第四单元--控制与设计（23张幻灯片）

(共24张PPT)
第四单元
控制与设计
开环控制系统
闭环控制系统
会画方框图
1、人工控制与自动控制
任务一 启亮一盏小灯
人工控制（手动控制）
任务二 启亮一组霓虹灯
借助单片机程序控制（自动控制）
任务三 光控霓虹灯
借助传感器和程序控制（自动控制）
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）
2、控制的手段和方法（P98）
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
机械控制：普通水龙头、缝纫机
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、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。
磁控报警器的控制系统
输入设备：磁控传感器（干簧管）
控制核心：单片机
输出设备：小电扇、音箱、彩灯
光控路灯系统控制框图
光控开关
输入量
输出量
灯泡
外界光线的强弱
灯泡的亮与熄
防雨自动关窗系统控制框图
感湿器
输入量
输出量
电动机
雨水
窗户
窗户的关闭
系统框图的绘制方法
4、开环控制系统（P102)
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
（传感器）
（电动机、电磁阀、灯等将电能转化成其他能量的部件）
游泳池注水控制系统（P103）
定时器
（输入）
（输出）
进水阀门
游泳池
游泳池的水位
设定注水的时间
流水量
控制器
输出量
执行器
被控对象
控制量
输入量
（传感器）
（电动机、电磁阀、灯等将电能转化成其他能量的部件）
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。
水泵抽水控制系统
农民种庄稼，“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
开关接通电源
电机
水泵
水流量
水管
水管排水
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。
控制器
输入量
输出量
执行器
被控对象
控制量
开关接通电源
控制电路
电磁阀
空气流向
活塞
开关车门
烟雾报警器
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
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
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。
浮球
控制器
阀门
水箱
预设水位
进水量
比较器
供水水箱的水位自动控制系统
水位
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
热电偶
控制器
加热器
加热炉
设定温度
比较器
加热炉的温自动控制系统
热量
温度
（1）、控制系统的干扰因素
干扰因素含义：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的抗干扰能力有关
（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。
（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