一典型控制系统案例分析一
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
问题：1）、该控制系统是开环 控制系统还是闭环控制系统
2）、该系统中的被控对象是 ； 该控制系统的控制电路、
电动机类似于人体的哪个器官？
学习目标
（1）了解控制系统的简单分类，并能够比较 两类控制系统的异同；
（2）分析典型控制案例，熟悉开环控制系统 和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程 ；
（3）能绘制简单的开环控制系统和闭环控制 系统的系统框图。
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。 技术学习活动卡2
自动控制水箱水位框图
（给定水位）水位差
输入 —
连杆 机构
反馈
（开度）
（实际水位）
阀门
水箱
输出
浮子
水位差——信号 实际水位——即输出量 阀门开度——控制量
自动门的动作过程
当门口没有人时，门是关着的；
当有人来到门口时，门自动打开； 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？
门的开启人工控制框图
输入
眼睛
大脑
手
输出
门
控制装置
被控对象
自动门的控制过程
控制装置
被控对象
输入 传感器
控制器
执行器
输出 被控对象
红外装置检测到 人体热辐射发出 的信号
控制系统的基本组成
简单的控制系统由两部分组成： 1、被控对象 2、控制装置（包括：传感器、控
制器、执行器等）
传感器
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 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 信息的传输、处理、存储、显示、记 录和控制等要求。它是实现自动检测 和自动控制的重要环节。
回顾知识
什么是控制？
人们根据自己的目的，通过一定 的手段，使事物沿着某一确定的方向 发展，就形成了控制。
手段：控制技术
控制必备的三个条件：
1、控制要达到什么目的； 2、控制的对象是什么； 3、采取什么控制手段。
目的——对象——手段 控制三要素
按照控制方式分类：
1、人工控制：由人本身通过判断和
操作进行控制称为人工控制。
：（图略）闭着眼睛眼睛翻书的系统框图：（图略）比较：开环控制 系统和闭环控制系统开环控制系统闭环控制系统从构成形式上无反馈 环节有反馈环节从本质上信息的流向是单向、开
A.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。 C.红外感应出水龙头，手靠近水龙头出水，离开则 不出水。 D.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， 机器关闭。
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
输入 大脑判断 手
给定水位 —
反馈
阀门 眼睛
水箱
输出 实际水位
——比较环节
水箱水位控制——自动控制
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）
如：手按遥控器、人开灯和关灯等
2、自动控制：指不需要人工操作，
使机器、设备自动地按照预定的规律 工作称为自动控制。
如：声控电灯、全自动洗衣机、无人驾驶飞机等
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.
对于自动控制按控制方式分为：
开环控制、闭环控制和复合控制。
如图所示是研究太阳黑子活动规律的天文望远镜自动跟踪系 统。它由可转动望远镜、位置误差传感器、控制电路和电 动机组成。其跟踪控制过程是：位置误差传感器检测出望 远镜的的方向，与天阳方向比较，将差值信号传递给控制 电路，控制电路发出指令并驱动电动机运转，从而调节望 远镜的指向，使其始终精确指向太阳。
控制电路
电机
门的开启
门
或关闭
技术学习活动卡1
人工控制与自动控制的区别
人工控制
自动控制
门
门
输入：开/关
眼睛
传感器
传感器
大脑
控制器
控制器
手
电机
执行器
门
门
被控对象
典型控制系统案例分析
2、水箱水位控制
以抽水马桶水箱为例
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
自动控制 浮子 连杆机构 阀门 水箱
两种自动控制的比较
输入 有人否
传感器
开环控制系统：
控制器
电动机 （执行器）
输出
门 （被控对象）
开/关
闭环控制系统：
（给定水位）水位差
输入 —
连杆 机构
（开度）
（实际水位）
阀门
水箱
输出
反馈
浮子
开环控制系统的特点
（１）控制系统的输出量不对系统产生影响； （２）系统的输出量直接受输入量的控制； （３）信号（或信息）的传递是单向的，总是从输入
系统的设计中是不是运用 了反馈调节的控制方式。
天文望远镜自动跟踪系统
反馈：将输出信息反传给比较环节的做 法，称之为反馈。
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。（—）
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。
两种控制方式对比
环节 方式
传感器 控制器 执行器 被控对象
人工控制 人眼 人脑与手 阀门 水箱
端单向传至输出端； （4）无反馈环节。
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 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；
（2）有检测装置。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 差及时调整控制作用
技术活动感受开环控制和闭环控制
典型控制系统案例分析
1、自动门
【案例分析】自动门的控制系统：
系统组成：传感器、控制器、执行器（电动机）、 被控对象（门）。
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。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。
试验条件： 多本课本 试验步骤： 1、一位同学发出指令（如将课本翻至第70页） ，另有两位同学接收指
令； 2、接收指令的两位同学中，一位同学睁着眼睛执行指令所要求的动作，
另一位同学闭着眼睛执行动作； 3、小组内其余同学仔细观察，并认真做好记录，填写《技术学习活动卡
》； 4、小组内同学之间角色互换，重复以上步骤。睁着眼睛翻书的系统框图
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 一个输出信号（如灯亮或不亮）。
一般的控制过程都有一个输入和一个输出。
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 之为控制系统。
控制系统的输入输出之间有一定的 对应关系。
