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高一—粤教版—通用技术—必修二第四章
第二节 控制系统的组成和描述
学习目标
工程思维：结合具体案例，分析开环与闭环控制系统的基本组成和工作过程。
图样表达：熟悉闭环控制系统的基本组成，能画出简单闭环控制系统方框图。
一、基础知识
控制的含义：
为了使事物按照自己的意愿发展，必须通过一定的方法对其进行干预，使其向期望的目标发展。
一、基础知识
开环控制的特点：
输出量能返回到输入端并对控制过程产生影响。
闭环控制的特点：
其本身不能对被控量的偏差进行调整和补偿。
一、基础知识
任何控制系统都要通过若干个环节来实现，这些环节所涉及的装置构成一个系统，称为控制系统。
分析睁开双眼画画过程
大脑
手
画图
眼睛
射箭的控制过程
二、开环控制系统的组成和描述
二、开环控制系统的组成和描述
箭的落点
射向靶心的方向
单次射箭过程
二、开环控制系统的组成和描述
箭的落点
射向靶心的方向
单次射箭过程
（给定量）
二、开环控制系统的组成和描述
箭的落点
射向靶心的方向
单次射箭过程
（给定量）
给定量：输入量即控制系统的给定量。
二、开环控制系统的组成和描述
箭的落点
射向靶心的方向
单次射箭过程
（给定量）
（被控量）
二、开环控制系统的组成和描述
箭的落点
射向靶心的方向
单次射箭过程
（给定量）
（被控量）
被控量：控制者最终的控制目标量，它与给定量是同一个量纲。
二、开环控制系统的组成和描述
箭的落点
射向靶心的方向
单次射箭过程
（给定量）
（被控量）
（被控对象）
箭
箭的落点
射向靶心的方向
单次射箭过程
（给定量）
（被控量）
（被控对象）
箭
被控对象：控制系统中所要求控制的装置或生产过程。
二、开环控制系统的组成和描述
箭的落点
射向靶心的方向
单次射箭过程
（给定量）
（被控量）
（被控对象）
箭
射箭的方向
（控制量）
二、开环控制系统的组成和描述
箭的落点
射向靶心的方向
单次射箭过程
（给定量）
（被控量）
（被控对象）
箭
射箭的方向
控制量：是能对被控对象产生作用，从而使被控量发生变化的量。
（控制量）
二、开环控制系统的组成和描述
箭的落点
射向靶心的方向
单次射箭过程
（给定量）
（被控量）
（被控对象）
箭
射箭的方向
（控制器）
大脑
（控制量）
二、开环控制系统的组成和描述
箭的落点
射向靶心的方向
单次射箭过程
（给定量）
（被控量）
（被控对象）
箭
射箭的方向
控制器：控制器即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。
（控制器）
大脑
（控制量）
二、开环控制系统的组成和描述
箭的落点
射向靶心的方向
单次射箭过程
（给定量）
（被控量）
（被控对象）
箭
射箭的方向
（控制器）
大脑
（控制量）
肢体、弓
（执行器）
二、开环控制系统的组成和描述
箭的落点
射向靶心的方向
单次射箭过程
（给定量）
（被控量）
（被控对象）
箭
射箭的方向
（控制器）
大脑
（控制量）
肢体、弓
（执行器）
执行器：将控制器发出的信号转换成能影响被控对象的信号的装置。
二、开环控制系统的组成和描述
箭的落点
射向靶心的方向
射箭的方向
（控制器）
（被控对象）
（执行器）
（被控量）
（给定量）
大脑
肢体、弓
箭
单次射箭过程
（控制量）
二、开环控制系统的组成和描述
箭的落点
射向靶心的方向
射箭的方向
（控制器）
（被控对象）
（执行器）
（被控量）
（给定量）
大脑
肢体、弓
箭
单次射箭过程
（控制量）
信号传递方向从输入端向输出端单向传输。
（被控量）
（控制量）
控制器
执行器
被控对象
（给定量）
开环控制系统方框图
方框表示环节
单向信号线表示系统信号传递的方向
二、开环控制系统的组成和描述
（被控量）
（控制量）
控制器
执行器
被控对象
（给定量）
开环控制系统方框图
二、开环控制系统的组成和描述
三、闭环控制系统的组成和描述
