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第四章 控制与设计
第一节 了解控制
第二节 控制系统的组成和描述
教学目标：
1.理解控制的含义
2.了解控制的手段
3.理解控制在生活和生产中的应用
1、控制的手段
2、控制的应用
一、控制
事物的发展与变化具有多样性。例如，一棵树可能因为某种原因结不出果实，也可能硕果累累，而且果实可能有大有小，或酸或甜；降落的雨水，可以用来灌溉农田，也可以供人们冲洗物品，还可以发电，但也可能流入江河，甚至有可能引起洪涝灾害。
鱼塘：
成熟的西瓜：
流行性病毒：
指出下列事物发展与变化的多种可能性：
事物的发展结果可能是人们预先期望的，也可能与预期的目标不相符，甚至是不希望得到的。如果人们想达到某一特定的目的，就必须借助适当的手段来实现。
马上行动
干涸
溢出水
其中的鱼可能多而肥，可能少而弱
被摘下吃掉
榨汁
烂掉
传染人群使人发病
被人的抵抗力所战胜
通过预防和综合治理而被控制
二、控制的涵义
例如：射手通过瞄准，使箭射中靶心；人们通过电冰箱获得适当的温度，使食物能够长期存放；先进的生产流水线通过计算机的“指挥”，实现自动化生产等。
控制是根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定方向发展的行为和过程。
日常生活中的控制
手动开关
红外遥控开关
红外线感应水龙头
自动门
控制在工业生产中的应用
控制应用到工业生产中，提高了产品的质量和生产效率，减轻了工人的劳动强度。
流水线生产
纺织机
现代社会中的例子：
数控机床
飞机驾驶
控制在军事、国防中的应用
控制应用到军事国防中，提高了国家防备和抵抗侵略的能力。
导 弹
农田灌溉
控制室
水泵
控制在农业生产中的应用
在农业生产中应用控制技术，大大提高了农业生产效率，降低了农业劳动强度。
灌溉
温室
控温
农田灌溉
折射式微喷
射流式微喷
锤式微灌
现代网络家电
生活
三、控制的分类
从控制过程中人工干预的情形来分：
人工控制（手动控制）：必须在人的直接干预下才能完成任务。例：人工纺纱、打开普通自来水龙头，揿按键打开电灯、驾驶汽车等；
自动控制：控制的过程中不需要人的干预，就可按期望规律或预定程序进行的控制系统。例：数控机床、饮料自动装罐生产线、花房恒温控制、十字路口红绿灯的转换等
按照执行部件的不同，控制分为：
机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等
1、分析下列控制现象是自动控制还是手动控制：
（1）摇动轱辘，提取井水；
（2）用气筒给自行车的轮胎充气；
（3）电梯的上下运行控制；
（4）农用灌溉抽水机抽水的控制。
例、乘凉的方式
自动门
太阳能路灯
电风扇的风速控制系统（control system）
电机、扇页
电风扇风速的档位
（输入）
风速
（输出）
一个档位对应着一个风速。
1、定义：
任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节就构成了一个系统，称为控制系统。
一、控制系统
灯的开关控制的过程：
输入信号
输出信号
灯
开关
游泳池注水控制系统方框图：
游泳池
进水阀门
定时器
设定注水时间
（输入）
水流量
游泳池的水位
（输出）
灯的开关控制的方框图：
灯
电路
开关
手的动作
（输入）
电流
光线
（输出）
二、开环控制系统
2、特征：
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。
1、定义：
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，
这种控制称为开环控制系统。
列举你所知道的开环控制系统。
1、自动声光控灯
2、自动烘手机
······等
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？
······ ······
三、闭环控制系统
三、闭环控制系统
1、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。
系统中讲控制结果反馈回来的部分，成为反馈环节。
反馈环节是闭环控制系统的重要特征。
判断一个控制系统是否为闭环控制的简单办法是：
考察分析当控制效果发生变化时，例如给被控对象或被控量施加一些干扰，控制系统能否做出相应的调整去改变控制的效果，以减少控制误差，如果能，则为闭环控制，否则是开环控制。
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
闭环控制系统就是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。
给定量
比较器
控制器
执行器
被控对象
检测装置
被控量
×
控制量
﹢
﹣
简单闭环控制系统的方框图如下：
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。
执行器：即直接对被控对象进行控制的装置或元件。
控制量：即执行器的输出信号。
输入量：即控制系统的给定量。
输出量：即控制系统所要控制的量。
被控对象：即控制系统中所要求控制的装置和生产过程。
被控对象
执行器
控制器
输入量
控制量
输出量
简单开环控制系统的方框图
→
→
→
→
抽水马桶水箱的水位自动控制示意图
×
给定水位
比较器
控制器
进水阀门
水箱
检测装置
水箱水位
水流量
﹢
﹣
案例分析：空调器温度控制系统
炎炎夏日，人们采取各种消暑措施消暑，空调是第一选择。那么，空调器是如何控制温度的呢？它的工作过程又如何呢？
问题：根据空调器的工作过程，试画出其温度控制系统的方框图。
提示：如设定温度为25oC，室内温度如果高于25oC，那么空调通过比较，控制电路发出信号促使压缩机进行工作；当温度达到25oC时，控制电路发出信号，压缩机停止工作，风扇照常工作。因此，空调温度控制系统中有从输出端返回到输入端的信息反馈，它是闭环控制系统。
空调器温度控制系统方框图如下：
×
设定温度
比较器
控制电路
压缩机
空调器
检测装置
输出温度
空气温度
﹢
﹣
自动门如何实现自动开、关的呢？
电机
自动门
控制电路
门的开启
与关闭
人体
热辐射
转动
电机
控制电路
红外传感器
控制器
执行器
控制量
红外传感器
小游戏：
请同学闭着眼睛在纸上画出来。
两种画法的差别：
盲画：控制差、不能准确定
位，误差较大；
眼睛定位：控制好、能准确
定位，误差较小。

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