第四单元控制及其设计第二节开环控制系统的工作过程 (共57张PPT)
文档属性
| 名称 | 第四单元控制及其设计第二节开环控制系统的工作过程 (共57张PPT) |  | |
| 格式 | ppt | ||
| 文件大小 | 21.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 通用技术 | ||
| 更新时间 | 2021-11-03 10:23:30 | ||
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文档简介
(共57张PPT)
A.拔动教室电灯开关，灯的亮与不亮与手动有关。
日常生活中的控制：
B.声光感应开关，当有声音时灯亮。
日常生活中的控制：
C.红外感应出水龙头，手靠近水龙头出水，离开则不出水。
日常生活中的控制：
D.宾馆自动门，当有人进入，门自动打开，人离开几秒钟后自动关闭。
日常生活中的控制：
A.拔动教室电灯开关，灯的亮与不亮与手动有关。
B.声光感应开关，当有声音时灯亮。
C.红外感应出水龙头，手靠近水龙头出水，离开则不出水。
D.宾馆自动门，当有人进入，门自动打开。人离开几秒钟后自动关闭。
日常生活中的控制：
以上活动的特征 :
一个输入信号（如手拔开关）对应着一个输出信号（如灯亮或不亮）。
亮
灭
第1题：电极水位传感器用干簧管传感器代替，导线与干簧管两端相连，可放于最高水位处。用发泡胶让传感器磁铁浮于水面，随水位的变化而上下移动，到达最高水位时就可触动干簧管，实现水位报警。
第2题：报警装置只能提供达到最高水位的消息，它与溢流孔没有关系。溢流孔是当水池中的水满后，让多余的水沿设定方向流出，防止流到别处。
这些控制是怎样实现控制功能的呢？或者说，它们工作过程是怎样的呢？
第二节 开环控制系统的工作过程
任务一 理解控制系统
1、什么是控制系统：
一、控制系统
控制的对象是什么
控制要达到什么目的
采取什么控制手段
然后，控制的实现又是通过哪些具体的环节呢
要想进一步了解控制，我们首先需要分析
任何一种控制的实现，都要通过若干个环节共同实现，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统，称为控制系统。控制系统的输出和输入之间有一定的对应关系。
电子门铃的电子控制系统
控制系统涵义
控制系统
输入
输出
什么是控制系统？
控制系统方框图
上述水位报警控制装置中，水位是该控制装置的输入，通过水位传感器将信息传送到控制器；当水位达到报警值时，控制器输出信号到报警器，发出声光报警。这样一个系统称为控制系统。
水位传感器、控制器、报警器
输入
声音、灯光
水位
输出
例如：街道、宿舍走廊或其他公共场所的光控路灯。
例如：下雨天能够自动关闭窗户的装置。
灯泡
光控开关
外界光线的强弱
（输入）
灯泡的亮与熄
（输出）
窗户
电机机
感湿器
雨水
（输入）
窗户的关闭
（输出）
控制事例 控制的对象 控制的目的 控制的手段
电灯的开关控制
自行车速度的控制
电风扇扇叶转速快慢的控制
电灯
自行车
电风扇
电灯的开关
速度的调节
调节速度
换档
改变踩动脚蹬的力气、快慢
拨动开关
举例
【马上行动】指出表中所列事例是否属于控制系统，如果是控制系统，请指出系统的输入、输出分别是什么？
是否属于控制系统 输入 输出
电饭煲
脱粒机
红外线自动水龙头
是
是
是
做饭指令（电信号）
启动指令（电信号）
人手的红外信号
锅内的温度
脱粒的量
出水和不出水
任何控制都要通过若干个环节来实现，这些环节所涉及的装置构成了一个系统，称为控制系统。控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系。
任务二 分析开环控制系统工作过程
若要远程控制该浇水系统，就要用具有网络控制功能的装置代替定时控制器，如采用网络控制器、无线WiFi控制开关等。
控制系统的方框图
定时浇水控制系统，将时间设定到定时浇水控制系统的定时器中，到了设定时间就自动接通潜水泵，开始往水管里抽水，通过调节定时器通电时长，控制滴到植物土壤中的水量。
其中，定时器设定的时间是输入量，水管的出水量是输出量。
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。
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。
