第四章第三节任务一 解析闭环控制系统工作过程 课件 (共32张PPT)

(共32张PPT)
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。
游泳池注水
我们可以在注水口处装一个定时器，通过定时器来控制注水的水位。
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
输入量
水流量
游泳池水位
输出量
控制量
被控量
给定值
讨论：这个注水控制系统有什么缺陷？
进水管的水压会在注水过程中发生变化，比如水压会变小，此时若还使用这一种注水系统，会导致：
设定的时间到了，游泳池的水还没有达到预期的水位。
如何解决这一问题？
设计该控制系统的目的：在存在干扰因素的情况下，如何克服干扰，达到预期目标。
在存在干扰的情况下，我们可以想办法消除掉它对被控对象的影响，使事态的发展回归正途。
第三节 闭环控制系统的工作过程
任务一 解析闭环控制系统工作过程
游泳池水位
控制器
进水阀门
游泳池
设定水位
水流量
检测装置
＋
控制器
执行器
被控对象
检测装置
控制量
给定量
比较器
被控量
－
＋
闭环控制系统方框图
干扰
干扰
游泳池水位
控制器
进水阀门
游泳池
设定水位
水流量
检测装置
比较器
－
1、闭环控制系统
检测装置
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
控制量
比较器
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称为闭环控制系统。
闭环控制系统的方框图如下：
检测装置
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
控制量
比较器
与开环控制系统相比，闭环控制系统多了一个比较器和由检测装置组成的环节，构成一条闭合回路。
闭环控制系统的方框图如下：
在上述土壤湿度控制系统中，输入信号是设定的土壤湿度。湿度传感器检测到的土壤湿度信号返回到控制系统的输人端，通过一个具有计算功能的装置（比较器）．与给定湿度值作比较。当实际湿度比设定湿度低时．控制器控制电磁阀打开，给植物浇水；当实际土壤湿度达到设定的土壤湿度时，控制器发出信号关闭电磁阀，停止浇水。
该浇水自动闭环控制系统的方框图
是比较器．它将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值；控制器将这一偏差值进行运算处理，并向执行器下达控制指令。
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反馈通道。
不洒水
打开
洒水
关闭
电磁阀的开启与关闭取决于来自湿度传感器的信号。
举例分析：我们来分析一下人拿杯子这个动作完成的过程。人在打算拿桌子上的杯子时，首先要看一下，杯子的位置与自己手的距离有多少，然后人的大脑会命令自己的手做出动作，向减少这个距离的方向移动，同时不断的观察两者之间的距离还有多少，直到人的手碰到了杯子，大脑就命令手停止运动，杯子也就拿到了。这个过程可以用下边的图来表示。
杯子的位置
大脑
人手
人手的位置
人眼
人类行为控制系统举例
人眼
人手
在这个例子中，
①杯子的位置作为人控制手要达到的位置（给定量）。
②人眼（比较器）（检测装置）一方面感知该控制系统输出量即人手的位置命令另一方面得出它与给定量之间的差距，大脑相当于控制器。
③人手兼职执行器和被控对象双重角色。
显然该系统具备较高的控制精度且抗干扰能力强，其原因就在于它将给定量与所检测的被控量进行比较，也就是说我们如果增加检测和比较环节，就能解决干扰的问题，做到高精度的控制。
2、闭环控制系统的特点:

1)系统输出量对控制作用有直接影响。

2）有反馈环节，并应用反馈减小误差。

3）当出现干扰时，可以自动减弱其影响。
4)低精度元件可组成高精度系统；
举例
2、人工调节液面
1、电冰箱的温度控制系统
1、电冰箱的温度控制系统
控制
电路
电机-压缩机组
电冰箱
制冷量
箱内实际温度
预设温度
检测装置
（热敏电阻）
比较器
眼睛
大脑
手、阀门
容器
给定值
比较器
液面位置
2、人工调节液面
水流量
浮球
控制器
阀门
水箱
预设水位
进水量
比较器
3、供水水箱的水位自动控制系统
水箱内水位
热电偶
控制器
加热器
加热炉
设定温度
比较器
4、加热炉的温自动控制系统
热量
炉内温度
5 、抽水马桶水箱控制系统
-
给定 +
水位
比较器
连杆机构
进水阀门
水流量
水箱
水箱内水位
浮球
-
6、粮库的湿度和温度自动控制，一般采用闭环控制系统，增设定时检测温度和湿度的装置，与给定的温度和湿度比较，当出现偏差时，相应调节温度和湿度。方框图如下：
+
比较器
控制器
降温除
湿装置
粮仓
实际温度湿度
温度湿度
检测装置
-
设定温度、湿度
7、家用压力锅的工作原理
安全阀上有一个重锤，它平时压在高压锅的排气孔上。当高压锅内温度升高时，锅内气体压力增大，超过一定值，重锤被顶起，蒸汽外冒，锅内气体压力下降到安全值范围内。
重锤
出汽孔
压力锅
锅内压力
重锤
重锤重力
比较器
出气量
(1)光控窗帘控制系统：开环控制系统
控制器（光的检测装置）
电动机
窗帘
设定光线强度
窗帘开或闭
转动
(4)交通路口红绿灯自动控制（根据车流量大小改变红绿灯时间）系统：闭环控制系统
一般的交通路口红绿灯控制系统，其红、绿、黄灯亮的时间是固定的，不会根据车流量大小而改变红绿灯的时间，这种红绿灯控制系统为开环控制系统。
控制器（电脑）
时序控制装置
红绿灯
设定亮、灭时序
灯亮、灭
时序
电流
比较器
控制器路
红绿灯
路面车辆
感应装置
给定
车流量
红绿灯时间
车流量
如果控制系统能根据车流量大小改变红绿灯时间，说明控制系统有检测车流量的装置，并把检测到的信息反馈给控制系统，从而改变红绿灯的时间，红绿灯的时间是该系统的控制量，这是一个闭环控制系统。
+
-
该调速器的传感装置是四连杆机构和重球构成的离心摆。重球的升降带动套筒的升降，再通过调节杠杆，调节阀门的大小。
离心式调速器对蒸汽机转速的控制：
主弹簧及连接杆
活动触点
电冰箱
感温包