4.3闭环控制系统的工作过程课件-2021-2022学年高中通用技术苏教版（2019）必修《技术与设计2》(共37张PPT)
文档属性
| 名称 | 4.3闭环控制系统的工作过程课件-2021-2022学年高中通用技术苏教版（2019）必修《技术与设计2》(共37张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 5.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 通用技术 | ||
| 更新时间 | 2022-05-06 07:57:05 | ||
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文档简介
(共37张PPT)
第3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
技术体验：搭建土壤湿度控制系统
土壤湿度情况 电磁阀的状态 花洒的状态
当湿度传感器检测到花盆内土壤湿度不够时
当湿度传感器检测到花盆内土壤湿度达到要求时
调试并观察过程并填写下表
打开
洒水
关闭
不洒水
思考：
电磁阀的开启与关闭取决于来自什么装置的信号？
湿度传感器
控制系统工作过程：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入端，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。
土壤湿度控制系统方框图
将给定量
与检测量
进行比较
得出偏差
测被控量
并将其返
回输入端
闭环控制系统
1.闭环控制系统的含义
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
2.闭环控制系统的方框图
闭环控制系统的组成---“五个装置四个量”
传感器
即检测装置，感应控制系统的实际变化信号（即被控量）
控制器
（1）接收处理比较器产生的偏差量
（2）转换并放大信号
（3）向执行器发出控制命令
执行器
提供动力，直接作用在被控对象进行控制的装置或元件
被控对象
系统本身或控制系统的组成部分（物理存在的物质）
比较器
检测给定量与被控量是否有偏差的装置
给定量
被控量
控制系统的实际变化值----变量
人为设定的数值或范围---定值
3.闭环控制系统各部分的作用
(1)给定量:即输入量。
(2)被控量:即输出量。
(3)检测装置:检测出被控量并返回到系统的输入端。
(4)比较器:将给定量与所检测的被控量进行比较,求出偏差值。
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。
P121【马上行动】判断下列控制系统是否属于闭环控制系统，并画出方框图
控制系统 是否属于闭环控制系统 方框图
光控窗帘控制系统
电冰箱的温度控制系统
声光楼道灯控制系统
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
开环控制系统
闭环控制系统
开环控制系统
闭环控制系统
输入量
输出量
控制器
执行器
被控制对象
（光感传感器）
（控制电路）
（电机）
（窗帘）
（开或关窗帘）
（设定温度）
（温控系统）
（压缩机）
（电冰箱）
（冰箱内温度）
（温度检测装置）
声光信号
声光检测控制装置
开关
楼道灯
亮与灭
智能红绿灯系统
比较器
+
-
控制电路
感应开关
红绿灯
红绿信号/实际车流量
车流量检测器
设定车流量
供水箱的水位控制系统
游泳池的水位控制系统
大棚的温度控制系统
电饭煲的保温控制系统
加热炉的温度控制系统
空调的温度控制系统
水位控制
温度控制
常见闭环控制系统
总结与思考：如何区别开环与闭环控制系统？
① 看检测装置做什么：闭环控制系统的检测装置检测输出量（被控量），开环控制系统检测装置检测输入量（给定量）。
② 看是否有反馈比较过程：闭环控制有反馈比较；开环一般没有。
③ 看输入、输出是否是同一种物理量：闭环控制的输入与输出量是同一类物理量，开环基本不是同一类物理量。
④ 看控制的目的：闭环控制的目的是使输出量保持一定的稳定状态，开环只保证输出正常即可。
特别提醒：是否有检测装置的不能作为区别开环闭环的方法。
你能结合案例进一步说明吗？
下雨天能够自动关闭窗户的装置。假设常态下窗户是打开状态，有一个感湿器在窗户的上部，当它感测到有雨水时，感湿器发出一个信号接通电源使电动机转动，带动窗户关闭。
自动窗的控制系统:
雨水
感湿器
电动机
窗户
窗户的关闭
转动
检测装置（湿敏传感器）
开环控制系统
【任务二】辨析反馈在控制系统中的作用
普通电热壶
保温电热壶
【反馈】反馈在自动控制系统中，将输出量通过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.
