最新4控制系统的工作过程与方式2
控制系统的工作过程和方式(教学案例)

控制系统的工作过程和方式(教学案例)引言控制系统是现代工程中不可或缺的一部分,它可以通过对输入信号进行处理和反馈来实现对系统状态的控制和调节。
在本教学案例中,我们将详细介绍控制系统的工作过程和方式,并通过一个实际案例进行讲解,帮助学生更好地理解控制系统的原理和应用。
控制系统的基本原理控制系统的基本原理可以简单概括为:通过对输入信号进行处理和反馈,实现对输出信号的控制和调节。
具体来说,控制系统通常包括以下几个基本要素:1.输入信号:输入信号是控制系统中的参考信号,它可以是一组预设值或输入变量。
2.处理单元:处理单元接受输入信号,并根据预先设定的控制算法进行运算和处理。
处理单元可以是一个简单的逻辑电路,也可以是一个复杂的控制算法。
3.输出信号:输出信号是经过处理和反馈后的结果,它可以控制和调节系统的状态和行为。
4.反馈单元:反馈单元接收输出信号,并与输入信号进行比较,从而产生一个反馈信号。
反馈信号可以用来调节处理单元的运算和处理过程,实现对输出信号的准确控制。
5.传递函数:传递函数描述了输入信号和输出信号之间的关系,它是控制系统设计和分析的基础。
传递函数可以通过数学模型或实验测量来确定。
控制系统的工作过程和方式控制系统的工作过程可以分为以下几个步骤:1.设置输入信号:根据系统要求和控制目标,设置输入信号的数值或变化规律。
2.处理输入信号:处理单元接收输入信号,并根据预先设定的控制算法进行运算和处理。
3.生成输出信号:处理单元根据输入信号的处理结果生成输出信号,并将其送往系统中。
4.反馈调节:反馈单元接收输出信号,并与输入信号进行比较,从而产生一个反馈信号。
反馈信号可以用来调节处理单元的运算和处理过程,实现对输出信号的准确控制。
5.循环迭代:根据反馈信号的调节,处理单元重新处理输入信号,并生成新的输出信号。
这个过程将一直循环迭代,直到系统达到期望的控制状态或目标。
控制系统的工作方式可以分为开环控制和闭环控制两种方式:开环控制开环控制是一种基本的控制方式,它没有反馈信号,无法准确调节输出信号。
第四单元控制系统工作过程与方式

【答案】 B
2008.4
基础能力训练
2.如图所示为一款手摇电筒,通过摇动 摇柄,就可以给内置电池充电。该手摇 电筒的手摇充电控制属于( ) A.人工控制、开环控制 B.人工控制、闭环控制 C.自动控制、开环控制 D.自动控制、闭环控制
压
冷
缩
藏
机
室
检测装置
输出温度
输入量
声传 感控 制器
常开 (断开) 接点
灯泡
输出量
给定量
比较器 控
×
制 电
路
﹢
﹣
电流
(时
红
序控
绿
制装 置)
灯
检测装置
灯亮、灭时 序
输入量
缝纫机 踏板
设定温度
比较器
﹢×﹣
控 制 电 路
输入量
声传感 控制器
给定量
比较器 控
﹢×﹣
制 电 路
2008.4
传动 装置
缝纫 部件
输出量
2008.4
案例导学
例六:如图所示的抽屉,每次拉开,抽 屉内的LED灯会自动点亮30秒,该LED 灯自动开关控制系统的输出量是( )
A. 房间的亮度 B. 抽屉的开或关 C. 设定的亮灯时间 D. 灯的亮或灭
2008.4
案例导学
【解析】 输出量即被控量,指控制系统所要控制 的量或状态。 【答案】 D
简单闭环控制系统的方框图如下:
比较器
给定量 ﹢×
控 制
﹣器
执 控制量 行 器
被 控 对 象
被控量
2008.4
检测装置
4.2控制系统的工作过程与方式

