资源简介

(共41张PPT)
4.3
闭环控制系统
的工作过程
控制及其设计
学习目标
01
知道闭环控制系统的基本组成和工作过程
02
学会画闭环控制系统的方框图
03
理解反馈在控制系统中的作用
游戏导入
请你来画鼻子！闭着眼睛画左边，睁着眼睛画右边
控制系统的分类
闭眼睛画：
睁眼睛画：
通过眼睛把结果进行反馈
没有反馈
绘制的鼻子
大脑
手
目标鼻子
图像
眼睛
绘制的鼻子
大脑
手
目标鼻子
图像
闭环控制系统的基本组成和工作过程
01
土壤湿度控制系统
思考：应该如何改进自动浇灌装置，给两种植物浇水？
虎皮兰
喜热耐干早
绿萝
喜阴湿忌干燥
定时器
设定的浇水时间
水泵
出水管
出水量
转速
土壤湿度传感器
反馈信息
土壤湿度控制系统
思考：请写出土壤湿度控制系统的方框图？
比较器
用湿度传感器检测土壤湿度，与控制器连接，从而控制电磁阀的开与关，为植物输送雨水。
闭环控制系统：控制系统中的输出量返回输入端，并对控制过程产生影响。
构成闭合回路！
开环控制系统 VS 闭环控制系统
控制器
X
比较器
执行器
被控对象
给定量
被控量
检测装置
控制量
+
-
（输入量）
（输出量）
控制器
执行器
输入量
被控对象
输出量
控制量
（给定量）
（被控量）
从设定湿度到实际土壤湿度的信息传递
从输出端返回到输入端的信号传递，与给定值进行比较
设定土壤湿度
控制器
X
比较器
电磁阀
花盆
土壤的湿度
湿度传感器
出水量
+
-
土壤湿度控制系统
输入信号
反馈通道，检测到土壤湿度信号，返回到输入端
具有计算功能，与给定湿度值作比较
进行运算处理，当实际湿度低于设定湿度，控制器向执行器下达指令
直接对被控对象进行控制
闭环控制系统——方框图
（输出）
（输入）
是比较器，它将输出量与设定量进行比较,
求出偏差值（计算功能）
X
★闭环控制系统多了一个由检测装置构成的反馈环节，信号传递是闭合回路！
检测输出量，传给比较器
①有检测装置
②检测的是输出量
两点都满足为闭环
（1）常见的传感器
湿度传感器
压力传感器
光敏传感器
第一代结构传感器，电阻式传感器由金属材料发生形变，使电阻、电流发生变化，从而改变指针或数字
第二代固体传感器把金属换成其他如对光，热量、声音、磁场等敏感材料
第三代集成传感器，集成传感器与芯片组合，不仅能够转换信号，还能处理信号
输入量
输出量
控制器
执行器
被控制对象
开环控制系统
（光感传感器）
（电机）
（控制电路）
（窗帘）
（开或关窗帘）
开环控制系统
闭环控制系统
（设定温度）
（设定温度）
（压缩机）
（电冰箱）
（冰箱内温度）
（温度检测装置）
开环控制系统
闭环控制系统
开环控制系统
声光信号
亮与灭
声光检测控制装置
开关
楼道灯
开环控制系统
闭环控制系统
开环控制系统
闭环控制系统
学会画闭环控制系统的方框图
02
辨析开环控制系统和闭环控制系统
辨析开环控制系统和闭环控制系统
控制器
X
比较器
加热器
水
（给定量）
实际温度
温度传感器
加热
+
-
设定温度
（被控量）
（控制器）
（执行器）
（被控对象）
（检测装置）
控制量
辨析开环控制系统和闭环控制系统
当冰箱内新放入物品，或受环境影响，冰箱内温度升高时，热敏装置（温度监测装置）感受到这个实际温度，并以电量形式输给控制电路，在与设定温度相比较后，输出一个温差电量，这个温差电量经放大后，拖动电机转动，带动压缩机工作，增加制冷量，使箱内温度降低，随着箱内温度的降低，温差电量随之减小，直至为0，压缩器停止工作，箱内温度回到设定温度。
电冰箱的温度控制系统
（设定温度）
（控制电路）
（压缩机）
（电冰箱）
（冰箱内温度）
（温度检测装置）
（制冷量）
闭环控制系统——方框图
（输出）
（输入）
是比较器，它将输出量与设定量进行比较,
求出偏差值（计算功能）
X
检测输出量，传给比较器
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
反馈作用：减少输出量的偏差，从而稳定输出量
（2）干扰因素
干扰因素
在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起输出量（被控量）变化的各种因素都可以视为干扰因素。
人为因素
环境因素
干扰可能一个，可能多个
可以减弱、克服、消除干扰，甚至利用干扰，
但不可以控制干扰
控制：是指为了克服干扰的影响，达到期望的目标而对被控对象中的某一个（或某些）物理量（被控变量）进行的操作。
控制系统的干扰因素的作用都会反映在输出量的变化上
闭环控制系统 VS 开环控制系统
开环控制系统没有反馈功能，系统本身没有自动纠正的能力，要进行纠正，必须要借助于人工
闭环控制系统本身有个反馈系统，系统可以自动进行纠正
所以对于同一个控制问题，闭环通过反馈克服干扰，稳定输出量
开环控制系统的控制精度通常比闭环控制系统低。