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：
2）、该系统中的被控对象是 ； 该控制系统的控制电路、
电动机类似于人体的哪个器官？
学习目标
（1）了解控制系统的简单分类，并能够比较 两类控制系统的异同；
（2）分析典型控制案例，熟悉开环控制系统 和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程 ；
（3）能绘制简单的开环控制系统和闭环控制 系统的系统框图。
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。 技术学习活动卡2
自动控制水箱水位框图
（给定水位）水位差
输入 —
连杆 机构
反馈
（开度）
（实际水位）
阀门
水箱
输出
浮子
水位差——信号 实际水位——即输出量 阀门开度——控制量
自动门的动作过程
当门口没有人时，门是关着的；
当有人来到门口时，门自动打开； 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？
门的开启人工控制框图
输入
眼睛
大脑
手
输出
门
控制装置
被控对象
自动门的控制过程
控制装置
被控对象
输入 传感器
控制器
执行器
输出 被控对象
红外装置检测到 人体热辐射发出 的信号
控制系统的基本组成
简单的控制系统由两部分组成： 1、被控对象 2、控制装置（包括：传感器、控
制器、执行器等）
传感器
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 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 信息的传输、处理、存储、显示、记 录和控制等要求。它是实现自动检测 和自动控制的重要环节。
回顾知识
什么是控制？
人们根据自己的目的，通过一定 的手段，使事物沿着某一确定的方向 发展，就形成了控制。
手段：控制技术
控制必备的三个条件：
1、控制要达到什么目的； 2、控制的对象是什么； 3、采取什么控制手段。
目的——对象——手段 控制三要素
按照控制方式分类：
1、人工控制：由人本身通过判断和
操作进行控制称为人工控制。
：（图略）闭着眼睛眼睛翻书的系统框图：（图略）比较：开环控制 系统和闭环控制系统开环控制系统闭环控制系统从构成形式上无反馈 环节有反馈环节从本质上信息的流向是单向、开
A.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。 C.红外感应出水龙头，手靠近水龙头出水，离开则 不出水。 D.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， 机器关闭。
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
输入 大脑判断 手
给定水位 —
反馈
阀门 眼睛
水箱
输出 实际水位
——比较环节
水箱水位控制——自动控制
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）
如：手按遥控器、人开灯和关灯等
2、自动控制：指不需要人工操作，
使机器、设备自动地按照预定的规律 工作称为自动控制。
如：声控电灯、全自动洗衣机、无人驾驶飞机等
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.
对于自动控制按控制方式分为：
开环控制、闭环控制和复合控制。
如图所示是研究太阳黑子活动规律的天文望远镜自动跟踪系 统。它由可转动望远镜、位置误差传感器、控制电路和电 动机组成。其跟踪控制过程是：位置误差传感器检测出望 远镜的的方向，与天阳方向比较，将差值信号传递给控制 电路，控制电路发出指令并驱动电动机运转，从而调节望 远镜的指向，使其始终精确指向太阳。
控制电路
电机
门的开启
门
或关闭
技术学习活动卡1
人工控制与自动控制的区别
人工控制
自动控制
门
门
输入：开/关
眼睛
传感器
传感器
大脑
控制器
控制器
手
电机
执行器
门
门
被控对象
典型控制系统案例分析
2、水箱水位控制
以抽水马桶水箱为例
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
自动控制 浮子 连杆机构 阀门 水箱
两种自动控制的比较
输入 有人否
传感器
开环控制系统：
控制器
电动机 （执行器）
输出
门 （被控对象）
开/关
闭环控制系统：
（给定水位）水位差
输入 —
连杆 机构
（开度）
（实际水位）
阀门
水箱
输出
反馈
浮子
开环控制系统的特点
（１）控制系统的输出量不对系统产生影响； （２）系统的输出量直接受输入量的控制； （３）信号（或信息）的传递是单向的，总是从输入
系统的设计中是不是运用 了反馈调节的控制方式。
天文望远镜自动跟踪系统
反馈：将输出信息反传给比较环节的做 法，称之为反馈。
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。（—）
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。
两种控制方式对比
环节 方式
传感器 控制器 执行器 被控对象
人工控制 人眼 人脑与手 阀门 水箱
端单向传至输出端； （4）无反馈环节。
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 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；
（2）有检测装置。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 差及时调整控制作用
技术活动感受开环控制和闭环控制
典型控制系统案例分析
1、自动门
【案例分析】自动门的控制系统：
系统组成：传感器、控制器、执行器（电动机）、 被控对象（门）。
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。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。
试验条件： 多本课本 试验步骤： 1、一位同学发出指令（如将课本翻至第70页） ，另有两位同学接收指
令； 2、接收指令的两位同学中，一位同学睁着眼睛执行指令所要求的动作，
另一位同学闭着眼睛执行动作； 3、小组内其余同学仔细观察，并认真做好记录，填写《技术学习活动卡
》； 4、小组内同学之间角色互换，重复以上步骤。睁着眼睛翻书的系统框图
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 一个输出信号（如灯亮或不亮）。
一般的控制过程都有一个输入和一个输出。
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 之为控制系统。
控制系统的输入输出之间有一定的 对应关系。
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：