第四单元控制与设计

•蒸汽机转速自动控制系统
•减压阀气压自动控制系统
10.家用燃气减压阀的燃气气压控制系统：
15．ESP(车身稳定控制系统)作为车辆的辅助 控制系统，它可以对因猛打方向盘或者路面湿 滑而引起的侧滑现象进行控制。当侧滑传感器 检测出车辆侧滑时，电子系统通过制动系统自 动对各车轮的制动。
控制量 （③▲） （④▲） 执行器 前后轮胎 （②▲） 检测装置 （⑥▲）
•闭环控制系统 系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响
即：反馈！
设 定 量 控制 器 执行 器 控制量 被控 对象 被 控 量
检测装置
控制器： 作出决策的装置
执行器： 实施决策的装置
控制系统所要求控制的装置??? 被控对象： 提供决策依据的装置 检测装置（传感器）：
输入量（设定量）： 输出量（被控量）： 控制量：
第四单元 控制与设计
常见控制现象
干手器
水龙头
重锤
减压阀
自 动 门
热水机 和 热水壶
普通压力锅、电压力锅
重锤
干手器
自动水龙头
燃气减压阀
自 动 门
人工（手动）控制和自动控制 控制过程在人 的直接和全程干 预下进行！ 在无人直接参与的情况 下，使事物变化准确地 按照期望的方向进行。
设定进 水时间
水流 游 进水 量 泳 阀门 池
进水 阀门
水 流 量
水位 高度
比较器
设定 水位
游 泳 池
实际 水位
检测装置
指出：“水箱水 位控制系统”中的 干扰因素？ 找出输出量变化的因素！ •出水口放水？ •水蒸发？ •进水管水压增大？ •浮球向右调节？ •浮球破了？ •塞子有损？
功能模拟方法？
分析开灯的多种形式： •手拨动开关 •触摸开关 •人体感应开关 •光控开关 •声控开关
声 控 灯
太 阳 能 路 灯
下列控制哪些属于手动控制？
①拨动风扇开关，风扇转动。
②用摇控器设定空调温度，空调机开始工作。 ③闹钟设定时间后准时发出声音。
控制系统的分类： •按人工干预的 情形分类？ •按执行部件 分类？ •※按有无反馈 分类？ 手动控制 自动控制 电子控制 机械控制 气动控制 液压控制 开环控制 闭环控制
控制系统中的 干扰因素：
什么是干 扰因素？ 干扰因素 的特点？
在控制系统中，除输入量以外， 引起被控量（即输出量）变化的 各种因素称为~~。
来自系统外部的因素 作用在被控对象上，造成输出量 变化 可以克服干扰，但不能消除 可以利用的
例1、2
什么因素会影响冰箱内的温度？
•开电冰箱门； •房间温度从20℃升到32℃； •把热菜或热饭放入电冰箱中； •旋转温控器，使控制温度降低些 •温控器失灵。 如何克服 干扰？
红外 信号
控制 电路
水流 电磁 量 水龙
阀
头
出水
9.某屋顶水箱采用水泵供水，控制器由相应的 电路来实现。水箱内净高度为1.2米，如果水 位低到0.2米时开始进水，水位达到1米时停止 进水。请你提供设计方案。
设定 水位
控制 电路
水流量
水泵
水箱 水位检测 装置
实际 水位
10.路灯声光自动控制系统:
声光 信号
•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。 人 （大脑和手） 触发 信号 输入 量 开关 开关 控制 执 量 被控 行 对象 器
控制 电路 控 制 器
输出 量
控制器： 作出决策的装置 执行器： 实施决策的装置 控制系统所要求控制的装置??? 被控对象： 输入量： 输出量： 控制量：
•使用者如何克服？ •设计者如何克服？
方法一：开环→闭环 方法二：增加隔热效果
为什么把冰箱内的温度控 制设计成闭环控制？
放冷 气 冷藏或
设定 温度
温控 器
压缩机
冷冻室
实际 温度
温度检测装置
为什么把游泳池的水位控 制设计成闭环控制？
定时器 进水 阀门
游泳池
定 时 器
定 控 时 制 器 器
水位高度
模型
模拟
功能？行为？结构？
原型
用“模型”模拟“原形”的功能和行为 的方法。 例
加热炉温度控制示意图：（自动）
加热炉温度控制示意图：（手动）
检测装置
控制器
执行器
黑箱方法？
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叫~~。
分析：
•如何判断西瓜生熟？ 听~~、看~~、摸~~
游泳池水位控制系统：
定时器
进水 阀门
•缺陷是什么？ •如何解决？
游泳池 定 时 器
水位高度
设定进 水时间
水流 进水 量 游 泳 阀门 池 水位检测装置！？
水位 高度
游泳池注水的开环控制系统方框图：
设定 进水 时间
定 时 器 进水 阀门
水 流 量
游 泳 池
水位 高度
游泳池注水的闭环控制系统方框图：
•铁棍当"听诊器",为换热泵查...