闭环控制系统中一定有反馈。开环控制系统一定无反馈环节
反馈方法：利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法。
自动控制系统 输入量 检测装置 输出量
花房恒温自动控制 设定的温度 热敏传感器 实际温度
花房湿度自动控制 设定的湿度 湿度传感器 实际的湿度
花房光照自动控制 设定的光照强度 光敏传感器 实际光照
干扰因素可能有一个，也可能有若干个；
干扰因素
什么是干扰？
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（interference）因素。
关于干扰
干扰因素有自然环境造成的，也有人为的；
干扰因素都是作用在控制对象上，其作用是破坏控制系统的平衡
干扰既存在于闭环控制中，也存在于开环控制中；
几乎所有控制系统都存在着干扰因素，干扰不可能被杜绝
在一般控制系统中，干扰因素需要被克服。
在有些情况下，却可以利用干扰因素实现某种目的。
干扰因素
克服干扰方法
A.消除干扰
如:在飞机上不能使用通信工具
B.减弱干扰
如:电器在使用时远离其它电子设备
C.提高控制系统性能
如:采用闭环控制系统
注 意
在进行控制系统设计时，必须对可能存在的干扰进行全面的调查和分析，如果干扰比较严重，会对控制目标影响产生严重的后果，就必须考虑抗干扰措施，保证控制系统的正常工作。
战士雨中射击训练
电饭煲保温时频繁打开锅盖将冷食物放入其中。
一般情况下，干扰需要克服
关好窗户，开空调
利用干扰因素
金属探测
闭环控制系统与开环控制系统的比较
类别 控制精度 系统结构复杂程度 系统成本 适用场合
闭环控制系统 高
开环控制系统 低
低
高
简单
复杂
精度要求不高，本身较稳定
要求高精度、高可靠性
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，进而推断系统内部结构及其功能的方法。
中医脉诊
挑西瓜与黑箱方法
课堂练习
1.如图所示是一加热炉的恒温自动控制示意图。以下关于该控制系统说法正确的是( )
A.该控制系统的设计模拟了人的功能和行为,这种研究方法是黑箱方法
B.电热丝在控制系统中的作用是检测温度并反馈
C.调低设定温度或炉体隔热性能不好会导致炉内温度降低,都是该控制系统的干扰因素
D.在加热炉工作时,如果炉内温度大大超过了设定值,可能的原因是控制器损坏
D
2.如图所示为一款宾馆用的感应式液压自动餐炉。当传感器检测到人靠近时,液压装置会自动打开炉盖,方便客人查看或夹取食物,客人离开几秒钟后,炉盖自动关闭,以保持食物的温度与卫生。以下关于该炉盖开合控制系统的分析中正确的是( )
A.控制方式属于闭环控制
B.传感器可以选用热敏传感器
C.执行器是液压装置
D.多人同时靠近为其干扰因素
C
3.某校学生设置了雨天自动关窗装置,其工作原理:下雨时,湿度传感器把检测到的雨水信号传给放大及处理电路,启动电动机关闭窗户。关于这个控制系统,下列说法正确的是( )
A.雨水信号是输出量
B.控制器是电动机
C.执行器是湿度传感器
D.被控对象是窗户
D
4.王欢同学想设计如图所示的自动晾衣杆控制系统,当下雨时晾衣杆会自动收回。她认为该系统可以由湿敏传感器、控制电路、电动机、齿轮齿条、限位开关、晾衣杆等部件组成。该控制系统的被控对象是( )
A.电动机
B.控制电路
C.晾衣杆
D.湿敏传感器
C
5.如图所示是汽车轮胎维护控制系统示意图。汽车行驶时,压力传感器将检测到的轮胎压力信号传送给ECU电子控制单元,当轮胎气压比正常压力低10%时,车上的报警灯通知驾驶员,系统打开止回阀对管道进行加压并检查压力。如管道未达到正常压力,系统开始对轮胎进行充气,直到达到正常压力。关于轮胎的充气控制,下列说法不正确的是( )
A.输入量是正常压力值
B.被控对象是报警灯
C.控制器是ECU电子控制单元
D.该控制是闭环控制
B
被控对象是轮胎