按控制系统中执 行部件分为:
Open
控制系统通 常又分为:
2008.4
闭环控制系统 Closed loop control system
小游戏
在黑板上有两张大脸,“四官俱 全”,没有鼻子。请一位同学上来“填” 鼻子,一次,睁着眼睛画,另一次闭着 眼睛画。
2008.4
分析原因:
1、闭着眼睛画:
人脑控制手画鼻子: 人脑——手——鼻子 控制过程中,没有反馈环节,不能对控制结果加以 修正、调节。是个单程的控制流向。这种控制,称 为开环控制。 人脑——手——画鼻子 | 2、睁着眼睛画: |——— 眼睛—————| 人脑控制手画鼻子,在此过程中,眼睛可以把手的 位置及画的效果及时反馈给大脑,使得大脑准确精 细的控制手去画好鼻子。控制过程中有反馈环节可 以把控制结果反馈给人脑,控制流向形成了闭合回 路。这种控制称为闭环控制。
(开、关)
输出量
被控对象
(喷嘴) (喷水与否)
2008.4
马上行动: P104
• (2)公共汽车 车门的开关 控制。
控制量 (压缩空气流向)
输入量 (开、关)
控制器 (控制电路)
执行器 (执行活塞)
被控对象 (车门)
输出量 (车门的开或关)
2008.4
马上行动: P104
你知道还有哪些开环控制系统?
是否属于控制系统 电饭煲 脱粒机 红外线自动水 龙头 是 是 输入 接通电源的电信号 输出 锅内的温度
接通电源的电信号 脱粒机脱粒的量 红外线装置检测到 人手发出的信号
是
出水量
控制系统的分类:
从控制过程中人 工干预情况分为:
人工控制
自动控制
机 械 控 制 气 动 控 制 液 压 控 制 电 子 控 制 … … … 开环控制系统 loop control system
4.2控制系统的工作过程与方式2

× ﹣
控 制 器
水 箱
闭环控制系统就是把系统的输出量 返回到输入端并对控制过程产生影响的 控制系统。 简单闭环控制系统的方框图如下:
给定量
比较器
﹢ × ﹣
控 制 器
执 控制量 行 器
被 控 对 象
被控量
检测装置
案例分析:空调器温度控制系统
人脑控制手画鼻子,在此过程中,眼睛可以把手的 位置及画的效果及时反馈给大脑,使得大脑准确精 细的控制手去画好鼻子。控制过程中有反馈环节可 以把控制结果反馈给人脑,控制流向形成了闭合回 路。这种控制称为闭环控制。 人脑——手——画鼻子 | |———眼睛—————|
小游戏
在黑板上有两张大脸,“四官俱全”, 没有鼻子。请一位同学上来“填”鼻子, 一次,睁着眼睛画,另一次闭着眼睛画。
分析原因:
1、闭着眼睛画:
人脑控制手画鼻子:人脑——手——鼻子 控制过程中,没有反馈环节,不能对控制结果加以 修正、调节。是个单程的控制流向。这种控制,称 为开环控制。
2、睁着眼睛画:
风扇的转速 锅内的温度 脱粒的量
水龙头的出水量
电饭煲
脱粒机 红外线自动水龙头
开环控制系统
在游泳池注水控制系统中,如果进水管单位 时间的水流量一定,那么游泳池水位的高度与进 水的时间是一一对应的。我们就可以通过设定注 水时间,使游泳池的水位达到希望的高度。将注 水的时间值(假设为2小时)设定到定时器中,开 启进水阀注水,一旦时间到达,定时器就会通知 进水阀门关闭,停止向游泳池注水。
P107 练习
2.增设定时检测温度和湿度的装置,与 给定的温度和湿度值比较,当出现偏差 时,相应调节温度和湿度。
4.2控制系统的工作过程与方式2

