(共59张PPT)
4.1控制的手段与应用
刘禹锡的《竹枝词》
东边日出西边雨，
道是无晴却有晴。
一、控制的手段
事物的发展与变化具有多样性。
例如，一棵树可能因为某种原因结不出果实来，也可能硕果累累，而且果实可以有大有小，或酸或甜。
1、事物发展的结果可能是人们预先期望的，也可能是与预期的目标不相符，甚至是不希望得到的。（马上行动）
2、如果人们想达到某一特定的目的，就必须运用适当的手段来实现。
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大禹治水
大禹采用挖通河道，汇集洪水至江河中的办法实现了泄洪的目的
生活中：通过控制电灯的办法实现照明。通过修建道路连接各地。还有。。。。
什么是控制？
思考：大禹治水过程中，通过什么手段实现了什么样的目的？
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，这就是控制。
例如：射手通过瞄准，使箭射中靶心。
控制的涵义：P97
思考：找出自行车存在的各种控制现象？
刹车控制
速度控制
方向控制
1、控制的对象是什么
理解控制现象，需要明确：
2、控制要达到什么目的
3、采取什么控制手段
控制事例 控制的对象 控制的目的 控制的手段
电风扇扇叶转速快慢的控制
电风扇
调节速度
换挡
音响
音量的调节
旋转音量旋钮
马上行动
热水器
调节出水口温度的高低
改变燃气火头的大小
音响的音量控制
燃气热水器温度的控制
控制的实现需要通过一定的手段。从控制过程中人工干预的情形来分，控制有人工控制和自动控制。
人工控制：控制过程是在人的直接干预和全程干预下进行的。
关/开 门
驾驶汽车
太阳能路灯
自动门
自动控制：指在无人直接参与的情况下，使事物的变化准确地按照期望的方向进行。
按照执行部件的不同，控制可分为机械控制、气动控制、液压控制，电子控制。
当然在很多控制的事例中，控制的手段又可以是综合的。
马上行动
请说说你所了解的人工控制和自动控制的事例。
人工控制：
人工纺纱、普通自来水龙头、拖地板等
自动控制：
数控机床、饮料自动装罐生产线、十字路口红绿灯的转换等
二、控制的应用
控制的应用自古就有，并在近代得到迅速发展，在社会生产生活的各个领域都有极其广泛的应用。
现代网络家电
日常生活
汽车自动装配生产线
工业生产
汽车油漆
农业生产
水 车
温室
农田灌溉
电源
控制室
水泵
农田灌溉
折射式微喷
射流式微喷
锤式微灌
精密制导导弹
神舟五号
神舟六号
请同学们说说你在生活学习中所见到的应用控制的事例。
学校：
学校的音乐铃声、多媒体教学系统、足球场草地自动喷淋系统、体育馆的自动伸缩坐椅等。
家庭：
冰箱、电饭煲、微波炉等。
社会：
交通信号灯、电子警察、电梯、程控电话交换机等。
任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节的有机组合就构成了一个系统，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。
电风扇控制系统
电风扇风速挡位
电机、扇叶
风速
（输入）
（输出）
马上行动（P102)：请指出下列控制系统中的输入、输出分别是什么？
控制系统 输入 输出
电风扇风速控制
电饭煲
脱粒机
红外线自动水龙头
调速器或挡位
风扇的转速
电源的电信号
锅内的温度
电源的电信号
脱粒的量
人手的红外信号
水龙头的出水量
控制系统通常又分为
开环控制系统
Open loop contro system
闭环控制系统
Closed loop control system
通过上述两个案例可以看出，输入量决定输出量，但控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这就是开环控制系统。
对于开环控制系统，用方框图描述如下：
输入量
控制器
执行器
控制量
被控对象
输出量
开环控制系统
案例分析（P103）：自动门的控制系统
红外装置检测人体辐射信号
控制电路
电机
门的开/关
自动门
转动
(控制量)
马上行动
普通家用电饭煲的开环系统
接通电源
加热装置
电饭煲
按扭
锅内温度
公交汽车车门的开关控制
传动装置
执行活塞
开关
车门
(电磁阀)
车门开/关
锅内温度
空气流向
(控制量)
(控制量)
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。
给定量
比较器
控制器
执行器
被控对象
检测装置
被控量
×
控制量
﹢
﹣
简单闭环控制系统的方框图如下：
二、闭环控制系统
课本（P112）水箱的水位自动控制示意图
×
给定水位
比较器
控制器
进水阀门
水箱
检测装置
水箱水位
水流量
﹢
﹣
案例分析：空调器温度控制系统
炎炎夏日，人们采取各种消暑措施消暑，空调是第一选择。那么，空调器是如何控制温度的呢？它的工作过程又如何呢？
如设定温度为25oC，室内温度如果高于25oC，那么空调通过比较，控制电路发出信号促使压缩机进行工作；当温度达到设定温度时，控制电路发出信号，压缩机停止工作，风扇照常工作。因此，空调温度控制系统中有从输出端返回到输入端的信息反馈，它是闭环控制系统。
问题：根据空调器的工作过程，试画出其温度控制系统的方框图。
