下列控制系统是否属于判断下列控制系统是否属于闭环控制系统，画出方框图。闭环控制系统，画出方框图。闭环控制系统，画出方框图。

20、闭环控制系统，画出方框图。常开常开(断开断开)接点接点声传声传感感控控制制器器输入量输入量灯泡灯泡输出量输出量否否否否是是是是传动装传动装置置缝纫机缝纫机踏板踏板输入量输入量缝纫部缝纫部件件输出量输出量 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压压缩缩缩缩机机机机冷冷冷冷藏藏藏藏室室室室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 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电电电电路路路路（时（时（时（时序控序控序控序控制装制装制装制装置）置）置）置）红红红红绿绿绿绿灯

21、灯灯灯检测装置检测装置检测装置检测装置灯亮、灭时灯亮、灭时灯亮、灭时灯亮、灭时序序序序电流电流 传动传动装置装置缝纫机缝纫机踏板踏板输入量输入量缝纫缝纫部件部件输出量输出量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缩压缩压缩压缩机机机机冷冷冷冷藏藏藏藏室室室室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常开常开(断开断开)接点接点声传感声传感控制控制器器输入量输入量灯泡灯泡输出量输出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电电电电路路路路（时序（时序（时序（时序控制装控

22、制装控制装控制装置）置）置）置）红红红红绿绿绿绿灯灯灯灯检测装置检测装置检测装置检测装置灯亮、灭时序灯亮、灭时序灯亮、灭时序灯亮、灭时序电流电流 P P107 107 练习练习重重 锤锤 出汽孔出汽孔 压力锅压力锅 锅内锅内 压力压力 重锤重锤 重力重力 重重 锤锤 出汽出汽 量量 1、家用高压锅家用高压锅安全阀上有一个重锤，它平时压安全阀上有一个重锤，它平时压在高压锅的排气孔上。当高压锅在高压锅的排气孔上。当高压锅内温度升高时，锅内气体的压力内温度升高时，锅内气体的压力增大，超过一定值时，南于锅内增大，超过一定值时，南于锅内气体压力的作用，重锤被顶起气体压力的作用，重锤被顶起蒸汽不停地从排气

23、孔向外冒，使蒸汽不停地从排气孔向外冒，使高压锅内气体的压力下降到安全高压锅内气体的压力下降到安全值范围内。值范围内。第第2题、对于粮库的温度和湿度自动控制，一般采用闭环题、对于粮库的温度和湿度自动控制，一般采用闭环 控制系统，增设定时检测温度和湿度的装置，与控制系统，增设定时检测温度和湿度的装置，与 给定的温度和湿度值比较，当出现偏差时，相应给定的温度和湿度值比较，当出现偏差时，相应 调节温度或湿度。方框图如下：调节温度或湿度。方框图如下：第第3题、当压力过高时，蒸汽把横杆连同重锤顶起来，使题、当压力过高时，蒸汽把横杆连同重锤顶起来，使 锅炉内的蒸汽通过排气孔排出，使压力降到限定锅炉内的蒸汽通过排气孔排出，使压力降到限定 值。值。横杆的作用：横杆使得重锤的位置可以调节，调横杆的作用：横杆使得重锤的位置可以调节，调 节重锤离左端的距离就改变了限制的压力值节重锤离左端的距离就改变了限制的压力值