控制与设计

控制的分类
控制的实现需要通过一定
的手段。从控制过程中人工干
预的情形来分，控制有人工控
制(手动控制)和自动控制。
人工控制：控制过程是在人的直接干预 和全程干预下进行的。
关/开门
驾驶汽车
自动控制：指在无人直接参与的 情况下，使事物的变化准确地按照期 望的方向进行。
太 阳 能 路 灯
自 动 门
马上行动
请说说你所了解的人工控制和
自动控制的事例。
控制实例1
自动控制
人工控制
人工控制
控制实例1
人工控制
自动控制
自动控制
从执行控制的部件来分： 机械控制、气动控制、液压控制、 电子控制等等。 在很多的控制事例中，控制的手段可以是 综合的。
控制实例2
汽车自动门
气动控制 机械控制、气动控制
电子控制
汽车刹车
检测装置
闭环控制系统
给定量——作用于控制系统的物理量，预先给定的 被控量——需要进行控制的物理量 控制器——对被控对象起控制作用的设备总体，即
控制装置
执行器——执行控制器的指令
被控对象——需要控制的机器、设备或生产过程
闭环控制系统
• 比较器是将给定量与所测的被控量进行 比较，求出偏差
• 控制器将这一偏差进行运算处理，并向
• 1、自动门 • 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。
• • • •
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。 • 工作过程 • （1）当有人到达门前某一距离时， 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
练习
说明各控制系统属于哪种控制系统，并画出 控制方框图： 1、十字路口的红绿灯定时控制系统； 十字路口自动控制（根据车流量大小改变红 绿灯时间）系统 2、商店门口的卷帘门； 希罗的自动门 3、游泳池注水定时控制系统； 游泳池注水水位控制系统
控制系统
归纳共同点： 使用下面的方框来表示上述控制系统
输入量
控制系统
输出量
根据自行车行驶、电风扇转动具体的案例 画出控制系统方框图：
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）
电风扇的风速控制系统
电风扇风速 的档位
（输入） 电机、 扇叶 风速 （输出）
闭环控制系统
家用冰箱是闭环控制系统，其控制方框图
动画演示
输入
比较器
预置温度 调节装置
控制(处理) 输出 (电子电路) (继电器) (微型电脑）
被控对象
(冷藏室)
反馈
检测 温度传感器
根据冰箱内放置食物的保存要求，预先设置一个 输入：
恰当的冷藏温度。 ——微型电脑。能对预置设定的温度和输出中检测 到的电信号进行比较、分析和判断，并发出命令
——当接通电源后，控制电路命令执行器接通压缩 机工作电路，制冷剂不断地在管道中循环，并吸 收电冰箱内的热量，使电冰箱内的温度下降。同 时，冷藏室内的温度传感器不断地检测箱内温度 ，并把温度变化的电信号反馈到控制（处理）部 分，控制部分对预置的温度和反馈的温度进行比 较、分析、处理。当电冰箱内的温度达到设定的 温度时，控制部分发出指令给电磁继电器，继电 器立即切断压缩机工作电路，制冷工作停止。 ——当电冰箱内温度回升并超过设定温度时，电子 控制电路又发出指令，使电磁继电器接通压缩机 工作电路，压缩机重新工作并进行制冷。
练习
应用一般开环控制系统方框图画出以下 控制系统的控制方框图：
公共汽车车门控制系统、
红绿灯定时控制系统、
闹钟定时控制系统、
自动烘手机控制系统、
游泳池注水定时控制系统
闭环控制系统
机电控制式水位控制
水箱闭环控制系统
比较器 给定量 连杆结构 浮子 水流量 阀门 水箱 水箱 水位
闭环控制系统方框图
比较器 给定量 控制器 控制量 被控对象 被控量 执行器
• （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：
输 入 有 人 否 传感器 控制器 电动机（执 行器） 输 出 门（被控 制对象） 开 / 关
结论
• 任何一种控制的实现，都要通 过若干环节，这些环节就构成 了一个系统，称为控制系统。 • 控制系统的输入与输出之间有 一定的对应关系。
马上行动
是否属于 控制系统
普通 电灯 亮度可 调灯 是 输入 输出 控制系统的组成
接通电源 电灯的照 开关、灯泡、灯 的电信号 明亮度 座、导线、电源 可调电阻开关、 接通电源 电灯的照 灯泡、灯座、导 的电信号 明亮度 线、电源
开环控制系统
《一千零一夜》里的一个故事：阿里 巴巴和四十大盗的故事里有一扇神奇的 门，请写出“芝麻开门”声控开门系统 ：
