二 控制系统的工作过程与方式
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(共24张PPT)
二 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
第四单元 控制与设计
一、控制的手段与应用
1、控制的手段
2、控制的应用
1、控制的手段
控制：
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，
理解人和控制现象，都要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和控制手段。
控制的手段
在控制过程中，按人工干预的情形分为：
人工控制和自动控制。
按照执行部件分为：
机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等。
2、控制的应用
控制在生活、生产、军事国防等领域中应用
二 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
在一个控制过程中，若干个控制环节组成的一个系统，称为控制系统。控制系统的输入和输出之间有一定的对应关系。
电子门铃的电子控制系统
1、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，这种控制系统称为开环控制系统。
主要特点：输出不影响输入，对输出不需要测量，通常容易实现；
组成系统的元部件精度高，系统的精度才能高；
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。结构简单，成本低廉，多用于自动售货机，自动报警器，自动流水线等。
2、开环控制系统
开环控制系统的方框图
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
自动门控制系统
控制电路
电机
自动门
门的开启或关闭
控制器
执行机构
控制对象
输入量
输出量
控制量
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。
3、闭环控制系统
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；
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
（1）反馈的涵义：控制系统中，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（feedback）
（2）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。
3、1 反馈
闭环控制系统就是系统的输出端与输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生影响的控制系统。闭环控制系统是通过反馈环节克服干扰因素而使系统达到稳定。
[核心]：通过反馈来减少被控量(输出量)的偏差。
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、闭着眼睛画：
人脑控制手画眼睛：人脑——手——画眼睛；
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。这是开环控制。
2、睁着眼睛画：
人脑控制手画眼睛，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眼睛。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。这是闭环控制。
人脑
手
画眼睛
眼睛
3、2 干扰因素
在控制系统中，除了输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素成为干扰因素。
克服干扰的基本方法： 1、消除干扰 2、减弱干扰 3、提高控制系统性能
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
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
3、3 功能模拟法
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。
控制器：人脑 执行器：人手 检测装置：人眼
人的五官
大脑
手足等器官
传感器
计算机
执行机构
3、4 黑箱方法
黑箱方法是通过对系统的输入与输出关系的研究推断系统内部结构和功能的方法。
马上行动:
1、分析抽水马桶的水位控制系统。
（1）水箱水位的控制过程是什么？
（2）该系统的控制对象是什么？被控量是什么？控制量是什么？
（3）该系统主要干扰因素是什么？其反馈装置是什么？
课堂练习
2、 某办公楼大厅采用自然光照明，控制系统如图，大阳光经过反光镜反射到反光球面镜上，反光球面镜再将光线反射到大厅，从而达到采集自然光的目的。当大阳移动后，光线到达反光球面镜的位置也随之发生偏移，相应的传感器就会受到光照产生电信号，控制器根据不同传感器送进来的信号控制反光镜作相应的调整。
问题：（1）该系统是开环控制系统还是闭环控制系
（2）该系统中的被控对象是 ；
（3）控制器类似于人体的哪个器官？
3、王大伯盖了一个具有自动调节温度的小型花房，花房的温度冬季一般控制在18℃左右，夏季一般控制在25℃左右。请分析它可能的工作过程，并画出花房温度控制系统的方框图。提示：该花房温控设备包括控制器、加热元件和制冷元件、检测装置、比较器等。
二 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
第四单元 控制与设计
一、控制的手段与应用
1、控制的手段
2、控制的应用
1、控制的手段
控制：
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，
理解人和控制现象，都要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和控制手段。
控制的手段
在控制过程中，按人工干预的情形分为：
人工控制和自动控制。
按照执行部件分为：
机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等。
2、控制的应用
控制在生活、生产、军事国防等领域中应用
二 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
在一个控制过程中，若干个控制环节组成的一个系统，称为控制系统。控制系统的输入和输出之间有一定的对应关系。
电子门铃的电子控制系统
1、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，这种控制系统称为开环控制系统。
主要特点：输出不影响输入，对输出不需要测量，通常容易实现；
组成系统的元部件精度高，系统的精度才能高；
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。结构简单，成本低廉，多用于自动售货机，自动报警器，自动流水线等。
2、开环控制系统
开环控制系统的方框图
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
自动门控制系统
控制电路
电机
自动门
门的开启或关闭
控制器
执行机构
控制对象
输入量
输出量
控制量
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。
3、闭环控制系统
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；
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
（1）反馈的涵义：控制系统中，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（feedback）
（2）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。
3、1 反馈
闭环控制系统就是系统的输出端与输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生影响的控制系统。闭环控制系统是通过反馈环节克服干扰因素而使系统达到稳定。
[核心]：通过反馈来减少被控量(输出量)的偏差。
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、闭着眼睛画：
人脑控制手画眼睛：人脑——手——画眼睛；
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。这是开环控制。
2、睁着眼睛画：
人脑控制手画眼睛，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眼睛。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。这是闭环控制。
人脑
手
画眼睛
眼睛
3、2 干扰因素
在控制系统中，除了输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素成为干扰因素。
克服干扰的基本方法： 1、消除干扰 2、减弱干扰 3、提高控制系统性能
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
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
3、3 功能模拟法
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。
控制器：人脑 执行器：人手 检测装置：人眼
人的五官
大脑
手足等器官
传感器
计算机
执行机构
3、4 黑箱方法
黑箱方法是通过对系统的输入与输出关系的研究推断系统内部结构和功能的方法。
马上行动:
1、分析抽水马桶的水位控制系统。
（1）水箱水位的控制过程是什么？
（2）该系统的控制对象是什么？被控量是什么？控制量是什么？
（3）该系统主要干扰因素是什么？其反馈装置是什么？
课堂练习
2、 某办公楼大厅采用自然光照明，控制系统如图，大阳光经过反光镜反射到反光球面镜上，反光球面镜再将光线反射到大厅，从而达到采集自然光的目的。当大阳移动后，光线到达反光球面镜的位置也随之发生偏移，相应的传感器就会受到光照产生电信号，控制器根据不同传感器送进来的信号控制反光镜作相应的调整。
问题：（1）该系统是开环控制系统还是闭环控制系
（2）该系统中的被控对象是 ；
（3）控制器类似于人体的哪个器官？
3、王大伯盖了一个具有自动调节温度的小型花房，花房的温度冬季一般控制在18℃左右，夏季一般控制在25℃左右。请分析它可能的工作过程，并画出花房温度控制系统的方框图。提示：该花房温控设备包括控制器、加热元件和制冷元件、检测装置、比较器等。