2、开环控制系统
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
控制量
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。
输入量
输出量
开环控制系统的方框图
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
控制量
输入量
输出量
开环控制系统的方框图：
输入量：控制系统的给定量。如设定时间
控制器：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。如定时器
执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件。如水泵
控制量：执行器的输出信号。如流过水管的水量
被控对象：控制系统中所要求控制的装置或生产过程。如出水管
输出量（被控量）：控制系统所要控制的量，也是控制系统的输出信号。如浇灌的水量
举例：普通游泳池注水控制系统控制过程
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低与进水的时间一一对应。我们可以利用定时器来控制进水阀门的开启与关闭。
游泳池注水开环控制系统
输入量
控制器
执行器
被控对象
输出量
定时器
进水阀门
游泳池
设定注水时间
输入
水流量
游泳池水位
输出
控制量
被控量
给定值
讨论：这个注水控制系统有什么缺陷？
案例：自动门
红外传感器
控制器
电动机
门
自动门
传感器
控制器
执行器
对象
自动门控制系统的基本组成
1m
2、工作过程：
（10s后）
2、功能：
无人时，常关；
有人，开门。
1、技术要求：
（1）当人距门1m（也可设其他值）时，门打开；
（2）门打开后，延时10s（也可设其他值）后关门。
控制
电路
电动机
自动门
转动
红外装置检测人体热辐射发出的信号
门的开启或关闭
控制器
执行器
被控对象
被控量
控制量
自动门的开环控制系统
输入量
控制量:执行器的输出信号。
被控量:控制系统的输出信号。
控制量与被控量的区别:
开环控制系统特征：
系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递，输出量不对控制系统产生任何影响。
控制方式：按给定值操纵。信号由给定值至输出量单向传递。一定的给定值对应一定的输出量。系统的控制精度取决于系统事先的调整精度。对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿（系统本身没有自动纠错的能力，要进行纠正，必须再借助于人工。）。结构简单，成本低廉。
列举你所知道的开环控制系统。
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、
火灾自动报警控制系统、
公园的音乐喷泉自动控制系统、
闹钟定时控制系统、
宾馆自动叫醒服务系统、
声控灯、
自动烘手机、
自动水龙头、
洗衣机、
电风扇的风速控制、
直流电动机和数控机床等。
红外自动水龙头常用于机场、酒店等公共场所。当手伸人感应区时，控制电路带动电磁阀，使水龙头开关打开自动出水，下图所示为这种自动水龙头的开环控制系统方框图。
举例：红外自动水龙头的开环控制系统
人手信号
（输入量）
水龙头开关
水龙头出水（输出量）
电磁阀
电磁阀开启的时间量
控制电路
控制量
控制器
执行器
被控对象
举例：普通家用电饭煲的煮饭控制。
普通电饭锅的控制中，加热过程的控制是一个以温度为变量、按时间顺序变化的时序控制，因而，它是一个开环自动控制系统。控制的对象是电饭锅内的内锅，输出量是内锅温度按时间变化的规律。输入量是“做饭指令”，这个指令的核心是：内锅温度低于限制温度（103℃），电热盘工作；内锅温度达到限制温度，电热盘停止工作；内锅温度达到限制温度，电热盘停止工作；内锅温度下降到保温点（65℃）时，实施保温控制。在具体操作上是由按钮实施。系统的执行器是电热盘。
煮饭指令（输入量）
保温限温控制装置
电热盘
内锅
煮饭
（输出量）
电饭煲开环控制系统
控制量
控制器
执行器
被控对象
输出量是内锅温度按时间变化的规律
输入量是“做饭指令”
控制量为电热盘工作时发热量
举例：公共汽车车门的开关控制系统。
按开关
（输入量）
车门
车门开或关（输出量）
电磁阀
气动活塞的行程
控制电路
控制量
控制器
