控制与设计知识点归纳

控制与设计知识点归纳

1.控制的手段

⑴控制的含义：案例分析：大禹治水P96

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。

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，其控制的对象就是人力三轮车，控制的目的是为了改变三轮车行驶的方向，控制的手段是骑车人通过双手转动车把，改变前轮的方向并带动后轮。

⑵控制的手段：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，控制有人工控制和自动控制。

人工控制是在人的直接干预和全程干预下进行的。人工控制又称手动控制。

自动控制是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。按执行部件的不同，控制可分为机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等。

案例分析：从手摇扇到空调器P98

2.控制的应用

控制应用到生活中，提高了人们的生活质量，人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境，使之满足人们的需要。生产中往往需要对温度、湿度、压力、速度及加工动作等进行控制，控制在生产中得到了极为广泛的应用。控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。

1.控制系统

案例分析：自行车行驶的速度控制的实现P102

案例分析：电风扇的风速控制的实现P102

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。一般的控制过程都有一个输入和一个输出，控制系统的输入输出之间有一定的对应关系。

控制系统一般分为开环控制系统和闭环控制系统。

2.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，这种控制系统为开环控制系统。

开环控制系统在日常生活中用途很广。如十字路口的红绿灯定时控制系统、楼宇的防

盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统等。

案例分析：自动门的控制系统P103

在控制系统中，为了分析的方便，常采用方框来表示系统的环节，用单向信号线来表

示系统信号传递的方向，这种图称为控制系统的方框图，它表示了系统的各个环节在系统

中的位置、功能和相互之间的关系。对于开环控制系统，通常可以用下面的方框图来描述：案例分析：水泵抽水控制系统P104

3.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的控制系统称为闭环控制系统。

简单闭环控制系统的方框图如下：

与开环控制系统相比，闭环控制系统多了一个由检测装置组成的环节。

1.干扰因素

在控制系统中，除输入量给定值以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。

有的干扰因素是环境造成的，如影响自行车行驶速度的变化的自然风等;

有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。

在控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个。如战士在大风大雨中进行射

击练习，风和雨都是子弹命中准确度的干扰因素。控制系统在工作中必须克服干扰，使被

控量稳定。

案例分析：电视机P109

有些情况可以利用干扰因素实现某种目的。如在军事演习中，红方利用一定频率的电

磁波对蓝方的信息指挥系统进行干扰，使之不能正常工作。

2.反馈

1反馈：

控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入并与输入量进行比较的过程，

就是反馈。

案例分析：投篮 P110

利用反馈来分析和处理被控制对象，通过系统的书出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运用的方法，称为反馈方法。如普通电水壶将水加热至沸腾时，需要人工关闭电源，而自动电水壶具有挡水沸腾时自动切断电源的功能，终究是运用反馈方法实现自动控制的结果。

2 闭环控制系统的工作过程

从反馈来看，闭环控制系统就是指在系统的输出端与输入端之间存在反馈问题，输出量对控制过程产生影响的控制系统。闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控制量输出量的偏差。

一个闭环控制系统，能够克服外界干扰，使被控量控制在给定值附近。

案例分析：供水水箱的水位自动控制系统P112 加热炉的温度自动控制系统P113

3闭环控制系统与开环控制系统的比较

开环控制系统一般结构简单，适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。

闭环控制系统设计比较麻烦，结构相对复杂，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方式，用于要求高精度和高可靠性的场合。

3.功能模拟方法：以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟“原型”的功能和行为的方法，就是功能模拟法。

4.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，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。例如，通过输入图像、电或声音信号，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。

1.控制系统设计的一般思路

设计好一个控制系统，应该明确这个系统要达到的目的是什么，所要控制的对象是什么，被控制对象有哪些重要的特性，被控量和控制量分别是什么，外界的主要干扰因素有哪些，选择怎样的设计方案既能达到目的，又能经济、易于实现，如何选择设备和元件，等等。

设计一个控制系统，是选择开环控制还是闭环控制，应根据对控制精度的要求以及条件的可行性而定。能达到控制目的，采用易于实现的控制方式，降低控制成本、减少对环境的负面影响等，是我们进行控制系统设计必须考虑的基本问题。