6.如图所示是一种自动寻轨器。本产品有线性跟踪功能,它通过两个红外二极管发出信号和两个接收器感应地面颜色来识别路线,能自己沿自制的黑色轨道行走。当偏离黑色轨道时,寻轨器的单片机电路会根据两个传感器的信号差别判断出是左偏还是右偏,再相应地驱动右轮或左轮纠正行驶的方向。关于寻轨器的控制系统,其设定值是( )
A.自制轨道的黑颜色
B.自制轨道路线的形状
C.寻轨器的行驶方向
D.寻轨器的左偏或者右偏
B
7.如图所示为纸浆浓度控制系统工作原理示意图,其工作原理是:控制器将传感器检测到的配浆浓度与设定值相比较,根据偏差值控制电动调节阀调节清水流量,从而使配浆浓度达到设定值。在该控制系统工作原理示意图中,不直接参与浓度自动控制的部件是( )
A.电动调节阀
B.控制器
C.传感器
D.手动取样阀
手动取样阀属于手动控制部分,与自动控制无关
D
8.如图所示为某校学生设计制作的自动取汤机,能保持汤的温度在一定范围内。按下取汤按钮,就会自动落下一个碗,并放出一定量的汤在碗中。在该自动取汤机的温度控制系统中,不需要的器件是( )
A.温度传感器
B.加热器
C.温度控制器
D.定时器
D
9.如图所示是一种风阻尼器,用于高层建筑应对台风。一个几百吨重的大铁球通过弹簧和液压装置安装在高层建筑物的中上部,当强风来袭时,该装置的传感器探测到建筑物的摇晃程度,通过计算机控制液压装置推动大铁球向反方向运动,从而降低建筑物的摇晃程度。若把大铁球作为被控对象,下列分析中不正确的是( )
A.输入量是建筑物的摇晃程度
B.控制器是计算机
C.控制量是风力的大小
D.输出量是大铁球的运动方向和速度
控制量是描述执行器运行的量,即推力的大小和方向
C
10.下列方法中不属于黑箱方法的是( )
A.用仪器测试集成电路输出信号判断集成电路的功能
B.通过脑电波检查诊断病人大脑的状况
C.列车司机用锤子敲击车轮,通过声音判断有无故障
D.通过胃镜检查诊断病人的胃部疾病
D
黑箱方法是指研究对象的内部无法打开或不便打开的情况下,通过输入量与输出量的关系探测其内部的特性。如果把胃部看做研究对象,胃镜检查则是直接观察研究对象内部情况,与黑箱方法的概念不符
谢谢观看
第3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
技术体验：搭建土壤湿度控制系统
土壤湿度情况 电磁阀的状态 花洒的状态
当湿度传感器检测到花盆内土壤湿度不够时
当湿度传感器检测到花盆内土壤湿度达到要求时
调试并观察过程并填写下表
打开
洒水
关闭
不洒水
思考：
电磁阀的开启与关闭取决于来自什么装置的信号？
湿度传感器
控制系统工作过程：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入端，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。
土壤湿度控制系统方框图
将给定量
与检测量
进行比较
得出偏差
测被控量
并将其返
回输入端
闭环控制系统
1.闭环控制系统的含义
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
2.闭环控制系统的方框图
闭环控制系统的组成---“五个装置四个量”
传感器
即检测装置，感应控制系统的实际变化信号（即被控量）
控制器
（1）接收处理比较器产生的偏差量
（2）转换并放大信号
（3）向执行器发出控制命令
执行器
提供动力，直接作用在被控对象进行控制的装置或元件
被控对象
系统本身或控制系统的组成部分（物理存在的物质）
比较器
检测给定量与被控量是否有偏差的装置
给定量
被控量
控制系统的实际变化值----变量
人为设定的数值或范围---定值
3.闭环控制系统各部分的作用
(1)给定量:即输入量。
(2)被控量:即输出量。
(3)检测装置:检测出被控量并返回到系统的输入端。
(4)比较器:将给定量与所检测的被控量进行比较,求出偏差值。
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。
P121【马上行动】判断下列控制系统是否属于闭环控制系统，并画出方框图
