4.2控制系统的工作过程与方式（32张幻灯片）

(共33张PPT)
4.2控制系统的基本组成与工作过程
1、自动门
自动门的动作过程是：当门口没有人时，门是关着的；当有人来到门口时，门打开；当人离开门口后一段时间，门又关闭。
自动门的功能和技术要求有：
功能：
（1）无人时，常关；
（2）有人时，开门。
技术要求：
（1）当人距门1m时，门即打开。
（2）门打开后，延时10s后关门。
系统组成：门、电动机、控制器、传感器。
工作过程
（1）当有人到达门前某一距离时，传感器感知，并发出“有人”的信号 （2）控制器接到传感器传来的信号后，经变换放大后传给电动机（这里的电动机叫做执行器，也称为驱动器）；
（3）电动机根据传来的开门信号转动，门被打开（这里的门叫做被控制对象，也称为控制对象，简称对象）
（4）控制器保持开门信号延迟后，自动发出关门信号，电动机反转，门重新关闭。
系统组成与工作过程如图：
传感器
控制器
电动机（执行器）
门（被控制对象）
输入
有人否
输出
开/关
2、水箱水位控制
当水箱内的水没有达到设定的水位时，水箱的水龙头打开，向水箱内放水；当水面达到设定位置，水龙头关闭。它有两种控制方式：一为人工控制；一为自动控制，下面开始研究这样两种控制。
自动水箱水位控制和人工对比
组成：
人工：水箱、进水阀门。
自动：水箱、阀门、连杆结构、浮子。
工作过程：
人工：主要是用人眼监视水面高度。
自动：主要是利用浮子进行传感。
控制系统
输入量
控制系统
输出量
归纳共同点：
使用下面的方框来表示上述控制系统
自行车传动控制系统:
脚踩的力
(输入)
脚蹬、曲柄、链轮、
中轴、链条、飞轮
自行车行驶的速度
（输出）
根据自行车行驶、电风扇转动具体的案例画出控制系统方框图：
电风扇风速的档位
（输入）
电机、扇叶
风速
（输出）
电风扇的风速控制系统
结论
任何一种控制的实现，都要通过若干环节，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。
马上行动
是否属于控制系统 输入 输出 控制系统的组成
普通
电灯
亮度可调灯
楼道里的自动声控灯
是
是
是
接通电源的电信号
接通电源的电信号
接通电源的电信号
电灯的照
明亮度
电灯的照
明亮度
电灯的照
明亮度
开关、灯泡、灯座、导线、电源
可调电阻开关、灯泡、灯座、导线、电源
声传感器开关、灯泡、灯座、导线、电源
闭环控制与开环控制系统
信息流经一个闭合环路，这类系统称之为闭环控制系统。
闭环控制系统中，将输出信息反传给比较环节做法，称之为反馈。
在我们的自动门实例中没有反馈，也就不存在闭环，这类系统称之为开环控制系统。
闭环系统和开环系统，是两类不同的系统。从构成形式上看，二者的不同表现为有反馈或无反馈，从本质上看二者的不同在于信息流的传递方式不同。
例: 电子门铃的开环电子控制系统
用手按动按钮开关,输入一个触发信号
音乐集成电路经过触发后工作,产生一组载有“音乐”的电信号.
扬声器将电信号转变为音乐声.
输出的音乐声的变化对系统的控制状态并不产生影响,即不存在反馈.