执行器
被控对象
当系统自身计时出现误差时，叫醒报务时间是否准确？也就是系统能否修正这一误差？
这是一个开环控制系统，所以如果系统自身时间计时有误，系统不能自动调整过来，叫醒时间也就要出差错。
举例：酒店自动叫醒服务控制系统的工作过程。
设定叫醒时间
电脑
客房电话
叫醒信号
铃声
拨号装置
电流
举例：火灾自动报警系统由火灾探测器、现场报警部件、报警控制器组成。火灾探测器包括感烟探测器和感温探测器，现场报警器包括警铃、讯响铃、报警门灯等，报警控制器按显示方式分为数码显示和液晶显示两种不同的类型。
报警声
烟感控制装置
报警部件
报警控制器
电信号
烟雾信号
举例：走道灯的声光开环控制系统
声-电传感器
触点延时开关
走道灯
有、无声音
灯亮、灭
(1)音乐喷泉的控制：随着音乐起伏而变化的音乐喷泉是控制技术的一种具体应用。其工作过程是由“声一电转换装置”将起伏的音乐强度转换为随之而变化的电信号，这种电信号驱动电动机带动水泵转动。音乐信号强，水泵的转速就快，喷出的水柱就高。反之，音乐信号弱，水泵的转速就慢，喷出的水柱就低。音乐信号的强弱与喷泉水柱的高低一一对应。其控制系统方框图为：
1、音乐喷泉的开关控制系统
（音乐）
输入量
喷嘴
（喷水与否）
输出量
水泵
阀门
开、关
声-电转换装置
控制量
控制器
执行器
被控对象
(2)公交车自动车门工作原理具体为：公交车一般都是折叠门，驾驶员一按开关，控制电路得到信号，使电磁阀通电推动活塞将车门打开或关上。
2、公共汽车车门的开关控制系统。
按开关
（输入量）
车门
车门开或关（输出量）
电磁阀
气动活塞的行程
控制电路
控制量
控制器
执行器
被控对象
点火
（输入量）
庙门
庙门开或关（输出量）
转轴3转动
转轴转动的行程
1、2及重锤
控制量
控制器
执行器
被控对象
希罗的自动门开环控制系统
人体红外
信号
（输入量）
自动门
门打开或关闭（输出量）
电动机
转动
控制
电路
控制量
控制器
执行器
被控对象
自动门的开环控制系统
开环控制系统中的检测装置输出的信号一般作为控制系统的输入量，常用于控制器的输入信号。
抓拍信号
（输入量）
行驶的汽车
确定是否违法（输出量）
数据比对
指挥中心
控制器
执行器
被控对象
雷达测速系统工作过程方框图为：
(1)自动开闭垃圾桶工作过程流程图为：
人手信号
（输入量）
桶盖
桶盖开闭（输出量）
电磁连杆
控制电路
控制器
执行器
被控对象
(2)垃圾桶开闭时而正常时而不正常的可能原因：传感器的灵敏度低；控制电路接触不良；电磁连杆机构损坏；电池电量不足等。
A.拔动教室电灯开关，灯的亮与不亮与手动有关。
日常生活中的控制：
B.声光感应开关，当有声音时灯亮。
日常生活中的控制：
C.红外感应出水龙头，手靠近水龙头出水，离开则不出水。
日常生活中的控制：
D.宾馆自动门，当有人进入，门自动打开，人离开几秒钟后自动关闭。
日常生活中的控制：
A.拔动教室电灯开关，灯的亮与不亮与手动有关。
B.声光感应开关，当有声音时灯亮。
C.红外感应出水龙头，手靠近水龙头出水，离开则不出水。
D.宾馆自动门，当有人进入，门自动打开。人离开几秒钟后自动关闭。
日常生活中的控制：
以上活动的特征 :
一个输入信号（如手拔开关）对应着一个输出信号（如灯亮或不亮）。
亮
灭
第1题：电极水位传感器用干簧管传感器代替，导线与干簧管两端相连，可放于最高水位处。用发泡胶让传感器磁铁浮于水面，随水位的变化而上下移动，到达最高水位时就可触动干簧管，实现水位报警。
第2题：报警装置只能提供达到最高水位的消息，它与溢流孔没有关系。溢流孔是当水池中的水满后，让多余的水沿设定方向流出，防止流到别处。
这些控制是怎样实现控制功能的呢？或者说，它们工作过程是怎样的呢？
第二节 开环控制系统的工作过程
任务一 理解控制系统
1、什么是控制系统：
一、控制系统
控制的对象是什么
控制要达到什么目的
采取什么控制手段
然后，控制的实现又是通过哪些具体的环节呢
要想进一步了解控制，我们首先需要分析
任何一种控制的实现，都要通过若干个环节共同实现，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统，称为控制系统。控制系统的输出和输入之间有一定的对应关系。
电子门铃的电子控制系统
控制系统涵义
控制系统
输入
输出
什么是控制系统？
控制系统方框图
上述水位报警控制装置中，水位是该控制装置的输入，通过水位传感器将信息传送到控制器；当水位达到报警值时，控制器输出信号到报警器，发出声光报警。这样一个系统称为控制系统。
