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第四章 第三节
闭环控制系统的工作过程
苏教版（2019版）
必修二 设计与技术2
任务一：解析闭环控制系统工作过程
任务二：辨析反馈在控制系统中的作用
闭环控制系统的工作过程
走进情境
陈晨家住在北京，阳台上种植了许多植物。冬天室外寒冷，陈晨想要设计一款恒温箱让阳台上的植物安全过冬。
任务一：解析闭环控制系统工作过程
1. 技术体验：搭建恒温箱控制系统
如图所示，搭建恒温箱控制系统。
制冷模块
常开输出
制热模块
常闭输出
温度探头
温度设置旋钮
1. 搭建恒温箱控制系统
恒温箱内情况 控制系统的工作状态 恒温箱的状态
当温度探头检测到恒温箱内温度低于设定温度时
当温度探头检测到恒温箱内温度高于设定温度时
制热模块打开
制热
制冷
思考： 恒温箱控制电路的工作状态取决于来自什么装置的信号？
温度探头
制冷模块打开
1. 搭建恒温箱控制系统
控制电路
制热模块 或
制冷模块
恒温箱
设定温度
实际温度
+
温度探头
-
恒温箱控制系统的工作过程：
温度探头能检测到恒温箱内的温度，控制电路能根据恒温箱内的温度与设定温度的偏差值，发出指令来控制制冷模块或制热模块的启动或关闭，达到恒温控制的目的。
制冷模块
制热模块
温度探头
+
温度探头
-
控制电路
制热模块 或
制冷模块
恒温箱
设定温度
实际温度
2. 闭环控制系统
简单闭环控制系统方框图
控制器
执行器
被控对象
被控量
+
检测装置
-
给定量
（输入量）
（输出量）
特点：
在系统的输入量和输出量之间，除了从输入端到输出端之间，除了有从设定温度到实际温度的信息传递，还有一条从输出端返回到输入端的反馈环节，它们形成了一条闭合回路。
我们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称为闭环控制系统。
2. 闭环控制系统
简单闭环控制系统方框图
控制器
执行器
被控对象
被控量
给定量
（输入量）
（输出量）
+
检测装置
-
有一个红外感应自动控制的水龙头，当人手靠近时水流出，手拿开时水停止流出，出水1分钟后水龙头自动关水。
该控制系线属于（ ）
A.人工开环
B.闭环控制
C.开环控制
D.自动闭环
（控制器）
（执行器）
（被控对象）
（输入）
（输出）
水龙头
电磁阀
控制电路
开、关水
人体
热辐射
3.学习用方框图描述控制过程
（1）.开环闭环判断
3.学习用方框图描述控制过程
风力发电机运行时风轮对准风向才能获得最大风能。风向测定装置将检测到的风向信号送给迎风控制装置与设定值比较，迎风控制装置根据角度编差信号控制航电机运转，调整风轮角度，使风轮始终对准风向。
控制器
执行器
被控对象
输入量
输出量
+
检测装置
-
（2）.判断装置，写出方框图
（1）.开环闭环判断
①没有检测装置的是开环；
②检测装置检测输入量的是开环；
③检测装置检测输出量的是闭环；
（输出量即控制目的）
3.学习用方框图描述控制过程
（2）.判断装置，写出方框图
①.先找输出量（控制目的），再找输入量。输入量决定输出量
②.被控对象与输出量对应。
（注意控制系统都是装置，人不能作为被控对象）
③.执行器直接对被控对象进行控制。
④.控制量是执行器的动作或者输出信号量。
⑤.控制器能够发出指令或者命令。
题目中没有指明的可以写控制器或者控制电路。
巩固练习 一：
声控灯适用于多种场合，如在公共楼道里安装声控灯既方便，又安全。它与普通的电灯控制电路相比，去掉了手动开关，而增设了声传感器、控制器和电子开关。其中声传感器的灵敏度可调整，以适应不同场合使用的需要。请根据声控灯的功能分析：
( l ）声控灯控制系统的输入和输出是什么？两者的关系怎样？
( 2 ）声控灯控制系统的检测装置是什么？ 检测的信号是什么？
( 3 ）画出声控灯控制系统的框图。
声控灯控制系统的输入量是声音信号，输出量是灯泡的亮、灭。两者的关系是声强达到某给定值时灯亮；声强达不到某给定值时灯灭。
( l ）声控灯控制系统的输入和输出是什么？两者的关系怎样？
( 2 ）声控灯控制系统的检测装置是什么？