钟某驾驶汽车在高速公路上以每小时120公里的速度匀速前行。在上坡或下坡等特殊路段时，他发现汽车不能以每小时120公里的速度匀速前行。请大家分析钟某驾驶汽车的控制过程并用方框图的形式来描述。
（执行器）
（被控对象）
驾驶汽车控制过程
（给定量）
（被控量）
（控制器）
（控制量）
期望的行驶速度
三、闭环控制系统的组成和描述
（执行器）
（被控对象）
驾驶汽车控制过程
实际的行驶速度
（给定量）
（被控量）
（控制器）
（控制量）
期望的行驶速度
三、闭环控制系统的组成和描述
（执行器）
汽车
（被控对象）
驾驶汽车控制过程
实际的行驶速度
（给定量）
（被控量）
（控制器）
（控制量）
期望的行驶速度
三、闭环控制系统的组成和描述
（执行器）
汽车
（被控对象）
驾驶汽车控制过程
实际的行驶速度
（给定量）
（被控量）
（控制器）
（控制量）
期望的行驶速度
能源
三、闭环控制系统的组成和描述
（执行器）
汽车
（被控对象）
驾驶汽车控制过程
实际的行驶速度
（给定量）
（被控量）
大脑
（控制器）
（控制量）
期望的行驶速度
能源
三、闭环控制系统的组成和描述
肢体
（执行器）
汽车
（被控对象）
驾驶汽车控制过程
实际的行驶速度
期望的行驶速度
（给定量）
（被控量）
大脑
（控制器）
能源
（控制量）
三、闭环控制系统的组成和描述
大脑
（控制器）
肢体
（执行器）
汽车
（被控对象）
驾驶汽车控制过程
实际的行驶速度
期望的行驶速度
（给定量）
（被控量）
眼睛
（反馈环节）
能源
（控制量）
三、闭环控制系统的组成和描述
大脑
（控制器）
肢体
（执行器）
汽车
（被控对象）
驾驶汽车控制过程
实际的行驶速度
期望的行驶速度
（给定量）
（被控量）
眼睛
（反馈环节）
能源
（控制量）
反馈环节：包括检测器和传输器（回路），它将被控量的样品检测，转换后，输送到比较器。
三、闭环控制系统的组成和描述
肢体
（执行器）
汽车
（被控对象）
驾驶汽车控制过程
比较器
实际的行驶速度
期望的行驶速度
（给定量）
大脑
（控制器）
眼睛
（反馈环节）
（被控量）
能源
（控制量）
比较器：比较给定量和被控量，得到差值，并转化成另一种量送给控制器
检测装置。
三、闭环控制系统的组成和描述
肢体
（执行器）
汽车
（被控对象）
驾驶汽车控制过程
比较器
实际的行驶速度
期望的行驶速度
（给定量）
大脑
（控制器）
眼睛
（反馈环节）
（被控量）
能源
（控制量）
三、闭环控制系统的组成和描述
肢体
（执行器）
汽车
（被控对象）
驾驶汽车控制过程
比较器
实际的行驶速度
期望的行驶速度
（给定量）
大脑
（控制器）
眼睛
（反馈环节）
＋
－
（被控量）
能源
（控制量）
三、闭环控制系统的组成和描述
肢体
（执行器）
汽车
（被控对象）
驾驶汽车控制过程
比较器
实际的行驶速度
期望的行驶速度
（给定量）
大脑
（控制器）
眼睛
（反馈环节）
＋
－
（被控量）
能源
（控制量）
三、闭环控制系统的组成和描述
肢体
（执行器）
汽车
（被控对象）
驾驶汽车控制过程
比较器
实际的行驶速度
期望的行驶速度
（给定量）
大脑
（控制器）
眼睛
（反馈环节）
＋
－
（被控量）
能源
（控制量）
信号传递方向除了有从给定量到被控量的单向传输，也有从被控量到给定量的检测信号返回，信号流动构成了闭回路。
三、闭环控制系统的组成和描述
执行器
被控对象
控制量
比较器
（给定量）
控制器
反馈环节
＋
－
被控量
闭环控制系统方框图
三、闭环控制系统的组成和描述
恒温自动干衣机控制系统
恒温自动干衣机，可在烘衣服时维持温度恒定，避免衣服被烧坏，其温度控制系统的组成部分包括：干衣机、控制电路、电热丝和温度传感器等，请用方框图的形式来描述其控制过程。
三、闭环控制系统的组成和描述
恒温自动干衣机，可在烘衣服时维持温度恒定，避免衣服被烧坏，其温度控制系统的组成部分包括：干衣机、控制电路、电热丝和温度传感器等，请用方框图的形式来描述其控制过程。