比较器
水流量
控制器
进水阀
游泳池
检测装置
游泳 池的 水位
2、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。 影响的控制系统称为闭环控制系统。
瓦 特 式 速 度 调 节 器
对于闭环控制系统, 对于闭环控制系统,通常可以用以下的方框图 表示: 表示: +
比较器 控制量
输出量
请写出“芝麻开门” 请写出“芝麻开门”声控开门系统的控制方框 图。
声音: 声音: “芝麻 芝麻, 芝麻, 开门吧” 开门吧”
旋转量 声音传 声音传 控制器 感控制器 电动机 门
门的开、 门的开、 关
可以识别、 可以识别、 记忆的芯片
思考: 思考:
一般情况下,一池水需要很长的时间才能灌满, 一般情况下,一池水需要很长的时间才能灌满, 如果由人工控制整个注水过程, 如果由人工控制整个注水过程,很费时间 。 如果进水管的进水量是均匀的, 如果进水管的进水量是均匀的,游泳池中的水 位高度与进水的时间是一一对应的。 位高度与进水的时间是一一对应的。我们可以在注 水口处装一个定时器, 水口处装一个定时器,通过定时器来控制注水过程 时间)。 )。这个系统就是开环控制系统 (时间)。这个系统就是开环控制系统 在开环控制方式下,如果进水变小了, 在开环控制方式下,如果进水变小了,游泳池中 的水就没有加够。如果进水变大了, 的水就没有加够。如果进水变大了,游泳池中的水就 会溢出,造成浪费。 会溢出,造成浪费。请同学们重新设计一个简单的控 制系统,注好水后不需要人去关闭进水阀门. 制系统,注好水后不需要人去关闭进水阀门.
旋转量
传动装置
轮盘
缝纫机
缝纫 速度
2、电冰箱的温度控制系统(属于闭环控制系统) 、电冰箱的温度控制系统(属于闭环控制系统)
控制系统的工作过程与方式

第二节 控制系统的工作过程与方式
1、控制系统 2、开环控制系统 3、闭环控制系统
控制的涵义
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。
日常生活中的控制举例
自行车的传动(或动力)控制系统(control system) 脚踩的力 (输入) 自行车行驶的速度 (输出)
些环节就构成了一个系统,称为控制系统。
马上行动吧!
是否属于 控制系统 电饭煲 脱粒机 红外线自 动水龙头 是 输入 通电信号 输出 温度
是
是
通电信号
检测到人 手信号
脱粒量
出水量
2、分类:
控 制 系 统 开环控制系统 (open loop control system)
闭环控制系统 (closed loop control system)
控制量:即执行器的输出信号。
被控对象:即控制系统中所要求控制的装置和生产过程。
输出量:即控制系统所要控制的量。
煮饭指令
保温限温 控制装置
电热盘
内锅
内锅温度 变化
开关信号
电磁阀
气动活塞
行程
车门
开关
利用脚踏板、光电束等作用以电力、气压或液压为动力自动启闭门扇的 系统。公元1世纪,希腊人希罗建造的自动打开庙门的装置(图1)是最早利 用气压和液压为动力的自动门。如图所示,祭坛点火使1的空气膨胀, 水流入2,利用水的重量使轴3转动,将门打开。祭坛灭火,门即自动关 闭。现代自动门的操作主要有三种方法(图2)。①脚踏板式:在踏板之 下装有压力开关。②光电束式:在门的附近设置光束发射装置和光电传 感装置。③按钮方式:用手按类似开关的按钮使门扇打开。自动门以滑 动、铰链或折叠等方式启闭门扇。为了防盗,必须同时装有特殊的设备, 例如家庭用的自动门就需要装设来人识别装置或电视监视器等,对家庭 以外的人员进行严格限制。自动门在商场、宾馆、饭店、机场、车站、 银行等场合已得到广泛应用。
4.2控制系统的工作过程与方式