控制系统 是否属于闭环控制系统 方框图
光控窗帘控制系统
电冰箱的温度控制系统
声光楼道灯控制系统
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
开环控制系统
闭环控制系统
开环控制系统
闭环控制系统
输入量
输出量
控制器
执行器
被控制对象
（光感传感器）
（控制电路）
（电机）
（窗帘）
（开或关窗帘）
（设定温度）
（温控系统）
（压缩机）
（电冰箱）
（冰箱内温度）
（温度检测装置）
声光信号
声光检测控制装置
开关
楼道灯
亮与灭
智能红绿灯系统
比较器
+
-
控制电路
感应开关
红绿灯
红绿信号/实际车流量
车流量检测器
设定车流量
供水箱的水位控制系统
游泳池的水位控制系统
大棚的温度控制系统
电饭煲的保温控制系统
加热炉的温度控制系统
空调的温度控制系统
水位控制
温度控制
常见闭环控制系统
总结与思考：如何区别开环与闭环控制系统？
① 看检测装置做什么：闭环控制系统的检测装置检测输出量（被控量），开环控制系统检测装置检测输入量（给定量）。
② 看是否有反馈比较过程：闭环控制有反馈比较；开环一般没有。
③ 看输入、输出是否是同一种物理量：闭环控制的输入与输出量是同一类物理量，开环基本不是同一类物理量。
④ 看控制的目的：闭环控制的目的是使输出量保持一定的稳定状态，开环只保证输出正常即可。
特别提醒：是否有检测装置的不能作为区别开环闭环的方法。
你能结合案例进一步说明吗？
下雨天能够自动关闭窗户的装置。假设常态下窗户是打开状态，有一个感湿器在窗户的上部，当它感测到有雨水时，感湿器发出一个信号接通电源使电动机转动，带动窗户关闭。
自动窗的控制系统:
雨水
感湿器
电动机
窗户
窗户的关闭
转动
检测装置（湿敏传感器）
开环控制系统
【任务二】辨析反馈在控制系统中的作用
普通电热壶
保温电热壶
【反馈】反馈在自动控制系统中，将输出量通过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.
闭环控制系统中一定有反馈。开环控制系统一定无反馈环节
反馈方法：利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法。
自动控制系统 输入量 检测装置 输出量
花房恒温自动控制 设定的温度 热敏传感器 实际温度
花房湿度自动控制 设定的湿度 湿度传感器 实际的湿度
花房光照自动控制 设定的光照强度 光敏传感器 实际光照
干扰因素可能有一个，也可能有若干个；
干扰因素
什么是干扰？
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（interference）因素。
关于干扰
干扰因素有自然环境造成的，也有人为的；
干扰因素都是作用在控制对象上，其作用是破坏控制系统的平衡
干扰既存在于闭环控制中，也存在于开环控制中；
几乎所有控制系统都存在着干扰因素，干扰不可能被杜绝
在一般控制系统中，干扰因素需要被克服。
在有些情况下，却可以利用干扰因素实现某种目的。
干扰因素
克服干扰方法
A.消除干扰
如:在飞机上不能使用通信工具
B.减弱干扰
如:电器在使用时远离其它电子设备
C.提高控制系统性能
如:采用闭环控制系统
注 意
在进行控制系统设计时，必须对可能存在的干扰进行全面的调查和分析，如果干扰比较严重，会对控制目标影响产生严重的后果，就必须考虑抗干扰措施，保证控制系统的正常工作。
战士雨中射击训练
电饭煲保温时频繁打开锅盖将冷食物放入其中。
一般情况下，干扰需要克服
关好窗户，开空调
利用干扰因素
金属探测
闭环控制系统与开环控制系统的比较
类别 控制精度 系统结构复杂程度 系统成本 适用场合
闭环控制系统 高
开环控制系统 低
低
高
简单
复杂
精度要求不高，本身较稳定
要求高精度、高可靠性
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，进而推断系统内部结构及其功能的方法。
中医脉诊
挑西瓜与黑箱方法
课堂练习