执行器
被控对象
控制量
比较器
控制器
反馈环节
＋
－
被控量
给定量
三、闭环控制系统的组成和描述
执行器
被控对象
控制量
比较器
控制器
反馈环节
＋
－
被控量
给定量
恒温自动干衣机控制系统
干衣机
控制电路
电热丝
温度传感器
三、闭环控制系统的组成和描述
执行器
被控对象
控制量
比较器
控制器
反馈环节
＋
－
实际温度
（被控量）
给定温度
（给定量）
恒温自动干衣机控制系统
干衣机
控制电路
电热丝
温度传感器
三、闭环控制系统的组成和描述
执行器
控制量
比较器
＋
－
实际温度
（被控量）
给定温度
（给定量）
恒温自动干衣机控制系统
干衣机
控制电路
电热丝
温度传感器
（反馈环节）
干衣机 （被控对象）
控制器
三、闭环控制系统的组成和描述
执行器
比较器
＋
－
实际温度
（被控量）
给定温度
（给定量）
恒温自动干衣机控制系统
干衣机
控制电路
电热丝
温度传感器
（反馈环节）
干衣机 （被控对象）
控制器
热能
控制量
三、闭环控制系统的组成和描述
执行器
比较器
＋
－
实际温度
（被控量）
给定温度
（给定量）
恒温自动干衣机控制系统
干衣机
控制电路
电热丝
温度传感器
（反馈环节）
控制电路（控制器）
干衣机 （被控对象）
热能
控制量
三、闭环控制系统的组成和描述
比较器
＋
－
实际温度
（被控量）
给定温度
（给定量）
恒温自动干衣机控制系统
干衣机
控制电路
电热丝
温度传感器
（反馈环节）
控制电路（控制器）
干衣机 （被控对象）
电热丝 （执行器）
热能
控制量
三、闭环控制系统的组成和描述
比较器
＋
－
实际温度
（被控量）
给定温度
（给定量）
恒温自动干衣机控制系统
干衣机
控制电路
电热丝
温度传感器
温度传感器
（反馈环节）
控制电路（控制器）
干衣机 （被控对象）
电热丝 （执行器）
热能
控制量
三、闭环控制系统的组成和描述
案例1：李同学在家里养了很多花，进入高中因为学习忙，经常忘记给花浇水，为了确保能定时给家里的花浇水，于是他就购买了定时浇花控制设备，买回来后发现定时浇花控制设备中有定时控制器、电磁阀和水阀，同学们，我们能否用控制系统的方框图来对这一控制过程进行描述呢？
四、案例分析（一）
定时控制器
电磁阀
水阀
四、案例分析（一）
执行器
控制器
控制量
给定量
被控量
被控对象
案例1：李同学在家里养了很多花，进入高中因为学习忙，经常忘记给花浇水，为了确保家里养的花能定时浇水，于是他就购买了定时浇花控制设备，买回来后发现定时浇花控制设备中有定时控制器、电磁阀和水阀，同学们，我们能否用控制系统的方框图来描述定时浇花控制系统呢？
四、案例分析（一）
执行器
控制器
控制量
上午9点
被控量
被控对象
案例1：李同学在家里养了很多花，进入高中因为学习忙，经常忘记给花浇水，为了确保家里养的花能定时浇水，于是他就购买了定时浇花控制设备，买回来后发现定时浇花控制设备中有定时控制器、电磁阀和水阀，同学们，我们能否用控制系统的方框图来描述定时浇花控制系统呢？
四、案例分析（一）
执行器
控制器
控制量
上午9点
出水量
被控对象
案例1：李同学在家里养了很多花，进入高中因为学习忙，经常忘记给花浇水，为了确保家里养的花能定时浇水，于是他就购买了定时浇花控制设备，买回来后发现定时浇花控制设备中有定时控制器、电磁阀和水阀，同学们，我们能否用控制系统的方框图来描述定时浇花控制系统呢？
执行器
控制器
控制量
上午9点
出水量
水阀
四、案例分析（一）
案例1：李同学在家里养了很多花，进入高中因为学习忙，经常忘记给花浇水，为了确保家里养的花能定时浇水，于是他就购买了定时浇花控制设备，买回来后发现定时浇花控制设备中有定时控制器、电磁阀和水阀，同学们，我们能否用控制系统的方框图来描述定时浇花控制系统呢？
执行器
控制器
电流
上午9点
出水量
水阀
四、案例分析（一）