√
同一个控制问题，面对相同的干扰，开环和闭环谁受到的影响更小？
光控路灯的控制
自动感应门的控制
自动烘手机
学校电铃的控制
CPU上风扇的转速控制
电冰箱温度的控制
电热保温饮水机
大棚湿度控制系统
判断下列控制中属于开环还是闭环控制系统
开环控制系统
开环控制系统
开环控制系统
开环控制系统
闭环控制系统
闭环控制系统
闭环控制系统
闭环控制系统
①有检测装置？
②检测的是输出量？
两点都满足为闭环
输出量与输入量有什么关系？
闭环控制系统 VS 开环控制系统
开环控制系统 闭环控制系统
主要区别 无反馈，输出量与输入量非“同类项” 有反馈，输出量与输入量“同类项”
控制精度 不高 高
关键信息 定时、声控、触控、报警等开关类控制 恒温（保温）、恒压、恒速、定量类控制
离心式调速器对汽轮机转速的控制
如图为蒸汽机的转速控制系统,采用离心调速的方式进行控制。当蒸汽机的转速大于设定值时,通过圆锥齿轮将转速传递到竖轴,带动两个飞锤做离心运动,使套筒向上运动,通过调节杠杆使进气阀门的开度变小,蒸汽进气量减少,蒸汽机的转速下降,反复调节直到转速趋于设定值。
（1）该控制系统属于_______（开环/闭环）控制系统。
（2）请完善控制系统方框图。①_______ _____，②___________
（3）该控制系统中,飞锤、套筒和调节杆组合的作用是_____________(传感器/控制器/执行器)。
闭环
进气阀门
圆锥齿轮组和转轴
控制器
电冰箱的温度控制
主弹簧
连接杆
电触点
电冰箱
感温包
如图所示是某款电冰箱温度控制系统部分结构示意图，其工作过程如下：
当电冰箱内的温度上升时，感温包和膜盒内的感温剂气体的温度随之上升，压强增大，使传动膜片向外伸胀，通过连接杆推动电触点闭合，于是电路接通，压缩机开始工作。当电冰箱内的温度降低至设定值时，该温度控制器会使压缩机停止工作。
蒸发器
4
3
（3）黑箱方法
黑箱方法
通过观测和考察它的输入和输出的关系来推测其内部的特性和功能。
不切开西瓜，怎么选个又熟又甜的西瓜呢？
西瓜
看、听、拍
生或熟
（3）黑箱方法VS功能模拟法
小结
控制器
X
比较器
执行器
被控对象
给定量
被控量
检测装置
控制量
+
-
闭环控制系统的方框图
开环控制系统的方框图
控制器
执行器
输入量
被控对象
输出量
控制量
（给定量）
（被控量）
★如何判别开环or闭环控制系统？
技巧三：判别输出量与输入量是否为“同类项” (看性质)
如声控灯，输出量：灯的“开/关”或“亮/灭”，输入量：“声音信号”。为非同类项，是开环
如空调温控系统，输出量：“实际温度”，输入量：“设定温度”，为同类项，是闭环。
技巧二：判别有无反馈
形成反馈的前提：检测装置（传感器）
若系统中无检测装置，则为开环
若有检测装置，再看检测装置检测的是否为输出量；
否，为开环；
是输出量，则必形成反馈，为闭环。
技巧一：判断输出是否会对控制过程产生影响
马上行动P128
开环控制系统
输入量
输出量
控制器
执行器
被控制对象
（光感传感器）
（电机）
（控制电路）
（窗帘）
（开或关窗帘）
马上行动
开环控制系统
闭环控制系统
（设定温度）
（压缩机）
（电冰箱）
（温度检测装置）
（控制电路）
（冰箱内温度）
马上行动
开环控制系统
闭环控制系统
开环控制系统
声光信号
亮与灭
声光检测控制装置
开关
楼道灯
马上行动
闭环控制系统
开环控制系统
闭环控制系统
开环控制系统
（车辆检测装置）
11.小明发现学校路灯有时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。该控制系统应该属于（ ）
A、自动控制的闭环控制系统 B、自动控制的开环控制系统
C、手动控制的闭环控制系统 D、手动控制的开环控制系统
小试牛刀
B
小试牛刀
B
小试牛刀
A
常见开环控制系统
开环
控制系统
定时控制——课铃系统、微波炉定时加热系统
定温控制——电饭煲煮饭控制、热水壶煮水控制
光敏控制——光控路灯、自动门、光控窗帘（传感器装在室外）
声敏控制——声控灯、音乐喷泉、声控报警器
气敏控制——煤气报警器、手持式气体检测仪
压力控制——胎压监测器、公路限载报警器
水通控制——雨天自动收衣架、干烧报警器
转速控制——汽车超速报警系统、风扇调速控制
常见闭环控制系统
闭环
控制系统
恒温控制——电饭煲保温控制、空调温度控制
恒压控制——高压锅压力控制、飞机机舱压力控制
恒速控制——汽车定速巡航控制、电梯恒速控制
恒光控制——恒光护目台灯、房间恒光控制系统
（光传感器装在室外）
恒湿控制——非定时控制浇花系统或农田自动灌溉系统
定量控制——水位水箱自动控制系统、牲畜喂水器
感谢聆听！

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