1.如图所示是一加热炉的恒温自动控制示意图。以下关于该控制系统说法正确的是( )
A.该控制系统的设计模拟了人的功能和行为,这种研究方法是黑箱方法
B.电热丝在控制系统中的作用是检测温度并反馈
C.调低设定温度或炉体隔热性能不好会导致炉内温度降低,都是该控制系统的干扰因素
D.在加热炉工作时,如果炉内温度大大超过了设定值,可能的原因是控制器损坏
D
2.如图所示为一款宾馆用的感应式液压自动餐炉。当传感器检测到人靠近时,液压装置会自动打开炉盖,方便客人查看或夹取食物,客人离开几秒钟后,炉盖自动关闭,以保持食物的温度与卫生。以下关于该炉盖开合控制系统的分析中正确的是( )
A.控制方式属于闭环控制
B.传感器可以选用热敏传感器
C.执行器是液压装置
D.多人同时靠近为其干扰因素
C
3.某校学生设置了雨天自动关窗装置,其工作原理:下雨时,湿度传感器把检测到的雨水信号传给放大及处理电路,启动电动机关闭窗户。关于这个控制系统,下列说法正确的是( )
A.雨水信号是输出量
B.控制器是电动机
C.执行器是湿度传感器
D.被控对象是窗户
D
4.王欢同学想设计如图所示的自动晾衣杆控制系统,当下雨时晾衣杆会自动收回。她认为该系统可以由湿敏传感器、控制电路、电动机、齿轮齿条、限位开关、晾衣杆等部件组成。该控制系统的被控对象是( )
A.电动机
B.控制电路
C.晾衣杆
D.湿敏传感器
C
5.如图所示是汽车轮胎维护控制系统示意图。汽车行驶时,压力传感器将检测到的轮胎压力信号传送给ECU电子控制单元,当轮胎气压比正常压力低10%时,车上的报警灯通知驾驶员,系统打开止回阀对管道进行加压并检查压力。如管道未达到正常压力,系统开始对轮胎进行充气,直到达到正常压力。关于轮胎的充气控制,下列说法不正确的是( )
A.输入量是正常压力值
B.被控对象是报警灯
C.控制器是ECU电子控制单元
D.该控制是闭环控制
B
被控对象是轮胎
6.如图所示是一种自动寻轨器。本产品有线性跟踪功能,它通过两个红外二极管发出信号和两个接收器感应地面颜色来识别路线,能自己沿自制的黑色轨道行走。当偏离黑色轨道时,寻轨器的单片机电路会根据两个传感器的信号差别判断出是左偏还是右偏,再相应地驱动右轮或左轮纠正行驶的方向。关于寻轨器的控制系统,其设定值是( )
A.自制轨道的黑颜色
B.自制轨道路线的形状
C.寻轨器的行驶方向
D.寻轨器的左偏或者右偏
B
7.如图所示为纸浆浓度控制系统工作原理示意图,其工作原理是:控制器将传感器检测到的配浆浓度与设定值相比较,根据偏差值控制电动调节阀调节清水流量,从而使配浆浓度达到设定值。在该控制系统工作原理示意图中,不直接参与浓度自动控制的部件是( )
A.电动调节阀
B.控制器
C.传感器
D.手动取样阀
手动取样阀属于手动控制部分,与自动控制无关
D
8.如图所示为某校学生设计制作的自动取汤机,能保持汤的温度在一定范围内。按下取汤按钮,就会自动落下一个碗,并放出一定量的汤在碗中。在该自动取汤机的温度控制系统中,不需要的器件是( )
A.温度传感器
B.加热器
C.温度控制器
D.定时器
D
9.如图所示是一种风阻尼器,用于高层建筑应对台风。一个几百吨重的大铁球通过弹簧和液压装置安装在高层建筑物的中上部,当强风来袭时,该装置的传感器探测到建筑物的摇晃程度,通过计算机控制液压装置推动大铁球向反方向运动,从而降低建筑物的摇晃程度。若把大铁球作为被控对象,下列分析中不正确的是( )
A.输入量是建筑物的摇晃程度
B.控制器是计算机
C.控制量是风力的大小
D.输出量是大铁球的运动方向和速度
控制量是描述执行器运行的量,即推力的大小和方向
C
10.下列方法中不属于黑箱方法的是( )
A.用仪器测试集成电路输出信号判断集成电路的功能
B.通过脑电波检查诊断病人大脑的状况
C.列车司机用锤子敲击车轮,通过声音判断有无故障
D.通过胃镜检查诊断病人的胃部疾病
D
黑箱方法是指研究对象的内部无法打开或不便打开的情况下,通过输入量与输出量的关系探测其内部的特性。如果把胃部看做研究对象,胃镜检查则是直接观察研究对象内部情况,与黑箱方法的概念不符
谢谢观看