输入:
控制(处理):
输出:
特点:
开环控制系统
以声控电灯为例写出控制过程方框图：
常开(断开)接点
声传感控制器
输入量
灯泡
输出量
控制器
执行器
被控对象
输入量
输出量
开环控制系统的方框图
输入量——控制系统的给定量
输出量——控制系统所要控制的量
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
执行器——直接对被控对象进行控制的装置或元件
被控对象——控制系统所要控制的装置或生产过程
开环控制系统
《一千零一夜》里的一个故事：阿里巴巴和四十大盗的故事里有一扇神奇的门，请写出“芝麻开门”声控开门系统：
开环控制系统
输入量
声音传感器
电动机
门
输出量
练习
扬声器
音乐声
音乐集成电路
路灯
光的变化
电子电路
锁舌
锁舌的运动
集成电路
电子音乐门系统 路灯自动控制系统 电子锁 自动门
被控对象
输出量
控制器
集成电路
门
门的开关
练习
应用一般开环控制系统方框图画出以下控制系统的控制方框图：
公共汽车车门控制系统、
红绿灯定时控制系统、
闹钟定时控制系统、
自动烘手机控制系统、
游泳池注水定时控制系统
机电控制式水位控制
闭环控制系统
水箱闭环控制系统
水箱
连杆结构
阀门
给定量
水箱水位
浮子
比较器
闭环控制系统方框图
控制器
执行器
给定量
被控量
检测装置
比较器
被控对象
控制量
水流量
给定量——作用于控制系统的物理量，预先给定的
被控量——需要进行控制的物理量
控制器——对被控对象起控制作用的设备总体，即控制装置
执行器——执行控制器的指令
被控对象——需要控制的机器、设备或生产过程
闭环控制系统
比较器是将给定量与所测的被控量进行比较，求出偏差
控制器将这一偏差进行运算处理，并向执行器下达控制命令；
执行器根据指令对被控对象进行控制，从而使被控量稳定在一定范围内。
闭环控制系统
家用电冰箱的结构和制冷原理图
组成：压缩机、冷却器和散热器，它们之间用一根管道相连。
管道里装有一种沸点很低的制冷剂。压缩机在管道的底部，它使制冷剂不断地在管道里循环。制冷剂流动到狭窄的毛细管时，受到强大压力，由气态变成液态，通过散热器对外放出热量。当制冷剂通过较粗的管道组成的冷却器时，由于压力突然降低，制冷剂由液态立即变为气态，从而吸收电冰箱内的热量，使电冰箱内的温度降低，达到制冷的效果。
闭环控制系统
家用冰箱是闭环控制系统，其控制方框图
被控对象
输出
控制(处理)
检测
反馈
(电子电路)
(继电器)
(冷藏室)
温度传感器
(微型电脑）
比较器
输入
预置温度调节装置
动画演示
根据冰箱内放置食物的保存要求，预先设置一个恰当的冷藏温度。
由电子电路组成,核心部件是一个微处理器——微型电脑。能对预置设定的温度和输出中检测到的电信号进行比较、分析和判断，并发出命令
由电磁继电器组成。当它接到“接通”压缩机指令时，便接通压缩机工作电路。当它接到“停止”的指令时，继电器便断开压缩机的工作电路。
主要由温度传感器组成。温度传感器装在冷藏室内，它将检测到的冰箱冷藏温度转变为电信号并反馈到电子控制系统的控制（处理）部分。
输入：
控制(处理)：
输出：
检测与反馈：
——当接通电源后，控制电路命令执行器接通压缩机工作电路，制冷剂不断地在管道中循环，并吸收电冰箱内的热量，使电冰箱内的温度下降。同时，冷藏室内的温度传感器不断地检测箱内温度，并把温度变化的电信号反馈到控制（处理）部分，控制部分对预置的温度和反馈的温度进行比较、分析、处理。当电冰箱内的温度达到设定的温度时，控制部分发出指令给电磁继电器，继电器立即切断压缩机工作电路，制冷工作停止。
——当电冰箱内温度回升并超过设定温度时，电子控制电路又发出指令，使电磁继电器接通压缩机工作电路，压缩机重新工作并进行制冷。
闭环控制系统
（2）闭环电子控制系统与开环电子控制系统相比有什么优点？
闭环电子控制系统具有监测和反馈功能，可以提高控制的精度，而且实现控制的自动化。
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
智能洗衣机
电热水器
说明各控制系统属于哪种控制系统，并画出控制方框图：
1、十字路口的红绿灯定时控制系统；
十字路口自动控制（根据车流量大小改变红绿灯时间）系统
2、商店门口的卷帘门；
希罗的自动门
3、游泳池注水定时控制系统；
游泳池注水水位控制系统
练习