空调器温度控制系统方框图如下：
×
设定温度
比较器
控制电路
压缩机
空调器
检测装置
输出温度
空气温度
﹢
﹣
马上行动（P106）：判断下列控制系统是否属于闭环控制系统，画出方框图。
4.3 闭 环 控 制 系 统 的
干 扰 与 反 馈
1、干扰因素：
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
例如：人在逆风中骑自行车
应保持的速度
自行车
行车速度
风
思考：
在下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？
控制系统 干扰因素
自动扶梯的升降控制系统 自动扶梯的承载量，电梯输出电压的波动
利用滑轮组提升重物的控制装置 滑轮组的摩擦力
蔬菜大棚的温度控制 大棚外的环境温度变化，大棚保温材料的保温性能发生改变
一般控制系统中，干扰因素是需克服的 。而在有些情况下，却可以利用干扰因素实现某种目的。
2、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
例如：投篮
工作过程：
篮圈的位置
控制器（大脑）
执行器（手）
被控对象（篮球）
+
篮球实际投掷的位置
检测装置（眼睛）
-
闭环控制系统的工作过程
闭环控制系统是指在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。
闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量（输出量）的偏差。
案例分析：
①供水水箱的水位自动控制系统
水位自动调节过程：
案例分析：
②加热炉的温度自动控制系统
炉温的调节过程：
思考：在加热炉的温度控制系统中，可能有哪些干扰因素，系统是如何克服干扰使炉温稳定在给定范围内的？
3、功能模拟方法
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。
功能模仿方法
来自外部的信息
传感器
计算机
执行机构
传感器：光敏传感器，磁敏传感器，热敏传感器
执行机构：电动机，继电器，阀门等
4、黑箱方法
西瓜
看、听、拍
生或熟
控制系统
系统的输入
系统的输出
第四单元 控制与设计
第四节 控制系统的设计与实施
一，控制系统设计的一般思路
系统要达到的目标？
控制的对象？
被控对象的特性？
被控量和控制量？
外界的主要干扰因素？
怎样的方案既达到目的、又经济、易于实现？
设备和元件？
控制系统的设计
实施控制系统所需的设备、元件等
系统的成本分析
控制系统的调试、运行和评价
控制系统的方案选择
分析被控对象的主要特征
明确控制的目的
确定被控量、控制量
分析主要的干扰因素
。。。 。。。
案例分析：电吹风控制系统的设计
设计要求：
电吹风能根据不同的档位（如冷风档、热风档）输出不同种类的风。
设计分析：
电吹风控制系统的被控对象是电吹风装置，被控量是风的速度和温度，控制量是电机的电压，干扰因素是房间温度、电源电压的波动等。
方案构思：
选择开环控制系统实现电吹风的控制要求。
设定风的档位就设定了电机的电压和电热丝的阻值，接通电源后，电机带动一个小风扇转动，产生的风通过电吹风的电热丝，输出的就是与设定的风种相对应的风。
确定了电吹风控制系统的设计方案后，画出必要的电器线路图，选择适当型号的元件和配件，进行组装、调试。
电吹风的控制工作过程：
电吹风是要将其内部电热丝的热量通过一个小电风扇扩散出去。
被控对象——电吹风；
被控量——风的速度和温度；
控制量——电机的电压；
干扰因素——房间温度、电源电压的波动；
设定电吹风的档位（输入）
电机、风扇、电热丝
风的速度和温度（输出）
闭环控制系统的基本要求：
1，闭环控制系统必须是稳定的；
2，系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内；
3，要有较好的抗干扰性能；
闭环控制系统的设计
案例分析
设计要求：
当水箱中的水位低于某一指定高度时，进水口立即进水。
当水箱的水位达到某一指定高度时，进水口停止进水。
控制系统对控制精度和系统的稳定性均没有特别的要求。
抽水马桶水箱的自动控制系统的设计
设计分析：
从设计要求来看，这是一种自动控制，因此选择闭环控制系统。
被控对象是抽水马桶的水箱，被控量是抽水马桶水箱水位的高度，控制量是进水管的水流量（进进水量），水箱水位的高度与进水量之间呈线形关系
主要干扰因素是水箱的出水流量。
方案构思：
采用浮球作为水位高度的检测装置。当水箱的水位低于水箱的某个高度时，出现了水位差（给定的水位高度与实际水位高度之差），这个信号通过浮球、连杆机构传给进水阀，使进水阀打开，从而水箱进水；当水箱水位达到水箱的某个高度时，水位差为零，进水阀关闭。
水箱水位控制过程：
波动冲水旋钮，使出水阀打开，水箱冲水。与此同时，进水阀打开，水箱进水，知道指定水位时，进水阀关闭。
抽水马桶水箱的自动控制系统的设计
讨论
在上述案例中，如果要节约用水，减少水箱每次冲水的量，你能设计哪几种方案？(共37张PPT)
控制系统的高考专题复习 一
郎建华
类别说明
1类:知道知识的内容和含义,并能在有关问题中识别和直接使用他们
