通用技术控制系统的基本组成与工作过程教学课件

一、典型控制系统案例分析（一）
【案例4-1】自动门
功能：①无人时，常关；
②有人时，开门。
技术要求：①当人距门1m（也可设为其他值）时，门即打开；
②门打开后，延时10s（也可设为其他值）后关门。
系统组成：①门；②电动机；③控制器；④传感器
工作过程：①当有人到达门前某一距离（如1m）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，经变换广大后传给电动机 （这里的电动机叫做执行器，也称为驱动器）
③电动机根据传来的开门信号转动，门被打开（这是的门叫做被 控对象，也称为控制对象，简称对象）；
④控制器保持开门信号延时（如10s）后，自动发出关门信号， 电动机反转，门重新关闭。
输入
（有人否）
传感器
控制器
电动机 （执行器）
门（被控对象）
输出
（开/关）
分析：从左向右看：当门口有人时，即有输入， 传感器感知并形成信号。信号先后经过控制器、 电动机的变换与传递，直到把门打开，叫做有 输出（门动作，打开）。没有人，则无输入， 不发生信号传递，当然没有输出（门无动作， 常关）
【案例4-2】抽水马桶水箱的自动控制系统
闭环控制系统：结构较为复杂，信息流经的路径有 两条，一条自输入端传至输出端，另一条是输出端 信息反传到输入端的比较环节。它可以有较高控制 精度和有较强的抗干扰性能。
开环与闭环控制系统的比较：
【案例4-1】自动门(开环)
输入
（有人否）
传感器
控制器
电动机 （执行器）
【案例4-2】抽水马桶水箱的自动控制系统(闭环)
如案例1，没有反馈，也就不存在闭环，像这样信息只从 输入端传递到输出端，没有信息反馈的控制系统，称之为开 环控制系统。
二者的不同表现为有反馈或无反馈，从本质 上讲，二者的不同在于信息流的传递方式不同。
开环控制系统：结构和原理比较简单，信息从输入 端传到输出端，仅有一条路径。它的最大缺点是控 制精度（精确度）不高。
《技术与设计》Ⅱ第四章第二节
控制的基本组成与工作过程
例子: ①经济建设的宏观调控（控制） ②人口增长率控制 ③物价控制 ④疫情控制 ⑤炼钢炉温与钢水成分控制农作物生长的水肥控制 ⑥食品卫生控制 ⑦保护眼睛的灯光控制
总之，从社会到每个人，从生产到生活，方方面面都离不开控制。
控制：控制是根据自己的目的，通过一定的手段使事 物沿着某一确定方向发展的行为和过程。
人工 自动
传感器 人眼 浮子
控制器 人脑与手 连杆机构
执行器 阀门 阀门
对象 水箱 水箱
（给定水位）
输入
水位差
连杆机构
-
阀门 （开度） 水箱
（实际水位）
输出
反馈
浮子
分析：当水位差（给定水位与实际水位之差）不为零时， 此信号经连杆机构使阀门打开，放水入水箱；同时，浮子 将实际水位的信号反传给比较环节，从而形成水位差信号。 当水位差为零时，阀门将关闭，不再进水。水位的高低可 以用水面高度这样的量来计量，因此，对输入、输出就有 了输入量、输出量的叫法。
B、只有单纯的开/关（亮/灭）两种状态的就是开环；凡是温度、水平受控 制，有标准值相比对的就是闭环控制。
②能够绘制和分析开、闭环控制的框图。
案例1信息总是自输入端单向传至输出端，不存在 信息逆向流动；案例2则不然，除上述过程外，还要将 输出信息反传给输入端（比较环节），存在信息逆向流 动。这就是说，案例2比案例1多了一个信息传递过程。
如案例2，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的 做法，称之为反馈。
功能：当水面（位）达到设定的水位（高度）时，关闭阀门。
控制方式：自动
系统组成：①水箱（包括水箱内的水）；②阀门；③连杆机构； ④浮子（俗称水漂）
工作过程：当水面低于设定水位时，浮子下落，阀门打开；浮子 监测水面高度，并随着水面升高而浮升。
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。
门（被控对象）
输出
（开/关）
（给定水位）
输入
水位差 连杆机构
-
阀门 （开度） 水箱
（实际水位）
输出
反馈
浮子
类别 开环 闭环
信息流动
单向 双向
反馈
无 有
控制精度 结构
低
简单
高
复杂
知识归纳
①开环、闭环控制系统的区别？
类别 开环 闭环
信息流动
单向 双向
反馈
无 有
控制精度 结构
低
简单
高
复杂பைடு நூலகம்
A、从控制框图分别：（信息流动：单向/双向）
控制论的理论概述
系统论、控制论和信息论是本世纪四十年代先后创 立并获得迅猛发展的三门系统理论的分支学科。 控制论是著名美国数学家维纳（Wiener N）同他的 合作者自觉地适应近代科学技术中不同门类相互渗 透与相互融合的发展趋势而创始的。它摆脱了牛顿 经典力学和拉普拉斯机械决定论的束缚，使用新的 统计理论研究系统运动状态、行为方式和变化趋势 的各种可能性。控制论是研究系统的状态、功能、 行为方式及变动趋势，控制系统的稳定，揭示不同 系统的共同的控制规律，使系统按预定目标运行的 技术科学。