资源简介

第四单元
控制及其设计
第三节 闭环控制系统的工作过程
目 录
CONTENTS
闭环控制系统
反馈
闭环与开环的比较
01.
02.
03.
黑箱方法
04.
05.
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
干扰因素
闭环控制系统
PART 01
闭环控制系统
自动水箱水位控制系统方框图
Arduino单片机
电动机
水箱
设定水位
转速
+
水位传感器
-
闭环控制系统
实际水位
比较器
闭环控制系统
特征
闭环控制系统的一般方框图
定义
控制系统的输出量返回输入端对控制过程产生影响的系统。
系统的输出量影响控制过程，
输入量到输出量之间的信号是循环传递，
存在反馈环节和比较环节。
偏差量
控制量
执行器
被控对象
被控量
控制器
检测装置
+
-
给定量
比较器
闭环控制系统的组成---“五个装置四个量”
传感器
即检测装置，感应控制系统的实际变化信号（即被控量）
控制器
（1）接收处理比较器产生的偏差量
（2）转换并放大信号
（3）向执行器发出控制命令
执行器
提供动力，直接作用在被控对象进行控制的装置或元件
被控对象
系统本身或控制系统的组成部分（物理存在的物质）
比较器
检测给定量与被控量是否有偏差的装置
给定量
被控量
控制系统的实际变化值----变量
人为设定的数值或范围---定值
控制量
执行器执行程度高低大小快慢
偏差量
给定量与被控量的差值
闭环控制系统
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
杆组合的作用是_______(传感器/控制器/执行器)。
闭环
进气阀门
圆锥齿轮组和竖轴
传感器
— 离心式调速器对蒸汽机转速的控制
案例分析P121
二 电冰箱的温度控制
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。根据示意图和工作原理描述，下列关于该温度控制系统说法中不正确的是（ ）。
A．该款电冰箱温度控制系统的控制方式属于闭环控制
B．感温包如被电冰箱内冰霜覆盖后会导致制冷不正常
C．当调温旋钮逆时针方向调到某一位置时，预设的冰箱温度将降低
D．电冰箱工作电压波动属于该温度控制系统的干扰因素
C
案例分析P121
（设定温度）
（2，3，4）
（压缩机）
（电冰箱）
（冰箱内温度）
（6，7，8，9）
马上行动（p121）
电冰箱温度控制系统
光控窗帘控制系统
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）
闭环与开环的比较
PART 02
闭环与开环的比较
闭环控制系统与开环控制系统的比较
控制系统
控制目的
反馈
控制过程
传感器的
检测内容
输出量与控制系统
控制精度
成本
应用范围
开环
闭环
无反馈
有反馈
单向
循环
精度较低
精度高
成本低
成本高
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
输入信号
输出
信号
输出量
不会影响
控制系统
输出量
会影响
控制系统
输出量
给定量
区别开环控制系统与闭环控制系统方法
简单的理解：就是看工作过程中是否存在反馈环节
如果有反馈则是闭环，反之则为开环
如果输入与输出是同一种类型，则为闭环，反之则为开环
输出影响控制系统，则为闭环，
输出不影响控制系统，则为开环
经验决策2：
科学决策：
遇题先明确控制对象，控制目的及控制手段
经验决策1：
如果控制目的是精确到数值或范围的控制，则为闭环
如果控制目的是状态的变化（即不是精确到数值或范围的控制),则为开环
闭环与开环的比较
区别开环控制系统与闭环控制系统方法
简单的理解：就是看工作过程中是否存在反馈环节
如果有反馈则是闭环，反之则为开环
如果输入与输出是同一种类型，则为闭环（目的是给定量---输入）
如果输入与输出是因果关系，则为开环(目的是输出量---输出)
输出影响控制系统，则为闭环，
输出不影响控制系统，则为开环
步骤2：
科学决策：
遇题先明确控制对象，控制目的及控制手段
步骤1：
如果控制目的是精确到数值或范围的控制，则为闭环
如果控制目的是状态的变化（即不是精确到数值或范围的控制),则为开环
经验决策
闭环与开环的比较
开环控制系统与闭环控制系统分析思路
★判断出如果是开环控制系统
1.再次明确控制目的
找到 输出量（控制的最终目的）
进而找到 输出量产生的原因，推出 输入量 及 传感器
2. 控制对象：看整体，看最终是谁发生的变化
3. 控制手段：看怎么实现的？哪个装置导致了最终结果的变化？
推出 执行器
自问：谁给它下的命令，让它工作的？
推出 控制器
找到看得见摸得着的整体实体，推出控制对象
开环控制系统与闭环控制系统分析思路
★判断出如果是闭环控制系统
1.再次明确控制目的
推出 给定量（控制的最终目的）人为设定的数值或范围
进而找到 被控量 即 控制系统中实际变化的数值
2. 控制对象：看整体，看最终是谁发生的变化
推出 执行器
自问：谁给它下的命令，让它工作的？
推出 控制器
找到看得见摸得着的整体实体，推出控制对象
推出 存在的非电信号，推出 检测装置
3. 控制手段：看怎么实现的？哪个装置导致了最终结果的变化？
反馈
PART 03
　　控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入（feedback）端并与输入量进行比较的过程就是反馈。
什么是反馈？
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。
闭环控制系统中必定存在反馈。
反馈
干扰因素
PART 04
什么是干扰？
关于干扰
在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰（interference）因素。
干扰因素都是作用在控制对象上，其作用是破坏控制系统的平衡
干扰因素可能有一个，也可能有若干个；
干扰因素有自然环境造成的，也有人为的；
几乎所有控制系统都存在着干扰因素，干扰不可能被杜绝
干扰既存在于闭环控制中，也存在于开环控制中；
在一般控制系统中，干扰因素需要被克服。
在有些情况下，却可以利用干扰因素实现某种目的。
干扰因素
克服干扰方法
A.消除干扰
如:在飞机上不能使用通信工具
B.减弱干扰
如:电器在使用时远离其它电子设备
C.提高控制系统性能
如:采用闭环控制系统
注 意
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，如果干扰比较严重，会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。
干扰因素
黑箱方法
PART 05
　　把将要研究的系统作为黑箱，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断系统内部结构及其功能的方法。
黑箱方法
小结
1. 闭环控制系统。
2. 闭环控制系统的反馈。
3. 系统中的干扰因素
谢谢聆听！

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