2类对所列知识要理解其确切含义及其中的技术思想方法,能够进行叙述和解释,并在解决技术设计的实际问题中运用
高考内容及要求
控制与设计 控制的含义 I
控制的应用 I
控制手段 I
开环控制系统的基本组成和工作过程 II
闭环控制系统的基本组成和工作过程 II
控制系统的方框图 II
控制系统的干扰因素 II
控制系统设计方案 II
控制系统的实现与调试 II
内容及习题复习
1、控制（control）的含义
人们按照一定的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展。
(射手射箭；电冰箱保温，生产计算机控制）
（1）说明：控制的对象是什么
要达到什么目的
采取什么手段
（音响 燃气热水器温度控制 喷雾器撒农药）
（2）分类：人工控制和自动控制
2、控制的应用（99）
生活中（提高生活质量，满足人们的要求）（银行取款机 自动水龙头）
生产中(温度、湿度、压力、速度）（自动装配，农田节水）
国防中
3、控制的手段和方法（98）
控制的实现需要一定的手段。从控制过程中人的作用分人工控制与自动控制；按照执行部件的不同有机械控制、气动控制、液压控制和电子控制等。很多情况下手段是综合的
问题
一
(1)、自动控制技术在各行各业的应用，一方面减轻了人的劳动强度，解放了劳动生产力，另一方面也可能造成失业人数增加。对此，你有什么看法？
这两个问题并不矛盾。从经济学角度，发展技术密集型的产业，解放劳动生产力，减轻人的劳动强度，是社会发展的趋势，而富裕的劳动力可以通过第三产业得以解决。
(2)、在生产生活中，有那些控制分别是利用机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等手段实现的？
机械控制：普通水龙头、电饭煲
电子控制：电子计算器、家用电冰箱、自动门和汽车变速器的电子控制装置
气动控制：化工生产中常用的气动阀门、公共汽车车门开关控制
液压控制：建筑工地打桩机、修理汽车用的液压千斤顶
(3)、洗衣机的演变
普通洗衣机（自动正反交替地运动，到达定时后自动停转）
半自动洗衣机（洗涤、漂洗、脱水中的三大步骤中的两步合并在同一缸，通过顺序控制实现步骤转换，由人把物由一个缸里取出放到另一个缸中）
全自动洗衣机（不需要人工干预，三大步骤全都由控制系统实现）
(4)、电热水器及其玻璃管
(5)、农用灌溉系统
第二节
控制系统都由若干环节组成，控制系统的输入与输出之间有一定的对应关系。
4、开环控制系统的基本组成和工作过程
5、闭环控制系统的基本组成和工作过程
6、控制系统的方框图
4、开环控制系统（104 c)
游泳池注水控制
控制系统的输出量，不对系统的控制产生任何的影响，这种控制系统的称为开环控制系统。
控制器
输入量
输出量
执行器
被控对象
控制量
对于开环控制系统，通常可以用以下的方框图表示：
开环控制系统例子：十字路口的红绿灯、楼宇的报警
系统、火灾自动报警系统、电风扇、电灯控制等
问题
1、自动门的控制系统
控制器
输入量
输出量
执行器
被控对象
控制量
红外装置是否发出的信号检测到人体辐射
控制电路
电机
转动
自动门
门的开启和关闭
方便人们的出入，医院手术室、银行或宾馆，当人走进大门时自动打开。
原理是：当人走进门时，门上的红外装置检测到人体热辐射发促的红外信息，控制电路接收到该信号后，便会发出相应的指令，启动电机运转，从而带动门自动开启（或控制气动装置,使门向两边打开）。当门开启后，控制电路将作出判断，如果没有人在四周，就通知电机做反向运转，使门关闭。
2、楼道里使用的自动声控灯
可以节约能源，还可以减少开关的磨损，极大的方便过客
3、自动烘手机
红外线感知手的靠近过程，没人的时候，鼓风机和加热电炉丝都自动切断电源；当手的温度在红外传感器监视的范围内，烘手机就气动。
4、水泵抽水控制系统
农名种庄稼，“靠天吃饭”天气干旱，收获困难。水泵就是解决这个问题。当需要灌溉农田时，只要接通电源，电机就带动水泵工作，将水从水源处抽到干旱的农田里。
控制器
输入量
输出量
执行器
被控对象
控制量
接通电源
电机
水泵
水流量
水管
水管排水
5、公共汽车车门的开关控制：
公共汽车车门的开关控制是气动控制，司机操作开关的装置，,电流控制“电磁阀”的启闭，通过电磁阀决定压缩空气的流向，最后由压缩空气推动活塞开门或关门。
6、家用压力锅的压力控制系统
控制器
输入量
输出量
执行器
被控对象
控制量
排气孔
重锤
7、根据消防要求，仓库、图书馆都需要安装火灾自动报警系统。如有火灾发生，感应探测器检测到发生火灾室内浓烈的烟雾，从而报警。画出火灾自动报警控制系统的工作过程方框图。指出方框图的各个环节的具体内容和输入量、输出量、控制量
控制器
输入量
输出量
执行器
被控对象
控制量
烟雾信号
感烟探测器（感温）探测器
部件：警铃、讯响器、报警灯
报警控制电路（器）
知识补充
电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气动。电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压钢控制，所以就会用到电磁阀。 电磁阀的工作原理，电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。