水位传感器、控制器、报警器
输入
声音、灯光
水位
输出
例如：街道、宿舍走廊或其他公共场所的光控路灯。
例如：下雨天能够自动关闭窗户的装置。
灯泡
光控开关
外界光线的强弱
（输入）
灯泡的亮与熄
（输出）
窗户
电机机
感湿器
雨水
（输入）
窗户的关闭
（输出）
控制事例 控制的对象 控制的目的 控制的手段
电灯的开关控制
自行车速度的控制
电风扇扇叶转速快慢的控制
电灯
自行车
电风扇
电灯的开关
速度的调节
调节速度
换档
改变踩动脚蹬的力气、快慢
拨动开关
举例
【马上行动】指出表中所列事例是否属于控制系统，如果是控制系统，请指出系统的输入、输出分别是什么？
是否属于控制系统 输入 输出
电饭煲
脱粒机
红外线自动水龙头
是
是
是
做饭指令（电信号）
启动指令（电信号）
人手的红外信号
锅内的温度
脱粒的量
出水和不出水
任何控制都要通过若干个环节来实现，这些环节所涉及的装置构成了一个系统，称为控制系统。控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系。
任务二 分析开环控制系统工作过程
若要远程控制该浇水系统，就要用具有网络控制功能的装置代替定时控制器，如采用网络控制器、无线WiFi控制开关等。
控制系统的方框图
定时浇水控制系统，将时间设定到定时浇水控制系统的定时器中，到了设定时间就自动接通潜水泵，开始往水管里抽水，通过调节定时器通电时长，控制滴到植物土壤中的水量。
其中，定时器设定的时间是输入量，水管的出水量是输出量。
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。
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。
2、开环控制系统
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
控制量
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。
输入量
输出量
开环控制系统的方框图
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
控制量
输入量
输出量
开环控制系统的方框图：
输入量：控制系统的给定量。如设定时间
控制器：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。如定时器
执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件。如水泵
控制量：执行器的输出信号。如流过水管的水量
被控对象：控制系统中所要求控制的装置或生产过程。如出水管
输出量（被控量）：控制系统所要控制的量，也是控制系统的输出信号。如浇灌的水量
举例：普通游泳池注水控制系统控制过程
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低与进水的时间一一对应。我们可以利用定时器来控制进水阀门的开启与关闭。
游泳池注水开环控制系统
输入量
控制器
执行器
被控对象
输出量
定时器
进水阀门
游泳池
设定注水时间
输入
水流量
游泳池水位
输出
控制量
被控量
给定值
讨论：这个注水控制系统有什么缺陷？
案例：自动门
红外传感器
控制器
电动机
门
自动门
传感器
控制器
执行器
对象
自动门控制系统的基本组成
1m
2、工作过程：
（10s后）
2、功能：
无人时，常关；
有人，开门。
1、技术要求：
（1）当人距门1m（也可设其他值）时，门打开；
（2）门打开后，延时10s（也可设其他值）后关门。
控制
电路
电动机
自动门
转动
红外装置检测人体热辐射发出的信号
门的开启或关闭
控制器
执行器
被控对象
被控量
控制量
自动门的开环控制系统
输入量
控制量:执行器的输出信号。
被控量:控制系统的输出信号。
控制量与被控量的区别:
开环控制系统特征：
系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递，输出量不对控制系统产生任何影响。
控制方式：按给定值操纵。信号由给定值至输出量单向传递。一定的给定值对应一定的输出量。系统的控制精度取决于系统事先的调整精度。对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿（系统本身没有自动纠错的能力，要进行纠正，必须再借助于人工。）。结构简单，成本低廉。
