Ⅱ4闭环控制系统

控制与设计马上行动P96•指出下列事物发展与变化的多重可能性：鱼塘：成熟的西瓜：流行性病毒：为什么要进行控制？因为事物发展具有多样性,而我们希望事物朝着我们所期望的方向发展。控制的目的控制的概念人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制（control）。说明•理解任何控制现象，都要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。•例如，人力三轮车转弯过程中的方向控制问题，其控制的对象就是，控制的目的是，控制的手段是人力三轮车为了改变三轮车行驶的方向骑车人通过双手转动车把，改变前轮的方向并带动后轮马上行动P97•请举例说明，在你的生活中，还有哪些属于控制的事例控制事例控制的对象控制的目的控制的手段电风扇扇叶转速快慢的控制电风扇调节速度换挡如果没有出汽孔，我们使用高压锅会有哪些麻烦？思考：压力锅加热以后会出现什么现象？这就是压力锅减压阀——控制装置给我们生活带来的作用和意义。那么，高压锅减压阀是怎样实现出汽多少控制的呢？重锤出汽孔重锤检测到来自锅内的汽体压力，并通过比较，当其压力大于重锤重力时，重锤位置上升，汽体从出汽孔排出，使锅内压力趋向重锤压力。重锤检测到来自锅内的汽体压力，并通过比较，当其压力大于重锤重力时，重锤位置上升，汽体从出汽孔排出，使锅内压力减少。思考控制对象？控制的目的？控制手段？什么东西控制锅内的汽体压力？什么东西控制出汽孔的大小？控制器：即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。（对输入信号进行处理并控制执行器的装置或元件）执行器：即直接对被控对象进行控制的装置或元件控制量：即执行器的输出信号（执行器的执行量）。输入量：即控制系统的给定量（设定量）。被控量（输出量）：即控制系统所要控制的量。（控制的结果量或实际输出量）被控对象：即控制系统中所要求控制的装置和生产过程。家用压力锅工作原理（控制框图）控制器（重锤）执行器（出汽孔）被控对象（压力锅）输出量（锅内压力）输入量（重锤重力）检测装置（重锤）控制量（出汽量）比较器将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为闭环控制系统控制环节和信号流向循环封闭简单闭环控制系统的方框图被控对象执行器给定量控制量输出量检测装置比较器-+控制器干扰在控制系统中，除输入量（设定量）以外，引起输出量（被控量）变化的各种因素成为干扰因素。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量进行比较的过程，就是反馈反馈想一想投篮的过程控制器（大脑）执行器（手）被控对象（篮球）输出量（篮球位置）给定量（篮圈位置）检测装置（眼睛）控制量（投掷力）比较器检测器控制器执行器被控对象大脑手篮球眼睛（设定水位）被控对象执行器给定量控制量输出量检测装置比较器-+控制器干扰（输出量）阅读书本112页——供水水箱的水位自动控制系统在控制框图内填写水位控制系统及量的对应名称（机械或电器装置）（阀门）（进水量）（水箱）（实际水位）（浮球）练习•如图，是某水箱的自动控制装置。当浮子检测到水箱的实际水位低于设定水位时，连杆机构控制进水阀门打开，水箱进水；当浮子检测到水箱的实际水位到达设定水位时，进水阀门关闭。请写出它的控制框图。被控对象水箱执行器出水阀门给定量设定水位控制量出水量被控量水箱实际水位检测装置浮子-+控制器连杆机构2、水箱内浸泡一块砖，会不会改变设定水位？思考：1、该控制系统的干扰因素是什么？3、其他条件不变的情况下，增大浮子的直径，会不会影响到设定值？练习•一款集成于空调内的湿度控制系统，可通过遥控器设定湿度上限、下限，当湿度传感器检测到湿度值低于设定范围时，单机片（相当于小型电脑芯片）通过运算发出指令，启动内置加湿器工作，提高房间实际湿度；当湿度高于所设定的湿度范围时，单机片通过运算发出指令，启动除湿器除湿，降低房间实际湿度。从而最终将湿度控制在人体感觉舒适的范围内。•写出其控制框图。•下列选项中，不属于该湿度控制系统的干扰因素的是（）•A、打开房间窗户•B、增加房间人数•C、利用遥控器提高湿度上限•D、在房间内放盆水思考1如图所示，是一款可以定时的台灯。将拉绳拉到设定时间的位置，打开灯的同时定时器开始工作，到达设定时间开关断开，将灯熄灭。请分析该控制过程，写出控制框图。思考2自动门的控制过程是这样的：当人走近自动门时，门上方的红外装置检测到人体辐射发出的红外信号，控制电路接受到该信号后，便会发出相应的指令，启动电动机运转，从而带动门自动开启。当门开启之后，控制电路将作出判断，如果没有人在四周，就通知电动机做反向运动，使门关闭。请分析该控制过程，写出控制框图。2、控制框图：输入量到输出量之间的信号是单向传递。1、定义：这种控制称为开环控制系统。控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，二、开环控制3、特征：被控对象执行器控制器输出量输入量控制量练习1如图所示，是一款可以定时的台灯。将拉绳拉到设定时间的位置，打开灯的同时定时器开始工作，到达设定时间开关断开，将灯熄灭。请分析该控制过程，写出控制框图。练习2自动门的控制过程是这样的：当人走近自动门时，门上方的红外装置检测到人体辐射发出的红外信号，控制电路接受到该信号后，便会发出相应的指令，启动电动机运转，从而带动门自动开启。当门开启之后，控制电路将作出判断，如果没有人在四周，就通知电动机做反向运动，使门关闭。