5、闭环控制系统
游泳池注水控制
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。
对于闭环控制系统，通常可以用以下的方框图表示(c106)
被控对象
控制量
给定量
控制器
被控量
执行器
检测装置
比较器
+
-
说明：闭环控制系统的检测环节是把系统的输出信号传到系统的输入端，与给定值进行比较。输出信号往往是各种物理量：电压，流量，速度，这些值往往与系统的给定值不同，取值的范围也不同，所以不能与输入信号直接比较，需要测量并转化，检测环节正是起这个作用。相当与眼睛和皮肤，感知输出信号的变化。
问题及案例
1、104普通家用电饭煲的煮饭控制。（会考导引48页例4）
2、107练习2
3、107页练习3
4．案例分析题 下面两图分别是瓦特蒸汽机的工作原理图和蒸汽供给控制原理图。如右下图所示，套筒与阀门连在一起，当蒸汽机的转速较高时，飞球离心力增大，套筒向上移动，阀门通孔截面积减少，蒸汽流速降低，蒸汽机汽缸内压力减少使其转速下降。(8分)
(1) 蒸汽机的转速控制系统属于 （选填开环或闭环）控制系统。
(2) 请补充完整蒸汽机转速自动控制系统方框图。
(1) 蒸汽机的转速控制系统属于 闭环 （选填开环或闭环）控制系统。
5、供水水箱的水位自动控制系统112
被控对象
控制量
给定量
控制器
被控量
执行器
检测装置
6、加热炉的温度自动控制系统
被控对象
控制量
给定量
控制器
被控量
执行器
检测装置
第三节
1、控制系统的干扰因素
2、控制系统设计方案
3、控制系统的实现与调试
（1）、控制系统的干扰因素
干扰因素（108 ）
含义：除输入量以外引起被控量变化的各种因素，（环境、人为、可以克服也可以利用）
找出干扰的方法：引起输出量变化的原因
说明：控制系统的干扰因素是导致系统不稳定的因素，控制系统的稳定性能与控制系统
自动扶梯的升降控制，蔬菜大棚的温度控制
（2）反馈
将输出量通过适当的检测装置返回到输入量并与输入量进行比较的过程。
反馈方法：利用反馈来分析和处理控制对象，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。
闭环控制系统的核心:通过反馈来减少被控量的偏差。
反馈在系统的作用与特点的不同，可以将其分为正反馈和负反馈。
负反馈：通过输入、输出之间的差值作用于控制系统，控制器使这个差值不断缩小。这种系统控制精度 高，系统稳定。
正反馈：对小的变化进行放大。入核反应
（3）、闭环控制系统与开环控制系统的比较
开环控制 闭环控制
能否调节和补偿
控制精度
结构
适用场合
方框图
否
能
差
好
简单
复杂
稳定场合
相对不稳定
无回路，无反馈
有回路，有反馈
（4）控制论的主要方法
功能模拟法和黑箱方法.
功能模拟法:应用能实现人脑的模拟
电脑 单片机 飞机
黑箱方法:分析系统内部的结构和功能
大脑的研究，卢瑟福粒子散射试验、心电图检查、计算机的基本性能检查
问题
117练习（1-3）
帆船运动：”凭风借力
好行船“
2、控制系统设计方案
控制系统的设计118
1、控制系统的设计主要应明确要达到的目的、控制的对象、被控量和控制量、干扰因素的克服、设计方案应能达到目的，易于实现。
2、设计的基本要求：稳定性、精度和抗干扰性能符合设计要求。
3、设计步骤：
设计要求－－设计分析－－控制过程分析－－方案构思－－方案实施
控制系统的设计
明确控制的目标
确定被控量、控制量
分析主要的干扰因素
分析被控对象的重要特性
控制系统的方案选择
控制系统的调试、运行和评价
系统的成本分析
实施控制系统所需的设备、元件等
……
确定被控量、控制量是关键
对于简单系统，控制量常被确定为被控量
问题
1、抽水马桶水箱自动控制系统的设计
设计要求是什么？
是开环还是闭环控制？
被控对象、被控量、控制量是什么？
主要的干扰因素是什么？
请用方框图画出水箱的控制过程。
如果要节约用水，减少水箱每次冲水的量，谈谈你的构思。
被控对象
控制量
给定量
控制器
被控量
执行器
检测装置
抽水马桶水箱自动控制系统的设计
2、控制系统的设计报告
设计描述 （因为什么要进行方案设计）
设计要求 （控制动作、控制精度、成本、外观、结构等要求）
设计分析 （控制方式、控制方框图、各个控制环节）
设计准备 (实现控制需要的工具、设备、材料）
方案设计（多个方案）(草图、原理图、三视图、组装图等）
方案筛选
方案实现
3、设计并制作可伸缩的晾衣控制装置。利用手摇装置或电动装置将晾衣绳连同衣物移到室外，下雨时将它整体收回到室内。
4、124练习1 练习2(共25张PPT)
行车刹车控制过程如下：刹车时，施加一定的握把
力，通过杠杆系统，使刹车片压紧车圈（或轮轴）
，车轮减速。刹车握紧力与车轮转速一一对应。这
是一个开环控制系统，请画出控制方框图
控制对象：
控制手段：
控制目的：
自行车
手刹车闸
减速
例题：
被控对象——
被控量——
控制量——
干扰因素——
设定电吹风的档位（输入）
电机、风扇、电热丝
风的速度和温度（输出）
电吹风；
风的速度和温度
电机的电压；
房间温度、电源电压的波动；
1、电子音乐门铃的控制对象和输出量分别是什么
控制对象：扬声器