检测的信号是什么？
声控灯控制系统的检测装置是声传感器。检测装置检测的是声音信号。
( 3 ）画出声控灯控制系统的框图。
检测装置检测的是声音信号，检测的是输入量，不是输出量，没有形成信息闭合回路，因此，是开环控制系统。
如图 Z 一 8 一 1 所示：
巩固练习 二：　分析电冰箱温度自动控制系统
电冰箱温度控制过程为:当接通电源后，电子控制器命令压缩机制冷模块工作，使制冷剂不断地在管道中循环，并吸收电冰箱内的热量，使冷冻、冷藏室的温度下降。同时，冷冻、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电子控制器进行比较、分析、处理。
当冷冻、冷藏室的温度达到设定的温度时，控制电路发出指令，压缩机制冷模块停止工作。如此循环，达到稳定箱内温度的目的。
1. 电冰箱的温度自动控制系统中，检测装置是（ ）
作用是（ ）
2.它是开环控制系统还是闭环控制系统，为什么？
3 .画出控制系统方框图
温度传感器
测量并反馈温度
（设定温度）
（电子控制器）
（压缩机）
（电冰箱）
（冰箱内温度）
（温度传感器）
巩固练习 二：　分析电冰箱温度自动控制系统
电冰箱温度控制过程为:当接通电源后，电子控制器命令压缩机制冷模块工作，使制冷剂不断地在管道中循环，并吸收电冰箱内的热量，使冷冻、冷藏室的温度下降。同时，冷冻、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电子控制器进行比较、分析、处理。当冷冻、冷藏室的温度达到设定的温度时，控制电路发出指令，压缩机制冷模块停止工作。如此循环，达到稳定箱内温度的目的。
任务二：辨析反馈在控制系统中的作用
1.闭环控制系统中的反馈
反馈：
在自动控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程。
反馈方法：
利用反馈来分析和处理被控对象，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。
任务二：辨析反馈在控制系统中的作用
带有反馈的控制系统就是前面所述的闭环控制系统。
在工程中，反馈控制是自动控制中不可缺少的形式。
+
温度探头
-
控制电路
制热模块 或
制冷模块
恒温箱
设定温度
实际温度
任务二：辨析反馈在控制系统中的作用
任务二：辨析反馈在控制系统中的作用
2.干扰因素
在恒温箱控制系统的技术试验中，你是否发现温度控制并没有达到预期的温度控制目的？
在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控制量变化的各种因素都可以视为干扰因素。
在进行控制系统设计时，必须对可能存在的干扰进行全面的调查和分析，如果干扰比较经常和严重，对控制目标影响产生严重的后果，就必须考虑抗干扰措施，保证控制系统的正常工作；如果可能存在的干扰不是很严重，对系统正常工作影响不大，就可以忽略。因为任何抗干扰措施的实现，都意味着系统结构的复杂和成本的增加。
任务二：辨析反馈在控制系统中的作用
室内恒温泳池的水温控制系统为闭环控制。下列不属于该温度控制系统干扰因素的是( )。
A.出水的温度
B.进水的温度
C.室内场馆温度
D.游泳者的数量
3.闭环控制系统与开环控制系统的比较
控制系统 反馈 控制精度 结构 成本 应用范围
闭环
开环
有反馈
无反馈
精度高
精度较低
结构复杂
结构简单
成本高
成本低
高精度、高可靠、系统本身不稳定的应用领域
控制精度要求不高本身很稳定的应用
任务二：辨析反馈在控制系统中的作用
4.黑箱方法
任务二：辨析反馈在控制系统中的作用
家里的电池各种各样的都放在一起，
分不清楚电量还剩多少？
万用表测量电池电量
黑箱方法;是通过对系统的输入与输出关系的研究推断系统内部结构和功能的方法。
总 结
1. 闭环控制系统的组成及工作过程
2. 闭环控制系统的反馈。
3. 系统中的干扰因素。
4. 黑箱方法。
谢谢！

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