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(共32张PPT)
第四章 控制与设计
　控制系统的基本组成与工作过程
学习目标
1、分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程。
2、熟悉闭环控制系统的基本组成，理解其中的控制器、执行器的作用。
3、掌握开环和闭环控制系统的区别。
日常生活中的控制举例
日常生活中的控制举例
格里芬飞跃汽车灌篮
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。
案例分析：自动门工作原理
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。
案例分析：自动门工作原理
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：
案例分析：自动门工作原理
一、开环控制系统的含义：
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。
对“自动门”的扩展探究三例：
②自动门前跑过一条狗，自动门会不会打开？
①门的重量不同，对系统的哪个部分有不同
的要求？
③自动门前开过一辆汽车，自动门会不会打开？
对“自动门”的扩展探究三例：
④如何将自动门装置改为汽车车库中的
自动门？
自动门
对“自动门”的扩展探究三例：
⑤当人一直站在门口时，自动门会怎样动
作？为什么？
开环控制系统的特点：
1、系统的输出量直接受输入量的控制；
2、信号（或信息）的传递是单向的，总是从输入端单向传至输出端。
1、夜半时刻，在十字路口，没有行人，汽车却仍然要等待？怎么办？
2、游泳池注水或楼顶水箱注水，时间到了可是有时水满了，有时却未满，怎么办？
······ ······
二、闭环控制系统
下图是一个典型的闭环控制系统——
水箱水位的闭环控制系统
注入水流量
进水阀门
浮子
水箱
杆杠
实际水位
给定水位
注入水流量
控制方框图：
P108
传感器 控制器 执行器
对象
人工 控制 人眼 人脑 和手 进水 阀门
水箱
自动 控制 浮子 连杆 机构 进水 阀门
水箱
水箱水位两种控制方式比较
环节
方式
水箱注水控制系统方框图：
简单闭环控制系统的方框图：
被控对象
执行器
控制器
给定量
控制量
被控量
检测装置
比较器
-
+
水箱
进水阀门
连杆
给定水位
开度
水箱的水位
（输出）
浮子
比较器
+
-
二、闭环控制系统
二、闭环控制系统
定义：
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
游戏：画鼻子
要求：
选手闭上眼睛，
试着给图片画上鼻子。
如何判断开环控制系统与闭环控制系统
自动门控制系统框图
如何判断开环控制系统与闭环控制系统
开环控制的特点：
1、它是单向的控制过程；
2、输入量与输出量往往是不同性质的量。
闭环控制的特点：
1、有反馈；
2、会调整；
3、“结果”会影响“结果”；
4、给定量与被控量是可比较的同一种性质的量。
5、输出量到输入量之间的信号形成一个回路
传感器的作用不同：
开环控制检测的是输入信号，
闭环控制检测的是输出信号
这是闭环系统吗？
同学们几乎每天听着扩音机里播放的音乐做广播体操，但扩音机从未引起大家的注意。学习了上面的内容后，请大家思考：
扩音机是一个什么控制系统？
简单的控制系统由两部分组成，即被控对象和控制装置。其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括反馈环节与比较环节。
三、控制系统的基本组成
四、小结
控
制
系
统
开环
闭环
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响
系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递
系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响
输出量到输入量之间的信号形成一个回路
1、下列控制系统中，属于开环控制系统的是（ ）
A、电冰箱的温度控制
B、计算机的CPU上的风扇的转速控制
C、现代化农业温室的温度控制
D、家用缝纫机的缝纫速度控制
2、下面控制系统中，属于闭环控制的有（ ）
A、电风扇机械定时开关控制系统
B、电子门铃控制系统
C、电磁炉温度自动控制系统
D、自行车制动系统
随堂检测
D
C
输入量
（接通电源）
控制器
（控制电路）
执行器
（水泵）
被控对象
（水管）
输出量
（水管排出水）
控制量
（水流量）
水泵抽水
输入量
（开、关）
控制器
（控制电路）
执行器
（执行活塞）
被控对象
（车门）
输出量
（车门的开或关）
控制量
（压缩空气流向）
公共汽车开关门
冰箱控制
控制器
（大脑）
执行器
（手）
被控对象
（篮球）
被控量
（篮球位置）
给定量
（篮圈位置）
检测装置
（眼睛）
控制量
（投掷力）
比较器
投篮控制
1、下列控制系统中，属于开环控制系统的是（ ）
A、电冰箱的温度控制
B、计算机的CPU上的风扇的转速控制
C、现代化农业温室的温度控制
D、家用缝纫机的缝纫速度控制
2、下面控制系统中，属于闭环控制的有（ ）
A、电风扇机械定时开关控制系统
B、电子门铃控制系统
C、电磁炉温度自动控制系统
D、自行车制动系统
随堂检测
D
C
3.闭环控制系统由下列各个环节组成（ ）
①控制器 ②执行器 ③被控对象 ④检测装置
A、①②③ B、①③④ C、①②③④ D、①②④
4、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进行比较的过程，称为（ ）
A、反馈 B、干扰 C、控制 D、闭环控制
5、闭环控制系统中反馈的作用是（ ）
A、消除干扰因素 B、实现自动控制
C、减少输入量的偏差 D、减少输出量的偏差
C
A
B
王大伯盖了一个能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（5分），并画出花房温度控制系统的方框图。 （5分）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。
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：
（1）音乐喷泉控制系统是开环控制还是闭环控制？
（2）该控制系统的输入信号和输出信号分别是什么
（3）从控制系统组成的角度，分析“声－电转换装置”在控制系统中起什么作用？
答案：（1）开环控制系统（2）音乐的声信号、水柱的高度（3）控制器的控制作用
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
电饭煲煮饭

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