输出量：音乐声
2、箱温度控制中不属于干扰因素的是（ ） A、打开冰箱门 B、把食物放到冰箱内
C、市电电压下降 D、房间温度变化很大
３、列不属于开环控制系统的是（ ）
A自动门 B 自动声控灯 C自动烘手机
D电饭锅温控系统
3、有人说“开环控制系统都是人工控制系统”，
自动控制系统都是闭环控制系统你认为这一说
法是否正确，试举例说明。
自动门、声控灯、声控门。
（输出量）
我们来探究声控灯控制系统的组成
声音或手动
（输入量）
声传感
控制器
灯泡
灯灭或灯亮
（输出量）
常开（断开）
接点
1、请画出自动门的控制方框图：
控制器：
执行器：
被控对象：
声传感控制器
常开（断开）接点
灯泡
２、请写出“芝麻开门”声控开门系统的控制方框
图把神话变成现实。
声音
（输入量）
声传感
控制器
门
电动机
开或关
（输出量）
人体信号
（输入量）
控制
电路
门
电动机
开或关
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－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。音乐声信号强，
水泵的转速就快，喷头的压力就大，喷出的水柱就
高。反之，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。请回答以下问题：
请画出控制方框图
音乐
信号
声电转
换装置
和电机
水泵
喷头
水柱
高低
1、是开环还是闭环？
2、输入量和输出量分别是什么
设定的
档位
控制
电路
可变
电阻
灯泡
灯泡
亮度
电流
大小
可调光台灯控制系统
蜡烛
点燃
双金属片
受热弯曲
电路导通
蜡烛
火灭
风扇
画出自动灭火控制系统方框图
原理是蜡烛点燃产生高温使双金属片弯曲变形，
电路接通，电机通电运转产生风能将蜡烛熄灭。
外界的主要干扰因素有哪些？
电机转速、风速与方向受室内空气流动性影响
风
有报纸报道，一位八岁小女孩在进某酒店的旋转
大门时，被旋转大门夹住，结果造成重伤。现请
你帮忙设计一个控制系统的方案，使旋转大门遇
到阻力时能够自动停止转动。请你画出该控制系
统的方框图，说明其工作过程。（提示：可以采
用压力传感器检测是否受到阻力）。
当人被旋转大门夹住时，压力传感器会检测到
大门遇到阻力控制电路接收到该信号 。
压力异
常信号
压力传感器
控制电路
电机刹
车装置
门
门锁定
宾馆、酒店自动叫醒服务装置控制方框图
工作原理：客人拨通自动叫醒服务电话，电脑
自动应答，并提示客人输入房间号和需叫醒的
时间，到时电脑将自动打电话叫醒客人。
输入房
间号和
需叫醒
的时间
电脑控
制系统
拨号
装置
电话机
铃声
电流
请画出自动升旗控制方框图
定时
时间
定时
装置
电动机
滑轮、
国旗
升旗
速度
家用缝纫机的缝纫速度控制系统
设计一个家用窗帘简易控制
电路，设计要求天亮时自动
开启，天暗时自动关闭。请
画出控制系统方框图。
设计题：
天亮
天暗
光检测
控制电路
电动机
窗帘开启
或关闭
（输入）
窗帘
（输出）
现在我们可画出雨天自动关窗系统控制方框图
是否
有雨
湿度传感器控制电路
电动机
窗户
开或关
（3）公共汽车车门的开关控制
司机操作
开关装置
（输入）
电磁阀启闭
推动活塞
门
开或关
（输出）
公共汽车车门是气动控制由电磁阀启闭推动
活塞把门打开。
P104马上行动
2、
（1）火灾开环控制方框图
（2）烘干机开环控制方框图
烟雾信号
探测器
报警
电路
报警
部件
报警
信号
手发出信号
红外线传
感控制器
常开（断开）接点
鼓风机和加
热电炉灯泡
热风
（输入）
（输出）
电流
人操纵
动作
牵引
线
线、孔杠
杆装置
猴的活
动部件
猴的动作
或表情
活动猴控制系统 p105
普通全自动洗衣机控制系统
接通
电源
控制
电路
电机等
装置
洗衣机
运行或
停止
活动量
P104马上行动
电信号
（输入）
控制系统
锅内温度
（输出）
1、
（1）普通家用电饭煲的煮饭控制方框图
（2）普通家用电饭煲的保温温度控制方框图
+
设定温度
K
(开关）
输出
温度
R
电热盘
双金属片
-
电饭锅
70~80度
根据车流量自动改变红绿灯
控制系统属于我市首次引进的国外技术，其内容包
括交通信号灯、感应器及信号控制器、主控中心等
各路口都将在地下埋放一种感应线圈，车辆从上面
通过时，路面感应线圈可以计算出车辆的速度和流
量，这些信息输入中心控制室后，由主机电脑统一
计算，然后根据车流大小自动变换红绿灯。比如哪
个方向的车流量大，该方向的绿灯时间自动延长；
没有行人时可以保持一直绿灯，同时也能将同一道
路上各路口的红绿灯实现联网，使“一路绿灯”成为
可能，大大提高车辆通行速度和交通安全
（输入）
设定亮、灭时序
（输入）
给定车
流量
主控中心
（输出）
信号控
制装置
红绿灯
实际车
流量
+
感应线圈
-
交通路口的红绿灯自动控制（根据车流量大小
改变红绿灯时间）系统。请画控制方框图
交通路口的红绿灯是怎样控制？
电脑
（输出）
时序控
制装置
红绿灯
灯亮、
灭时序
电流
温度
控制器
冰箱
温度
制冷装置
温度检测装置
+
-
电冰箱
控制量
设定温度
冰箱控制方框图
该控制系统工作时的主要干扰因素有哪些
