4.2 控制系统的工作过程与方式

(共34张PPT)
自行车
传动子系统
制动子系统
承重子系统
方向控制子系统
自行车传动系统由哪些部件构成？
飞轮
链条
链轮
曲柄
中轴
脚蹬
后轮
控制与设计
控制系统的工作过程与方式
飞轮
链条
脚蹬
链轮
自行车行驶的速度控制
曲柄
中轴
脚踩的力
脚蹬 曲柄 中轴
链轮 链条 飞轮 车轮
行驶的速度
（输入）
（输出）
输入的力与输出的速度是成正比的。
1 控制系统
任何一种控制的实现，都应通过若干个环节，这些环节就构成了一个系统，称为控制系统。
控制系统的输入与输出之间有一定的对应关系。
电风扇的风速控制
电风扇风速的挡位
电风扇的风速
（输入）
（输出）
电机、扇叶
选择不同的挡位输入，输出的风速不同。
马上行动（P102)：请指出下列事例是否属于控制系统，如果是的话请指出系统的的输入、输出分别是什么？
控制系统 输入 输出
电饭煲
芝麻开门
红外线自动水龙头
电源的电信号
锅内的温度
声音信号（芝麻开门）
门开启
红外装置检测到人手发出的信号
水龙头的出水量
控制的分类
从人工干预的情形来分：
人工控制、
自动控制
从执行控制的部件来分：
机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等等。
从反馈形式来分：
开环控制、闭环控制
控制系统通常可分为开环控制系统与闭环控制系统
游泳池注水
（输入）
（输出）
如果进水管的进水量是均匀的，游泳池中的水位高度与进水的时间是一一对应的。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。
水流量
进水阀
定时器
设定注水时间
游泳池
游泳池的水位
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统就是开环控制系统。
2 开环控制系统
（1）输入量：控制系统的给定量
（2）控制器 ：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。
（3）执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件（4）被控对象：控制系统中所要求控制的装置或元件
（5）控制量：执行器的输出信号
（6）输出量：控制系统要控制的量
执行器
控制器
输入量
输出量
被控对象
控制量
水流量
进水阀
定时器
设定注入时间
游泳池
游泳池的水位
转动轴3
水罐1，2重锤等传动装置
祭坛点火或灭火
庙门开启或关闭
庙门
旋转量
案例分析1：希罗的自动门
电动机
控制电路
红外装置是否检测到人体发出的信号
门的开启或关闭
自动门
转动量
案例分析2：红外线自动门控制系统
包括 红外线检测装置
包括 声音传感器
“芝麻开门”声控开门系统的控制方框图
请写出“芝麻开门”声控开门系统的控制方框图
电动机
控制电路
是否有声音信号 “芝麻开门”
门
门的开启或关闭
转动量
以雷达测速系统为例，它由测速雷达、判读汽车速度的电脑和照相机三大部分组成。在这个系统中，一旦有汽车通过，雷达测速装置实时测出汽车速度，由电脑迅速判断出是否超速，如果超速则启动照相机跟踪抓拍，将拍摄到的图像信息存储和输出到控制中心。
其控制系统的工作过程如下图所示：
判读汽车速度的电脑
测速雷达
汽车的速度
超速汽车的图像信号存储、输出
照相机
案例3 电子警察——车辆超速检测系统
马上行动——自行车刹车控制系统
自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。请画出控制方框图
刹车片
握把、杠杆系统
握紧力
车轮转速
车轮
压紧量
游泳池
水流量
游泳池注水　　
在开环控制方式下，如果进水变小了，游泳池中的水就没有加够。如果进水变大了，游泳池中的水就会满出，造成水源浪费。
在游泳池中增加一个检测水位的装置，根据检测的数据与给定的数据进行比较，当实际水位低，继续进水，否则，关闭进水阀。
给定水位
控制电路
游泳池的水位
进水阀
检测装置
比较器
+
-
水流量
进水阀
定时器
设定注入时间
游泳池
游泳池的水位
（改进后方案）
3 闭环控制系统
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叫闭环控制系统。
被控对象
控制量
给定量
控制器
执行器
检测装置
比较器
+
-
被控量
案例分析：空调器温度控制系统
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。
根据空调器的工作过程，试画出其温度控制系统的方框图。
空调机温度控制系统
空调房间
压缩量
设定温度
控制电路
室内实际温度
压缩机
（制冷装置）
温度检测装置
比较器
+
-
小游戏
在黑板上有两张大脸，“四官俱全”，没有鼻子。请一位同学上来“填”鼻子，一次，睁着眼睛画，另一次闭着眼睛画。
1、闭着眼睛画：
人脑控制手画鼻子：人脑——手——鼻子
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。这种控制，称为开环控制。
分析原因：
2、睁着眼睛画：
人脑控制手画鼻子，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鼻子。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。这种控制称为闭环控制。
人脑——手——画鼻子 |
|———眼睛—————|
比较开环系统和闭环系统的区别
睁着眼睛画鼻子的控制系统
粉笔
鼻子的
位置
睁着眼睛
确定鼻子
的位置
大脑
手
手的位置
闭着眼睛画鼻子的控制系统：
粉笔
鼻子的
位置
鼻子理
想位置
大脑
手
手的位置
眼睛
比较器
开环控制系统与闭环控制系统区别
1、概念:
开环控制系统：输出量不对系统的控制产生任何影响的控制系统
闭环控制系统：输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统
2、信号传输通道的差别 ：
开环控制系统：只有正向传输通道，
闭环控制系统：有正向通道和反馈通道。
3、系统结构的差别：
开环控制系统：有给定环节（设定被控量给定值的装置）
闭环控制系统：有给定环节、比较环节、检测环节。
练习
根据开环电子控制系统和闭环控制系统的区别进行分析、判断，在你认为正确的表格中打 “ ”
开环电子控制系统 闭环电子控制系统
电子表
电取暖系统
空调
程序控制洗衣机
可调亮度的台灯
电热水器