压缩机、电 压缩机、 冰箱( 冰箱(被控 对象) 对象)
度
电 冰 箱 工 作
1、什么是反馈?
控制系统中,将输出量 通过适当的检测装置返回 到输入端并与输入量进行 比较的过程就是反馈。
生活中的反馈: 反馈控制是一种在计划执行一段 时间或结束后进行的事后控制,主要 为下一步计划的实施总结经验,但它 却常常是管理控制工作的主要形式。 例如投诉与反馈、留言反馈、意见反 馈、环境反馈、教学活动、超市反馈 调查表、市场信息反馈系统、工作总 结、 产品性能检验、现代酒店控制 方法等。
1、干扰因素 、
在控制系统中,除输入量( 在控制系统中,除输入量(给 定值) 定值)外,引起被控量变化的各 种因素称为干扰因素。 种因素称为干扰因素。 通俗地讲:干扰因素就是对控制系统 的行为造成影响的因素。 的行为造成影响的因素。
一、干扰因素
有的干扰因素是由于环境造 成的, 成的,有的干扰因素是人为原因 所致。 所致。
简单闭环控制系统的方框图: 简单闭环控制系统的方框图:
给定 +比较器 控制器 量 控制量 执行器 检测装置 被控对象 被控量
干扰因素的几点说明: 3、干扰因素的几点说明: 干扰既存在于闭环控制中, 1)干扰既存在于闭环控制中,也 存在于开环控制中。 存在于开环控制中。 声控灯开环控制,除输入的 声控灯开环控制, 声音外, 声音外,其他声音就是其干扰因 素;空调房的温度控制属于闭环 控制, 控制,室外环境温度的变化就是 它的干扰因素。 它的干扰因素。
闭环控制系统 干扰与反馈
一、干扰因素 在日常生活中,干扰是时常存在的。 在日常生活中,干扰是时常存在的。 例如,人在逆风中骑自行车, 例如,人在逆风中骑自行车,逆风对 自行车的速度构成干扰, 自行车的速度构成干扰,要保持速度 不变,人就需要用力蹬车, 不变,人就需要用力蹬车,以克服这 一干扰;在飞机飞行过程中, 一干扰;在飞机飞行过程中,手机信 号对导航信号构成干扰, 号对导航信号构成干扰,直接影响飞 行安全,所以乘客必须关闭手机。 行安全,所以乘客必须关闭手机。
控制系统的工作过程与方式

闭环控制在日常生活中应用举例
电热水壶的温度控制 电热器的温度控制 饮水机的温度控制 马桶水位控制 空调器的温度控制 太阳能热水器的温度控制 电冰箱的温度控制
小结与作业
1.什么是闭环控制系统?
闭环控制系统的方框图。 体验闭环控制在日常生活中应用。
作业:
请同学们观察日常生活各找出一个开环控制和闭环控制的系统、并写出它们的方框图。
扩展思考
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转动
自动门
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门的开启 或关闭
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游泳池
游泳池的水位
水流量
定时器注水控制有什么缺陷?
游泳池的注水控制的改进
水位检测装置
控制器
进水阀门
游泳池
实际水位
水流量
控制器
检测装置
+
-
设定水位
把系统的输出量返回到输入并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
干扰信号
+
反馈环节
-
闭环控制系统
扩展思考
可调台灯亮度是经过人的眼睛不断检测灯的亮度与人眼睛感觉舒适的亮度进行对比而进行调整,使达到人想要的亮度,但不方便,一定要有人调节才行。 思考:能不能设计出不用人调节就能达到目的的控制?
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202X
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案例1:炮弹的控制系统
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脚踩的力
传动装置
缝纫机
缝纫机速度
输入转速
缝纫机
输出转速
2)电冰箱的温度控制系统 其参考框图如下:
设定的 温度
给定量
比较器 +
-
控制 电路 控制
器
电机压缩器 执行器
电冰箱 被控对象
感温装置 检测装置
箱内的 温度
被控量
3)走道路灯的声光控制系统
白天或夜晚光线较亮时,声控部分不起作用。当光线 较暗时,负载电路的通断受控于声控部分。电路是否接通, 取决于声音信号的强度。当声强达到一定程度时,电路自 动接通,点亮白炽灯,并开始延时,延时时间到,开关自 动关断,等待下一次声音信号触发。这样,通过对环境声 光信号的检测与处理,完成电路通断的自动开关控制。其 参考框图如下:
4控制系统的工作过程与方式2
复习:
1、控制系统:
开环控制系统 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
输入量 控制器
控制量
输出量
执行器
被控对象
开环控制系统(信息传递是单向的)
对一种自动装置的设计和分析,通常都是从输入量给定开 始,到输出量稳定为止来分析其工作过程的,一般不把人作为 环节加入其中。
声光 信号
声光检测 红绿灯自动控制(根据车流量大小 改变红绿灯时间)系统.
目前所用的交通路口的红绿灯控制系统一般都是按给定的 时序来控制的,因此应该是开环控制系统。对车流量因素的考 虑,是在调查统计的基础上在设计给定时序时体现的。其参考 框图如下:
设定好亮 /灭时序
时序控 制装置
红绿灯
输出亮/ 灭时序