环境温度、冰箱门的开启
瓦特式速度调节器
发动机
进油量
设定转速
离心调
节器
发动机转速
调节阀
转速检测装置
(齿轮组)
比较器
+
-
时进行补水直到水箱里的水位上升到给定水位，
浮子上浮，活塞归位。在这个系统中，浮子、活
塞以及两者之间的连杆机构组成一个杠杆系统。
试回答以下问题：
（4）画出控制系统的框图。
四、 案例分析及设计题：
22、水塔自动抽水控制系统的设计。（20分）
如图所示是水箱液位控制系统，当水箱出水量大时,
水位下降浮子下沉，带动活塞偏离进水口位置，此
判断生熟鸡蛋：
摇、转、看
鸡蛋
生或熟
心电图检查：
跳动信号
心脏工作
情况
心率波动图
自动电热水壶控制系统
小试验：闭上眼睛写控制系统四个字
请写出闭上眼睛写字的控制过程方框图
老师指令
左脑
手
笔
字
（输入量）
（输出量）
这是开环控制系统
思考：闭上眼睛写字与睁开眼睛写字的区别在哪
里？为什么？
睁开眼睛写字具备自动修正的能力
请画出睁开眼睛写字的控制过程方框图
老师指令
左脑
手
笔
字
（输入量）
（输出量）
眼睛(共11张PPT)
控制与设计复习
瑞安六中 王东进
将“热得快”放入开水瓶中，对开水瓶中的水进行加热，当水烧开后对“热得快”进行断电，停止加热。
控制电路
金属管，内部是加热丝，外部是氧化镁
开水瓶
被控对象
执行器
控制器
输入量
控制量
输出量
开环控制系统的方框图
开环控制系统
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，这种控制系统为开环控制系统。
开环控制系统信号传递的特点：
信号单向传递
增加热敏电阻，当检测到温度达到设定温度以后，控制电路自动断开。当检测到温度小于设定温度时，控制电路自动导通。
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。
闭环控制系统特点：
被控对象
执行器
控制器
控制量
检测装置
给定量
被控量
闭环控制系统：
+
—
比较器
具有反馈功能，能够实现自我调整。
如何改进热得快？
1、如果没有热敏电阻，如何知道开水瓶内的水烧开了？
3、热敏电阻模拟了哪些事物的功能或人的某个部分的功能？
4、我们能否利用其它元件或装置模拟人眼，人脑或手的功能？
2、利用热敏电阻实现自动控温的“热得快”是否存在干扰因素？如果有，有哪些？如果没有说明理由。
小结
作业：
1、完成同步检测第四单元所有内容。
2、尝试设计更新颖的“热得快”。（选做）
谢 谢(共46张PPT)
控制与设计
控制的含义
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，这就是控制。
①控制的对象是什么？
②控制要达到什么目的？
③采取什么控制手段？
控制的三要素
控制的手段
控制
人工干预的情形
人工控制
自动控制
人工控制——控制过程是在人的直接干预和
全程干预下进行的。
如人工纺纱、打开普通自来水龙头、按键打开电灯、驾驶汽车等
自动控制——指在无人直接参与的情况下，使事物
的变化准确地按照期望的方向进行。
如数控机床、饮料自动装罐生产线、花房恒温控制、十字路口红绿灯的转换等。
太阳能路灯
自动门
按照执行部件的不同，控制可分为机械控制、气
动控制、液压控制，电子控制等。
机械控制
气动控制
液压控制
电子控制
控制的应用自古就有，并在近代得到了迅速发展，它涉及到社会生活生产的各个领域。
控制的应用
控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。精密制导武器能够对目标进行精确攻击，火箭能将各种卫星准确送入太空轨道，“神州”飞船遨游太空、准确返回地面，嫦娥探月工程等等，控制起着重要的作用。
有人说“开环控制系统都是人工控制系统”，
自动控制系统都是闭环控制系统你认为这一说
法是否正确，试举例说明。
自动门、声控灯、声控门。
开环控制系统
被控对象
执行器
控制器
输入量
控制量
输出量
控制电路
红外装置是否检测到人体的热辐射发出的信号
门的开启或关闭
电机
自动门
转速
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。
电机
控制电路
是否检测到人体热辐射发出的信号
自动门
门的开启或关闭
转速
进水阀门
定时器
设定注水的时间
游泳池
游泳池的水位
水流量
小结：流体类控制系统
一般的执行器是阀门，被控对象是容器
小结：机械运动类控制系统
一般的执行器是电动机
设计一个家用窗帘简易控制
电路，设计要求天亮时自动
开启，天暗时自动关闭。请
画出控制系统方框图。
天亮
天暗
光检测
控制电路
电动机
窗帘开启
或关闭
窗帘
转速
现要求画出雨天自动关窗系统控制方框图
是否
有雨
湿度传感器控制电路
电动机
窗户
开或关
转速
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－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。音乐声信号强，
水泵的转速就快，喷头的压力就大，喷出的水柱就
高。反之，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。请回答以下问题：