列举你所知道的开环控制系统。
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、
火灾自动报警控制系统、
公园的音乐喷泉自动控制系统、
闹钟定时控制系统、
宾馆自动叫醒服务系统、
声控灯、
自动烘手机、
自动水龙头、
洗衣机、
电风扇的风速控制、
直流电动机和数控机床等。
红外自动水龙头常用于机场、酒店等公共场所。当手伸人感应区时，控制电路带动电磁阀，使水龙头开关打开自动出水，下图所示为这种自动水龙头的开环控制系统方框图。
举例：红外自动水龙头的开环控制系统
人手信号
（输入量）
水龙头开关
水龙头出水（输出量）
电磁阀
电磁阀开启的时间量
控制电路
控制量
控制器
执行器
被控对象
举例：普通家用电饭煲的煮饭控制。
普通电饭锅的控制中，加热过程的控制是一个以温度为变量、按时间顺序变化的时序控制，因而，它是一个开环自动控制系统。控制的对象是电饭锅内的内锅，输出量是内锅温度按时间变化的规律。输入量是“做饭指令”，这个指令的核心是：内锅温度低于限制温度（103℃），电热盘工作；内锅温度达到限制温度，电热盘停止工作；内锅温度达到限制温度，电热盘停止工作；内锅温度下降到保温点（65℃）时，实施保温控制。在具体操作上是由按钮实施。系统的执行器是电热盘。
煮饭指令（输入量）
保温限温控制装置
电热盘
内锅
煮饭
（输出量）
电饭煲开环控制系统
控制量
控制器
执行器
被控对象
输出量是内锅温度按时间变化的规律
输入量是“做饭指令”
控制量为电热盘工作时发热量
举例：公共汽车车门的开关控制系统。
按开关
（输入量）
车门
车门开或关（输出量）
电磁阀
气动活塞的行程
控制电路
控制量
控制器
执行器
被控对象
当系统自身计时出现误差时，叫醒报务时间是否准确？也就是系统能否修正这一误差？
这是一个开环控制系统，所以如果系统自身时间计时有误，系统不能自动调整过来，叫醒时间也就要出差错。
举例：酒店自动叫醒服务控制系统的工作过程。
设定叫醒时间
电脑
客房电话
叫醒信号
铃声
拨号装置
电流
举例：火灾自动报警系统由火灾探测器、现场报警部件、报警控制器组成。火灾探测器包括感烟探测器和感温探测器，现场报警器包括警铃、讯响铃、报警门灯等，报警控制器按显示方式分为数码显示和液晶显示两种不同的类型。
报警声
烟感控制装置
报警部件
报警控制器
电信号
烟雾信号
举例：走道灯的声光开环控制系统
声-电传感器
触点延时开关
走道灯
有、无声音
灯亮、灭
(1)音乐喷泉的控制：随着音乐起伏而变化的音乐喷泉是控制技术的一种具体应用。其工作过程是由“声一电转换装置”将起伏的音乐强度转换为随之而变化的电信号，这种电信号驱动电动机带动水泵转动。音乐信号强，水泵的转速就快，喷出的水柱就高。反之，音乐信号弱，水泵的转速就慢，喷出的水柱就低。音乐信号的强弱与喷泉水柱的高低一一对应。其控制系统方框图为：
1、音乐喷泉的开关控制系统
（音乐）
输入量
喷嘴
（喷水与否）
输出量
水泵
阀门
开、关
声-电转换装置
控制量
控制器
执行器
被控对象
(2)公交车自动车门工作原理具体为：公交车一般都是折叠门，驾驶员一按开关，控制电路得到信号，使电磁阀通电推动活塞将车门打开或关上。
2、公共汽车车门的开关控制系统。
按开关
（输入量）
车门
车门开或关（输出量）
电磁阀
气动活塞的行程
控制电路
控制量
控制器
执行器
被控对象
点火
（输入量）
庙门
庙门开或关（输出量）
转轴3转动
转轴转动的行程
1、2及重锤
控制量
控制器
执行器
被控对象
希罗的自动门开环控制系统
人体红外
信号
（输入量）
自动门
门打开或关闭（输出量）
电动机
转动
控制
电路
控制量
控制器
执行器
被控对象
自动门的开环控制系统
开环控制系统中的检测装置输出的信号一般作为控制系统的输入量，常用于控制器的输入信号。
抓拍信号
（输入量）
行驶的汽车
确定是否违法（输出量）
数据比对
指挥中心
控制器
执行器
被控对象
雷达测速系统工作过程方框图为：
(1)自动开闭垃圾桶工作过程流程图为：
人手信号
（输入量）
桶盖
桶盖开闭（输出量）
电磁连杆
控制电路
控制器
执行器
被控对象
(2)垃圾桶开闭时而正常时而不正常的可能原因：传感器的灵敏度低；控制电路接触不良；电磁连杆机构损坏；电池电量不足等。