•解释中医看病“望、闻、问、切”？
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•现代医学是如何检查人体器官的？
B超 检查
X光透视图
•现代医学是如何检查人体器官的？
心电图检查
CT检查
核磁共振检查
•黑箱方法分析： 碰触 敲击 超声波 光波 输入 电流 电磁波 放射线
西瓜 机器设备 人体 被研究 系统 输出 手感 声音
各类 图像
6.花房温度控制系统：
设定 温度
温度 控制 器
加热、 热气、 制冷 冷气量 花房 元件
温度检测 装置
实际 温度
7.水箱水位自动控制系统：
设定 水位
控制 器
水流量
阀门 浮球
水箱
实际 水位
8.人体感应（红外线） 水龙头的自动控制系统：
12.蒸汽机转 速自动控制系 统
控制器 （飞球 套筒等 装置）
控制量 （蒸气量）
给定量 设定转速）
执行器 （阀门）
被控对象 （蒸汽机） 检测装置 （飞球）
被控量 （实际转速）
设定 状态
（①▲） ESP电路
（⑤▲ 实际 状态
左图是前轮侧滑的控制：对各车轮轮胎进行 适当制动，使车朝向内侧。同时控制发动机 出力，使车辆不会冲出车道。
右图是后轮侧滑的控制：主要对前轮外侧的轮 胎进行制动，使车朝向外侧。同时控制发动机 出力，使车身保持稳定。
17.小黄家住市区中某一小区，小区一到下雨天， 就汪洋一片，给人们出行带来极大的不便；可 在大晴天，园林工人要顶着烈日酷暑给花草树 木，汗流浃背。于是小黄突发奇想，能不能设 计一个自动控制系统，雨天时自动收集雨水， 解决积水问题，大晴天时能自动喷灌浇花。一 举两得。请你来协助小黄完成此设计，并回答 以下问题。
控制 电路
开关
闭或 断
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灯
亮或 灭
11.李明制作了方便小动物喝水的自动加水器， 结构如图 ：
圆木塞 硬塑料管
铁桶 铁桶 水龙头 搪瓷碗 5cm
11. 小动物喝水的自 动加水器，
圆 塞
木
硬塑料管
铁桶 铁桶 水龙头
搪瓷碗 5cm
设定 水位
铁桶木塞 塑料管等 装置
水流 水龙 量 搪瓷 碗 头 管口
实际 水位
比较器 设定 水位 定 控 时 制 器 器 进水 阀门
水 流 量
游 泳 池
水位 高度
检测装置
•水箱液位控制系统：
设 定 量
控制 器
执行 器
控制量
被控 对象
被 控 量
检测装置
限压阀 （重锤）
安全阀
13．下面两图分别是瓦特蒸汽机的工作原理图和蒸 汽供给控制原理图。在如下图所示，套筒与飞球连 在一起，当蒸汽机的转速较高时，飞球离心力增大， 套筒向上移动，阀门通孔截面积减少，蒸汽流速降 低，蒸汽机汽缸内压力减少使其转速下降。请画出 蒸汽机转速自动控制系统方框图。