请画出控制方框图
音乐
信号
声电转
换装置
和电机
水泵
喷头
水柱
高低
1、是开环控制系统还是闭环控制系统？
2、输入量和输出量分别是什么
转速
有报纸报道，一位八岁小女孩在进某酒店的旋转
大门时，被旋转大门夹住，结果造成重伤。现请
你帮忙设计一个控制系统的方案，使旋转大门遇
到阻力时能够自动停止转动。请你画出该控制系
统的方框图，说明其工作过程。（提示：可以采
用压力传感器检测是否受到阻力）。
当人被旋转大门夹住时，压力传感器会检测到
大门遇到阻力控制电路接收到该信号 。
压力异
常信号
压力传感器
控制电路
电机刹
车装置
门
门锁定
转速
闭环控制系统
控制系统的输出量返回到输入端对控制过程产生影响。
闭环控制系统
给定量
被控量
控制量
控制器
执行器
被控对象
检测装置
控制器
阀门
水箱
给定水位
浮球
实际水位
水箱水位自动控制
进水量
加热炉温度自动控制
控制器
加热器
加热炉
给定温度
热电偶
炉内温度
电流
电冰箱的温度控制系统
控制
电路
电机-压缩器组
电冰箱
制冷量
箱内温度
预置温度
检测装置
（热敏电阻）
空调器温度控制系统方框图：
设定的温度
控制电路
制冷装置
空调房
房内实际温度
空调测温装置
制冷量
比较器
控制器是控制电路或控制温控装置
执行器是制冷或制热装置
控制对象是“容器”
检测器是检测温度改变的装置
总结：温度控制型控制系统特点
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因素。
干扰因素
设定的
飞行航道
飞机
手机信号
实际的
飞行航道
干扰因素的产生原因
环境
人为
影响自行车行驶速度变化的风
影响船只行驶的风浪
手机信号
干扰因素的处理
利用
克服
削弱干扰
消除干扰
提高控制系统的性能（利用反馈）
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
干扰因素
+
检测装置
-
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。
投掷飞镖
检测装置
（眼睛）
大脑
手
飞镖
靶心位置
飞镖实际投掷位置
控制器
阀门
水箱
给定水位
浮球
实际水位
干扰
1、影响水位控制的干扰
因素有哪些？
2、浮球起什么作用？
闭环控制系统与开环控制系统的比较
开环控制系统 闭环控制系统
有无反馈 无 有
能否自动调整和补偿 不能 能
控制精度 比较低 高
结构 简单 相对复杂
适用场合 控制精度要求不高而系统本身的元件又比较稳定的场合 要求高精度和高可靠性的场合
功能模拟方法和黑箱方法
功能模拟方法：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。
黑箱方法：通过对系统输入与输出关系的研究，进而得出系统的内部结构及其功能方法。
西瓜
看、听、拍
生或熟
控制系统
输入
输出
黑箱
判断生熟鸡蛋
中医
控制系统的设计
实施控制系统所需的设备、元件等
系统的成本分析
控制系统的调试、运行和评价
控制系统的方案选择
分析被控对象的主要特征
明确控制的目的
确定被控量、控制量
分析主要的干扰因素
。。。 。。。
控制系统的设计
1、开环控制系统的设计
例：普通电风扇控制系统的设计
被控对象——电风扇；
被控量——电风扇输出的风速；
控制量——电机的转速；
定时器
电机
电风扇
设定时间
风速
转速
闭环控制系统的基本要求：
1，闭环控制系统必须是稳定的；
2，系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内；
3，要有较好的抗干扰性能；
2、闭环控制系统的设计
例：抽水马桶水箱的自动控制系统的设计
2、闭环控制系统的设计
杠杆比较
进水阀门
水箱
预设水位
进水量
水位
浮球
一、明确设计目的
二、确定设计方案
三、选择实现方法
四、完成设计
五、评估
简单控制系统的设计过程：(共44张PPT)
控制与设计
主题 考试内容 考试要求
控
制
与
设
计 控制的含义 I
控制的应用 I
控制手段 I
开环控制系统的基本组成和工作过程 II
闭环控制系统的基本组成和工作过程 II
控制系统的方框图 II
控制系统的干扰因素 I
功能模拟方法和黑箱方法 I
控制系统设计方案 II
控制的含义 I
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，这就是控制。
①控制的对象是什么？
②控制要达到什么目的？
③采取什么控制手段？
控制的三要素
控制事例 控制的对象 控制的目的 控制的手段
电风扇扇叶转速快慢的控制 电风扇 调节速度 换档
音响的音量控制
燃气热水器
温度的控制
用喷雾器
喷洒农药
音响
音量的调节
旋钮
热水器
调节出水口温度的高低
改变燃气
火头的大小
喷雾器
给庄稼治病
操作喷雾器
的手柄
控制的手段 I
控制
人工干预的情形
人工控制
自动控制
人工控制——控制过程是在人的直接干预和
全程干预下进行的。
如人工纺纱、打开普通自来水龙头、按键打开电灯、驾驶汽车等
自动控制——指在无人直接参与的情况下，使事物
的变化准确地按照期望的方向进行。