案例1：李同学在家里养了很多花，进入高中因为学习忙，经常忘记给花浇水，为了确保家里养的花能定时浇水，于是他就购买了定时浇花控制设备，买回来后发现定时浇花控制设备中有定时控制器、电磁阀和水阀，同学们，我们能否用控制系统的方框图来描述定时浇花控制系统呢？
四、案例分析（一）
执行器
定时控制器
电流
上午9点
出水量
水阀
案例1：李同学在家里养了很多花，进入高中因为学习忙，经常忘记给花浇水，为了确保家里养的花能定时浇水，于是他就购买了定时浇花控制设备，买回来后发现定时浇花控制设备中有定时控制器、电磁阀和水阀，同学们，我们能否用控制系统的方框图来描述定时浇花控制系统呢？
电磁阀
定时控制器
水阀
电流
上午9点
出水量
四、案例分析（一）
案例1：李同学在家里养了很多花，进入高中因为学习忙，经常忘记给花浇水，为了确保家里养的花能定时浇水，于是他就购买了定时浇花控制设备，买回来后发现定时浇花控制设备中有定时控制器、电磁阀和水阀，同学们，我们能否用控制系统的方框图来描述定时浇花控制系统呢？
四、案例分析（二）
某公司设计了一款能根据花盆土壤湿度自动滴灌的智能浇花器，具体工作原理如下：控制电路将湿度传感器检测到的土壤湿度值与设定的湿度值进行比较，湿度值低于设定湿度值时，控制电路发出指令控制电磁阀门打开，开始浇水；湿度值达到设定湿度值时，控制电路发出指令关闭电磁阀门，停止浇水。
四、案例分析（二）
某公司设计了一款能根据花盆土壤湿度自动滴灌的智能浇花器，具体工作原理如下：控制电路将湿度传感器检测到的土壤湿度值与设定的湿度值进行比较，湿度值低于设定湿度值时，控制电路发出指令控制电磁阀门打开，开始浇水；湿度值达到设定湿度值时，控制电路发出指令关闭电磁阀门，停止浇水。
思考1：该智能浇花器所采用的控制系统属于（ ）控制系统，被控对象为（ ）。
四、案例分析（二）
某公司设计了一款能根据花盆土壤湿度自动滴灌的智能浇花器，具体工作原理如下：控制电路将湿度传感器检测到的土壤湿度值与设定的湿度值进行比较，湿度值低于设定湿度值时，控制电路发出指令控制电磁阀门打开，开始浇水；湿度值达到设定湿度值时，控制电路发出指令关闭电磁阀门，停止浇水。
思考2：湿度传感器在控制系统中属于（ ）
四、案例分析（二）
某公司设计了一款能根据花盆土壤湿度自动滴灌的智能浇花器，具体工作原理如下：控制电路将湿度传感器检测到的土壤湿度值与设定的湿度值进行比较，湿度值低于设定湿度值时，控制电路发出指令控制电磁阀门打开，开始浇水；湿度值达到设定湿度值时，控制电路发出指令关闭电磁阀门，停止浇水。
四、案例分析（二）
某公司设计了一款能根据花盆土壤湿度自动滴灌的智能浇花器，具体工作原理如下：控制电路将湿度传感器检测到的土壤湿度值与设定的湿度值进行比较，湿度值低于设定湿度值时，控制电路发出指令控制电磁阀门打开，开始浇水；湿度值达到设定湿度值时，控制电路发出指令关闭电磁阀门，停止浇水。
思考1：该智能浇花器所采用的控制系统属于（ 闭环 ）控制系统，被控对象为（花盆土壤 ）。
四、案例分析（二）
某公司设计了一款能根据花盆土壤湿度自动滴灌的智能浇花器，具体工作原理如下：控制电路将湿度传感器检测到的土壤湿度值与设定的湿度值进行比较，湿度值低于设定湿度值时，控制电路发出指令控制电磁阀门打开，开始浇水；湿度值达到设定湿度值时，控制电路发出指令关闭电磁阀门，停止浇水。
思考2：湿度传感器在控制系统中属于（ 检测装置 ）
总结与回顾
控制系统的组成和描述
总结与回顾
控制系统的组成和描述
控制系统的组成
总结与回顾
控制系统的组成和描述
控制系统的组成
控制系统的框图表示
总结与回顾
比较器
比较量
控制器
执行器
控制量
被控对象
被控量
反馈环节
给定量
控制系统的组成和描述
控制系统的组成
控制系统的框图表示
总结与回顾
比较器
比较量
控制器
执行器
控制量
被控对象
被控量
反馈环节
给定量
控制系统的组成和描述
控制系统的框图表示
开环控制系统框图
控制系统的组成
总结与回顾
比较器
比较量
控制器
执行器
控制量
被控对象
被控量
反馈环节
给定量
控制系统的组成和描述
控制系统的框图表示
开环控制系统框图
