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第九章 控制及设计
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理解控制的涵义及其在生产和生活中的应用
2、分析典型的案例，了解手动控制、自动控制，熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程
3、能画出一个简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器等环节的作用，熟悉反馈环节的作用
4、结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素，并作分析
5、了解简单被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量、画出控制系统的方框图，并形成初步的设计方案。
6、能根据开环控制系统的设计方案，制作一个控制装置
知识梳理：
考点一：了解控制
1、控制的定义：根据自己的目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展就形成了控制
2、控制的三要素：控制目的、控制手段、控制对象
3、控制系统的分类：
开环控制系统：不将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统。
闭环控制系统：能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据他们的误差及时调整控制作用的系统
注意：闭环控制系统都有反馈环节，所以闭环控制系统又称反馈控制系统
手动控制系统：控制系统必须在人的干预下才能完成的控制任务
自动控制系统：控制的过程不需要人的干预
注意：自动控制系统有三种基本控制方式：开环控制、闭环控制和复合控制
闭环控制系统不一定都是自动控制，比如人骑自行车：中间有人的干预。注意在区分的时候，关键是看有没有人的干预。
典例分析：例题12010（山东高考）普通高压锅使用过程中，当国内压力达到一定值时，压力阀会浮起来并放气，使国内压力值维持在预定值水平，该压力控制系统是（ B ）
①、人工系统 ②、自然系统 ③、人工（手动）控制 ④、自动控制
A、①③ B、①④ C、②③ D、②④
练习1、2011（山东烟台）张强同学发现学校路灯有时候由于没有及时关闭而浪费用电，为此他设计了一个控制方案，能够在天亮时关闭，天暗后打开。该控制系统属于（ D ）
A、手动控制的开环控制系统 B、手动控制的闭环控制系统
C、自动控制的闭环控制系统 D、自动控制的开环控制系统
考点二：控制系统的组成1、反馈 2、控制器 3、执行器 4、别空对象 5、控制量 6、被控量
开闭环控制系统框图：
闭环控制系统框图：
典例分析：例题1：2011（山东淄博）如图所示为养殖业中所用到的禽畜自动给水系统，此系统是闭环控制系统．可使饮水槽水位保持不变。下列说法正确的是（B ）
①浮子是传感器； ②进水口是控制器；
③被控对象是水箱；④水箱与饮水箱的水平面可以不一致。
A．①④ B．①③ c．②④ D．②③
例题2、(1分)某品牌电热水壶(右图)设有防烧干装置，当壶巾水盘低于一定
值时，电源会自动断开；壶盖经过特殊设计，水烧开时，蒸汽会使水壶发出蜂呜声，起到提醒作用。下州说法正确的是（ B ）
A、壶中水温为防烧干系统的输入量 B、蜂呜声体现了人机工程学中的人机信息传递
C、设计该水壶时，不必与虑壶盖的重量 D、设计该水赢时，主要避循了美观性原则
练习1：2011(山东寿光)音乐喷泉是音乐的不同频率经由“声电转换装置” 转换为随之变化的电信号，送到变频电机的控制端，使电机转速随音乐的音调、节奏和强弱而变化，电机带动水泵旋转，水泵的压力也随之变化，形成了高低不同、绚丽多姿的水柱。回答一下问题：
（1）、音乐喷泉控制系统属于 （B ）
①开环控制 ②闭环控制 ③自动控制 ④人工控制
A、③④ B、①③ C、①④ D、②③
（2）、该控制系统的输入量是： ，输出量是：
（3）、画出控制系统框图:
考点三：简单控制系统的设计
控制系统设计概论：第一步，确定控制的目的 第二步，确定系统的被控量 第三步，拟定设计规范 第四步，选定控制系统的结构 第五步，建立系统各环节的模型 第六步，确定待调参数
考点四：控制中的干扰：克服干扰的基本方法：分析干扰的性质，对症下药
典例分析：例题1、2011（山东胜利一中）比较开环控制系统和闭环控制系统，下列判断错误的是（ D ）
A、开环控制系统的控制精度要低 B、开环控制系统无反馈环节
C、闭环控制系统的抗干扰能力强 D、开环控制系统和闭环控制系统都有比较器
练习、2011（山东莱州）在控制系统中存在干扰因素，对于抗干扰因素对控制系统的影响，下列四个选项中说法正确的是（ C ）
A、干扰因素进作用在被控量上 B、干扰因素不会作用于开环控制系统
C、干扰因素的影响都会反映在输出量的变化上 D、干扰因素是不可以利用的
跟踪训练：