输入量 声音传感器 电动机 门
输出量
•练习
电子音乐 路灯自动 电子锁 自动门 门系统 控制系统 被控对 象 输出量 扬声器 音乐声 路灯 锁舌 门
控制器 音乐集 成电路
光的变化 锁舌的 门的开关 运动 电子电路 集成电路 集成电路
是
楼道里 的自动 声控灯
是
接通电源 电灯的照 声传感器开关、 的电信号 明亮度 灯泡、灯座、导 线、电源
闭环控制与开环控制系统
• 信息流经一个闭合环路，这类系统称之为闭 环控制系统。 • 闭环控制系统中，将输出信息反传给比较环 节做法，称之为反馈。 • 在我们的自动门实例中没有反馈，也就不存 在闭环，这类系统称之为开环控制系统。 • 闭环系统和开环系统，是两类不同的系统。 从构成形式上看，二者的不同表现为有反馈 或无反馈，从本质上看二者的不同在于信息 流的传递方式不同。
闭环控制系统
（2）闭环电子控制系统与开环电子控制 系统相比有什么优点？ 闭环电子控制系统具有监测和反馈功能 ，可以提高控制的精度，而且实现控制 的自动化。
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 控制系统
闭环电子 控制系统
电子表 电取暖系统 空调 程序控制洗衣机 可调亮度的台灯 智能洗衣机 电热水器
控制(处理)：由电子电路组成,核心部件是一个微处理器
由电磁继电器组成。当它接到“接通”压缩机指 输出：
令时，便接通压缩机工作电路。当它接到“停止” 的指令时，继电器便断开压缩机的工作电路。 藏室内，它将检测到的冰箱冷藏温度转变为电信号 并反馈到电子控制系统的控制（处理）部分。
检测与反馈： 主要由温度传感器组成。温度传感器装在冷
4.2控制系统的基本组成与 工作过程
2007年山东省基本能力高考真题第二卷第19题： 光照明，控制系统如图，大阳光经过反光镜反射到反光球面 自然光的目的。当大阳移动后，光线到达反光球面镜的位置 产生电信号，控制器根据不同传感器送进来的信号控制反光 问题：（1）该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 ； （3）控制器类似于人体的哪个器官？
输入量 声传感控 制器 常开(断 开)接点 灯泡 输出量
开环控制系统的方框图
输入量 控制器 执行器 被控对象 输出量
开环控器——对输入信号进行处理并发出控制命令的
装置或元件
执行器——直接对被控对象进行控制的装置或元件 被控对象——控制系统所要控制的装置或生产过程
执行器下达控制命令；
• 执行器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。
家用电冰箱的结构和制冷原理图
• 组成：压缩机、冷却器和散热器，它们之间 用一根管道相连。 • 管道里装有一种沸点很低的制冷剂。压缩机 在管道的底部，它使制冷剂不断地在管道里 循环。制冷剂流动到狭窄的毛细管时，受到 强大压力，由气态变成液态，通过散热器对 外放出热量。当制冷剂通过较粗的管道组成 的冷却器时，由于压力突然降低，制冷剂由 液态立即变为气态，从而吸收电冰箱内的热 量，使电冰箱内的温度降低，达到制冷的效 果。
红外线自动门
控制实例2
机械控制、自动控制
控制技术的发展-农田灌溉
挑水

水车

抽水机
控制技术的发展-乘凉
手摇扇

电风扇

空调机
输入与输出
• 在我们的水箱水位控制中对于水 位高低，可以用水面高度这样的 量来计量，因此，对于输入、输 出就有了输入量，输出量的叫法 。 • 这里实际的水位即为被控量，即 输出量，阀门开度为空置量。
例: 电子门铃的开环电子控制系统
• 输入:
用手按动按钮开关,输入一个触发信号
• 控制(处理): 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. • 输出:
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态并 不产生影响,即不存在反馈.
• 特点:
开环控制系统
以声控电灯为例写出控制过程方框图：
2、水箱水位控制
• 当水箱内的水没有达到设定 的水位时，水箱的水龙头打 开，向水箱内放水；当水面 达到设定位置，水龙头关闭 。它有两种控制方式：一为 人工控制；一为自动控制， 下面开始研究这样两种控制 。
自动水箱水位控制和人工对比
• 组成： • 人工：水箱、进水阀门。 • 自动：水箱、阀门、连杆结构、 浮子。 • 工作过程： • 人工：主要是用人眼监视水面高 度。 • 自动：主要是利用浮子进行传感 。