闭环控制系统框图
控制系统的组成
总结与回顾
（被控量）
（控制量）
控制器
执行器
被控对象
（给定量）
开环控制系统方框图
闭环控制系统方框图
执行器
被控对象
控制量
比较器
（给定量）
控制器
反馈环节
＋
－
被控量
课堂答疑1：关于温室大棚的温度控制系统，以下说法正确的是（ ）
A.这个控制系统中没有干扰因素
B.这是一个开环控制系统
C.这是一个无反馈环节的控制系统
D.被控量是室温
课堂答疑1：关于温室大棚的温度控制系统，以下说法正确的是（ ）
A.这个控制系统中没有干扰因素
B.这是一个开环控制系统
C.这是一个无反馈环节的控制系统
D.被控量是室温
答案：D。温室大棚的温度控制系统中的控制目的是希望大棚的室温能保持在设定的温度范围内，输出端输出的是大棚室内的实际温度，故答案为D。
课堂答疑2：在游泳池注水控制系统中，进水阀门属于（ ）
A.执行器 B.控制器
C.被控对象 D.检测装置
答案：C。游泳池注水控制系统的目的就是控制游泳池的水位，进水阀门是所要求的控制水流量的装置。根据被控对象的概念，被控对象即控制系统中所要求控制的装置或生产过程。故答案为C。
课堂答疑2：在游泳池注水控制系统中，进水阀门属于（ ）
A.执行器 B.控制器
C.被控对象 D.检测装置
课堂答疑3：酒店自动旋转大门控制系统中的控制器是（ ）
A.压力传感器 B.控制电路
C.门 D.电动机
答案：B。控制器即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件，酒店自动旋转大门控制系统的环节包括压力传感器、控制电路、门和电动机等，在这四个环节中控制电路是能够对输入信号进行处理并发出控制命令的装置。故答案为B。
课堂答疑3：酒店自动旋转大门控制系统中的控制器是（ ）
A.压力传感器 B.控制电路
C.门 D.电动机
课堂答疑4：闭环控制系统的反馈环节中有正、负两种反馈，为什么常见的反馈都采用负反馈方式呢？
分析：负反馈的受控部分发出的反馈信息是调整控制部分的活动，最终使受控部分的活动朝着与它原先活动相反的方向改变；负反馈是日常控制系统中比较常采用的一种控制，它能使控制系统保持稳定性。
课堂答疑4：闭环控制系统的反馈环节中有正、负两种反馈，为什么常见的反馈都采用负反馈方式呢？
肢体
（执行器）
汽车
（被控对象）
比较器
大脑
（控制器）
眼睛
（反馈环节）
＋
－
（控制量）
（120）
（125）
120-125＝-5
课堂答疑4：闭环控制系统的反馈环节中有正、负两种反馈，为什么常见的反馈都采用负反馈方式呢？
肢体
（执行器）
汽车
（被控对象）
比较器
大脑
（控制器）
眼睛
（反馈环节）
＋
－
（控制量）
（120）
（125）
（发出减速运动的指令）
课堂答疑4：闭环控制系统的反馈环节中有正、负两种反馈，为什么常见的反馈都采用负反馈方式呢？
肢体
（执行器）
汽车
（被控对象）
比较器
大脑
（控制器）
眼睛
（反馈环节）
＋
－
（控制量）
（120）
（115）
120-115＝5
课堂答疑4：闭环控制系统的反馈环节中有正、负两种反馈，为什么常见的反馈都采用负反馈方式呢？
肢体
（执行器）
汽车
（被控对象）
比较器
大脑
（控制器）
眼睛
（反馈环节）
＋
－
（控制量）
（120）
（115）
（发出加速运动的指令）
课堂答疑4：闭环控制系统的反馈环节中有正、负两种反馈，为什么常见的反馈都采用负反馈方式呢？
正反馈的受控部分发出的反馈信息是促进与加强控制部分的活动，最终使受控部分的活动朝着与它原先活动相同的方向改变；反馈信号的极性与系统输入信号的极性相同，从而起着增强系统净输入信号的作用。
正负反馈最大的区别是正反馈是增强系统输入效应，而负反馈是
减弱系统输入效应。
课堂答疑4：闭环控制系统的反馈环节中有正、负两种反馈，为什么常见的反馈都采用负反馈方式呢？

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