请分析该控制过程，写出控制框图。练习3游泳池的注水控制系统，如果进水管的水流速一定，我们可以通过设定注水时间，是游泳池的水位达到希望的高度。将注水的时间值（假设2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，停止想游泳池注水。请分析该控制过程，写出控制框图。被控对象执行器控制器输入量（有红外信号）水流量输出量（有无出水）（控制装置）（阀门）（水龙头）红外线自动水龙头控制框图开环控制系统被控对象执行器给定量控制量被控量检测装置比较器-+控制器干扰闭环控制系统被控对象执行器控制器输出量输入量控制量三、闭环控制系统与开环控制系统的比较开环控制系统本身不能对被控量的偏差进行调整和补偿。所以，开环控制系统的控制精确度（或称控制精度）相对比较低。但如果控制系统中个组成元件的特性比较稳定，而且外界的干扰相对较小，则开环控制系统也可以保持一定的精度。开环控制系统一般结构简单，使用于控制精度要求不高而系统本身的元件又比较稳定的场合。1、优缺点闭环控制系统的优点是控制精度高，不论何种原因造成系统的输出量偏离给定值，闭环控制系统都会产生控制作用来减小这一偏差。与开环控制系统相比，闭环控制系统的设计比较麻烦，结构也相对复杂，构成控制系统的成本较高。闭环控制系统是自动控制中广泛采用的一种控制方式用于要求高精度和高可靠性的场合。就开环控制系统和闭环控制系统的区别与联系，设计一个图表。输入、输出信号反馈能否调整输出信号偏差结构及控制成本控制精度使用场合是否属于自动控制开环控制闭环控制高精度和高可靠性精度低，元件性能稳定不一定是有有有无能不能简单成本低复杂成本高练习•一款测量耳温的温度计。它有一个声光报警装置，当测得温度高于37.5℃时，就会发出“嘟嘟”声并闪烁。这个温度报警控制系统的控制方法属于________填“开环控制”或“闭环控制”2、如何判断•⑴从定义出发：输出量会不会影响到整个控制过程。即输出量与期望值不同时，会不会自动调整。•⑵从反馈环节出发：有无反馈•⑶能否比较：即输出量与输入量是否为同类练习•下列控制系统中，属于闭环控制系统的是（）A.煤气解压阀气压控制系统B.火灾报警控制系统C.校园铃声控制系统D.红绿灯定时控制系统练习•在进行气焊、气割时，通常是采用可然性气体和氧气混合燃烧产生的火焰。乙炔瓶是储存高压可燃气体的装置，不能直接对焊枪供气，而必须装一个减压阀（如图），一方面减少气压，另一方面使输出的气压保持稳定。•⑴减压阀控制是开环控制系统还是闭环控制系统？练习•⑵此控制系统的输入量、输出量分别是什么？•⑶此控制系统的被控对象、执行器分别是什么？•⑷如果调节调压手柄，使调压弹簧压缩，那么输出端的气压增大还是减少？从控制过程中人工干预的情形来分：•人工控制（手动控制）和自动控制：•四、控制的分类人工控制是在人的直接干预或全程干预下进行的。如人工纺纱、打开普通自来水龙头，按键打开电灯、驾驶汽车等；自发电手电筒人工控制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从手摇扇到空调器手摇扇电风扇控制的分类自动控制：指不需要人全程参与的情况下，完成整个控制过程，使事物能按照期望的方向进行。数控机床、饮料自动装罐生产线、花房恒温控制、十字路口红绿灯的转换等。自动门自动控制温室自动控制汽车自动装配生产线工业生产汽车油漆自动控制温室自动控制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、电子控制等控制的分类机械控制气动控制液压控制电子控制控制系统的分类：控制系统开环控制系统（openloopcontrolsystem）闭环控制系统（closedloopcontrolsystem）选西瓜“看瓜形、看瓜色、听瓜声、测弹性”五、利用控制系统——黑箱方法•在生活中，有时我们需要认识的对象的内部是无法打开或不便打开的，这时，可以通过观测和考察它的输入和输出的关系来推测其内部的特性和功能。这种把将要研究的系统作为黑箱，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，就是黑箱方法。黑箱方法提供了一种不必打开黑箱就可以研究其内部结构和功能的方法。中医看病通过“望、闻、问、切”例如，通过输入图像或声音信号，观测、分析脑电波的输出反应，研究人脑对视觉或听觉信息的传递、变换和处理功能，得知人脑内部结构的细节，就是黑箱方法的运用。列举黑箱方法应用的例子，并填写下表。116马上行动：黑箱方法应用的例子输入输出需要了解的情况计算机的基本性能大脑发育的程度判断学习过程和状况酸碱度测试溶液酸碱度运行应用程序各种问题试题计算机的反应观察计算机的基本性能智商的测定考试答案回答是否敏捷待测溶液颜色变化相似性可以是纯粹外表的，可以是内部结构的，也可以是行为的某些一般性质的相似。1．控制论的功能模拟方法在内容上关键在于它是功能的模拟。3．控制论的功能模拟运用黑箱方法，从功能上描述和模仿系统对环境影响的反应方式，无需分析系统的内部机制和个别要素，不追求模型的结构与原型相同。这实际上是把研究客体作为一个黑箱来看待。2．控制论的功能模拟是要在一定条件下，在形式、结构均不同的系统中，去观察相似的行为，并从行为中得出关于客体结构的知识。利用控制系统——功能模拟方法被控对象执行器控制器输入量控制量输出量简单开环控制系统的方框图归纳总结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、电子控制等•从控制过程中人工干预的情形来分，控制分为：手动控制和自动控制。功能模拟方法；黑箱方法