1、2011（山东临沂）下列控制系统中，属于开环控制系统的是（ D ）
A、电冰箱的温度控制 B、计算机CPU上的风扇的转速控制
C、现代化农业温室的温度控制 D、电子门铃控制系统
2、2010（山东青岛）用遥控器调换电视机频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程，下列属于这类传感器的是（ A ） A、红外报警装置 B、走廊照明灯声控开关 C、自动洗衣机压力传感器 D、电饭煲控制加热和保温的温控器
3、2010（济宁一中）“神州七号”在空中运行中，在地面人员对其发出变轨指令的过程中，其控制的对象是（ C ） A、返回舱 B、推进舱 C、轨道舱 D、整个飞船
4、以下的控制系统方框图中，执行器是（ 传动装置 ）
5、2010（山东高考）、项目名称：防风自动关窗装置的制作：
结构：①风力感应部分，包括安装在户外的风向标，风力板和弹簧（稳定风力板） ②窗体传动部分，包括窗体滑轮，牵引线和引线滑轮 ③电路部分，包括电源（E）、电机（M），触头开关（K1）和嵌入墙体中的按压开关（K2）
工作原理：①窗户打开时，K2在弹簧的作用下自动闭合，防风功能处于待命状态。 ②起风时，风向标转向来风方向，风力板受风力推动发生偏转，使K1闭合，电机驱动窗户向左移动 ③待窗户关闭时，窗框推压K2撞杆并使其断开，电源切断，自动防风功能关闭。
（1）请填写图框中的① _风向标② _如何感应风力。
（2）该系统的被控对象是窗户
①、风力板平面与风向标尾翼平面之间的最佳夹角为__90_________。
②、窗户打开，防风功能处于待命状态时的电路图是（ C ）
③、制作风力板最合适的选材是（ D ）
A.普通硬纸板 B.铸铁板 C.太阳能电池板 D .硬铝板
④、安装电源时，要用螺丝钉将电源固定在木质底座上。下列组合最省力的是（ B ）
A.细柄螺丝刀，密纹螺丝钉B.粗柄螺丝刀，密纹螺丝钉
C. 粗柄螺丝刀，疏纹螺丝钉 D. 细柄螺丝刀，疏纹螺丝钉
⑤、防风功能启动时，如果电机带动窗体向右移动，原因是( A )
A.电机极性接反 B.电源电压不足 C.K1接反 D.K2J接反
⑥、为进一步改进和完善装置的功能，需要在测试基础上调整设计。下列可以提高风力感应灵敏度的是( A ) A.适当增加风力板面积B.缩短悬挂风力板连杆的长C.减小风向标尾翼面积 D.调节K1,使其触头间距增大
6、某办公楼大厅采用自然光照明，控制系统如右图，大阳光经过反光镜反射到反光球面镜上，反光球面镜再将光线反射到大厅，从而达到采集自然光的目的。当大阳移动 后，光线到达反光球面镜的位置也随之发生偏移，相应的传感器就会受到光照产生电信号，控制器根据不同传感器送来进来的信号控制反光镜作相应的调整。 （1）该系统是开环控制系统还是闭环控制系统？ （2）该系统中，被控对象是_____________。 （3）控制器与人体哪个器官的功能是类似的？ （4）请再写出两种利用太刚能的产品。6、（1）闭环控制系统（2）反光镜（3）大脑；（4）太阳能热水器、太阳能电池、太阳能飞机、太阳能路灯等。
举例：开环控制系统;
1、楼道自动声控灯装置
2、十字路口的红绿灯定时控制系统
3、
3、游泳池定时注水控制系统
闭环控制系统：
1、家用压力锅
闭环控制系统：
1、压力锅
2、投篮
3、供水水箱的水位自动控制系统
4、加热炉的温度自动控制系统
5、花房温度控制系统
输入量
（给定量）
控制器
执行器
被控对象
输出量
（被控量）
控制量
控制器
执行器
被控对象
被控量
（输出量）
给定量
（输入量）
检测装置
控制量
比较器
输入转速
脚踏板
传动装置
缝纫机
输出转速
输入量
（有无声音）
控制器
（声电传感器）
执行器
（触点延时开关）
被控对象
（楼道灯）
输出量
（灯亮或灭）
控制量
（电流）
输入量
（设定亮、灭时序）
控制器
（电脑）
执行器
（时序控制装置）
被控对象
（红绿灯）
输出量
（灯亮、灭时序）
控制量
（电流）
输入量
（设定注水的时间）
控制器
（定时器）
执行器
（进水门阀）
被控对象
（游泳池）
输出量
（游泳池的水位）
控制量
（水流量）
控制器
（重锤）
执行器
（出汽孔）
被控对象
（压力锅）
被控量
（锅内压力）
给定量
（重锤重力）
检测装置
（重锤）
控制量
（出汽量）
比较器
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
控制器
（机械或电气控制装置）
执行器
（阀门）
被控对象
（水箱）
被控量
（水箱水位）
给定量
（设定的水位高度）
检测装置
（浮球或液位传感）器）
控制量
（进水量）
比较器
控制器
（电子或微机控制装置）
执行器
（加热器）
被控对象
（加热炉）
被控量
（炉内温度）
给定量
（设定的温度）
检测装置
（热电偶）
控制量
（电压）
比较器
给定量
（设定的温度）
控制器
（控制电路）
）
执行器
（加热或制冷元件）
被控对象
（花房）
被控量
（花房温度）
检测装置
（温度传感器）
控制量
（制冷制暖量）
比较器

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