如数控机床、饮料自动装罐生产线、花房恒温控制、十字路口红绿灯的转换等。
太阳能路灯
自动门
按照执行部件的不同，控制可分为机械控制、气
动控制、液压控制，电子控制等。
机械控制
气动控制
液压控制
电子控制
控制的应用自古就有，并在近代得到了迅速发展，它涉及到社会生活生产的各个领域。
控制的应用 I
控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。精密制导武器能够对目标进行精确攻击，火箭能将各种卫星准确送入太空轨道，“神州”飞船遨游太空、准确返回地面，嫦娥探月工程等等，控制起着重要的作用。
自动控制技术在各行各业的应用，一方面减轻了人的劳动强度，解放了劳动生产力，另一方面也可能造成失业人数增加。对此，你有什么看法？
这两个问题并不矛盾。从经济学角度，发展技术密集型的产业，解放劳动生产力，减轻人的劳动强度，是社会发展的趋势，而富裕的劳动力可以通过第三产业得以解决。
开环控制系统 Ⅱ
被控对象
执行器
控制器
输入量
控制量
输出量
控制电路
红外装置是否检测到人体的热辐射发出的信号
门的开启或关闭
电机
自动门
转动
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。
常开(断开)接点
声传感控制器
是否有声音
灯泡
灯亮或灭
开关
声控电灯控制方框图
宾馆、酒店的自动叫醒服务控制系统
输入房
间号和
需叫醒
的时间
电脑控
制系统
拨号
装置
电话机
铃声
电流
电机
控制电路
是否检测到人体热辐射发出的信号
自动门
门的开启或关闭
转动
进水阀门
定时器
设定注水的时间
游泳池
游泳池的水位
水流量
给定水位
控制器
游泳池的水位
进水阀
检测装置
+
-
游泳池
水流量
比较器
闭环控制系统 Ⅱ
控制系统的输出量返回到输入端对控制过程产生影响。
闭环控制系统
给定量
被控量
控制量
控制器
执行器
被控对象
检测装置
＋
－
设定温度
室内空气的温度
控制量
温度控制器
压缩机
室内空气
温度检测装置
＋
－
控制器
阀门
水箱
给定水位
浮球
实际水位
干扰
水箱水位自动控制
加热炉温度自动控制
控制器
加热器
加热炉
给定温度
热电偶
炉内温度
干扰
逆风对你骑自行车会产生什么影响？
自行车
应保持的速度
行车速度
风
输入量（给定值）
被控量
５米／秒
３米／秒
５米／秒
控制系统的干扰因素 I
逆风对你骑自行车会产生什么影响？
自行车
应保持的速度
行车速度
输入量（给定值）
被控量
３米／秒
５米／秒
３米／秒
５米／秒
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因素。
干扰因素
设定的
飞行航道
飞机
手机信号
实际的
飞行航道
马上行动
在电冰箱的温度控制系统中，下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素？
开电冰箱门
电冰箱所在房间的温度从20 ℃变到32 ℃
把热菜热饭放入电冰箱中
把冷藏箱的设置温度降低１℃
是
是
是
否
干扰因素的产生原因
环境
人为
影响自行车行驶速度变化的风
影响船只行驶的风浪
手机信号
干扰因素的处理
利用
克服
削弱干扰
消除干扰
提高控制系统的性能（利用反馈）
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
干扰因素
+
检测装置
-
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。
投掷飞镖
检测装置
（眼睛）
大脑
手
飞镖
靶心位置
飞镖实际投掷位置
控制器
阀门
水箱
给定水位
浮球
实际水位
干扰
1、影响水位控制的干扰
因素有哪些？
2、浮球起什么作用？
加热炉温度自动控制
控制器
加热器
加热炉
给定温度
热电偶
炉内温度
干扰
主要干扰因素：加热炉外的环境温度变化、加热器电压的波动等。
系统通过检测装置（热电偶）检测炉内的温度值，并与给定的温度值进行比较，将偏差传给控制器进行控制，从而克服干扰使温度稳定在给定的范围内。
在加热炉的温度控制系统中，可能有哪些干扰因素，系统是如何克服干扰使炉温稳定在给定范围内的？
闭环控制系统与开环控制系统的比较
开环控制系统 闭环控制系统
有无反馈 无 有
能否自动调整和补偿 不能 能
控制精度 比较低 高
结构 简单 相对复杂
适用场合 控制精度要求不高而系统本身的元件又比较稳定的场合 要求高精度和高可靠性的场合
自动控制一定是闭环控制吗？闭环控制一定是自动控制吗？
比如数控机床加工零件控制系统、闹钟自动控制系统就不是闭环控制系统。
功能模拟方法和黑箱方法 I
功能模拟方法：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。
黑箱方法：通过对系统输入与输出关系的研究，进而得出系统的内部结构及其功能方法。
西瓜
看、听、拍
生或熟
控制系统
输入
输出
黑箱
控制系统的设计
实施控制系统所需的设备、元件等
系统的成本分析
控制系统的调试、运行和评价
控制系统的方案选择
分析被控对象的主要特征
明确控制的目的
确定被控量、控制量
分析主要的干扰因素
。。。 。。。
控制系统设计方案 Ⅱ
