控制与设计

[知识要点]

一、控制的含义人们根据自己的目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制。这里的手段就是控制技术。现代控制技术是指自动控制技术。自动控制是科学和技术的一个重要分支。自动控制系统能在无人直接参与的情形下运行，并承担人的某些职能。二、控制的意义控制技术的广泛应用，提高了产品质量，降低了生产成本，增长了劳动生产率，使人们从繁重或危险的体力劳动和重复的手工操作中解放出来。三、控制系统典型案例分析1.自动门(1) 系统组成①门②电动机③控制器④传感器(2)工作过程(1)当有人到达门前某 一距离（如1米）时，传感器感知，并发出“有人”的信号；(2)控制器接到传感器传来的信号后，经变换放大后传给电动机（这里的电动机叫做执行器，也称为驱动器）；(3)电动机根据传来的开门信号转动，门被打开（这里的门叫做被控对象，也称为控制对象，简称对象）；(4)控制器保持开门信号延时（如 10 s）后，自动发出关门信号，电动机反转，门重新关闭。

2.水箱水位控制(1)控制方式①人工控制②自动控制(2)系统组成①人工控制：水箱(包括水箱内的水)、进水阀门。②自动控制：水箱(包括水箱内的水)、阀门、连杆机构、浮子(俗称水漂)。(3)工作过程①人工控制：当水面低于设定水位时，人打开阀门放水人水箱，人眼监视水面高度。当水面达到设定的水位时，人关闭阀门。②自动控制：当水面低于设定水位时，浮子下落，阀门打开，进水；浮子监测水面高度，并随着水面升高而浮升。当水面达到设定的水位时，浮子传感，通过连杆机构，将阀门关闭。

当水位差（给定水位与实际水位之差）不为零时，此信号经连杆机构使阀门打开，放水入水箱；同时，浮子将实际水位的信号反传给比较环节，进而形成水位差信号。当水位差为零时，阀门将关闭，不再进水。四、开环控制与闭环控制1.含义案例(水箱水位自动控制)中，信息流经一个闭合环路，这类系统称为闭环控制系统。闭环控制系统中，将输出信息反传给比较环节的做法，称为反馈。而另一案例(自动门)中，没有反馈，也就不存在闭环，这类系统称为开环控制系统。2.比较种类 构成 本质 精度 抗干扰 输出量对输入的影响开环控制 无反馈 前向通道 低 弱 无闭环控制 有反馈 前向通道反馈通道 高 强 有

五、控制系统的基本组成与工作过程1.控制系统的基本组成    简单的控制系统由被控对象和控制装置两部分组成，。控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括反馈环节与比较环节。2.闭环控制系统的工作过程对于闭环控制系统来说，输人信号和反馈环节传回来的反馈信号相比较，产生偏差信号,控制器根据偏差信号的大小和极性（正或负），产生控制作用，传给执行器,执行器将此信号放大、变换后，传到被控对象上,被控对象受执行器传来的信号（称为控制信号）的驱动，产生输出信号；同时，反馈环节也将感知到的被控对象的输出信号，经变换后产生反馈信号。六、控制系统框图1.绘制框图的办法①按下面的顺序确定系统各个环节： a——被控对象，b——执行器，c——控制器，d—一反馈环节（对闭环系统而言，以下同）共5页，当前第1页12345

控制与设计

七、与控制有关的几个概念二、控制系统框图中的通道与（请记得收藏本站-一路高升范文网，以获取更多新鲜内容）环节的作用1.通道框图中，信息流经的路径叫做通道。对于闭环控制系统来说，有两类基本通道，即前向通道和反馈通道。(1)前向通道，信息流自系统输入量，经比较环节、控制器、执行器，直至被控对象。(2)反馈通道，信息流采自被控环节的输出量，流经反馈环节，再反馈到系统的输入端（比较环节）。2.环节及其作用(1)传感器：也称敏感器。实质上是一个监测元件。其功能与反射弧中的感受器类似。(2)控制器：产生控制器输出信号并传送给下一个环节。而且还要起到信号的变换与放大作用。其功能与反射弧中的神经中枢类似。(3)执行器：是控制器输出信号的执行机构，也称执行元件。电动机，是常用的执行器之一。它根据控制器的输出信号产生旋转运动，进而驱动控制对象作相应运动。执行器也可称为驱动器。其功能与反射弧中的效应器类似(4)比较环节，它根据输人量与反馈量的大小与极性，产生偏差，再传给控制器。3. 干扰因素与干扰作用外界环境的变化会对控制系统的运行带来影响。这种外界环境的变化叫做干扰因素，干扰因素通常标注在框图中的被控对象上。这类影响叫做干扰作用。一个控制系统的干扰因素不止一个，所有的控制系统的工作运行，都会受到干扰因素的影响。干扰因素对控制系统的影响，有时是破坏性的，甚至是致命的。比如，过高或过低的环境温度，可以使人生病，甚至死亡；过于恶劣的气候条件会威胁飞机的飞行安全。 4.干扰与抗干扰性(1)干扰控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响。(2) 抗干扰性如果一个控制系统能够很好地避开或抑制干扰，使干扰对系统产生的影响很小，我们就说这个系统抗干扰性强。

[典型例题分析]

1.小强用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制。经检查，恒温箱的控制器没有故障。参照右图，下列故障判断正确的是(    )

a.只可能是热敏电阻出现故障b.只可能是温度设定装置出现故障c.热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障d.可能是加热器出现故障解答：此题旨在考查简单控制系统的设计与分析。答案：c2.某办公楼大厅采用自然光照明，控制系统如下图，大阳光经过反光镜反射到反光球面镜上，反光球面镜再将光线反射到大厅，进而达到采集自然光的目的。当大阳移动后，光线到达反光球面镜的位置也随之发生偏移，相应的传感器就会受到光照产生电信号，控制器根据不同传感器送来的信号控制反光镜作相应的调整。(    )共5页，当前第2页12345

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[探究互动]

一、选择题1.下列控制系统中，属于开环控制系统的是(    )a.电冰箱的温度控制b.高级笔记本电脑里风扇的转速控制c.现代化农业温室的温度控制d.红绿灯定时控制系统2.按时间顺序进行控制的“交通路口红绿灯控制系统”，系统中被控对象是(    )a.控制电路           b.红绿灯c.开关装置           d.路面车辆3.下列属于闭环控制的是(    )a.电灯               b.电视机c.电风扇             d.空调机4.在电冰箱的温度控制系统中，下列情况不属于影响其温度控制的干扰因素(    )a.开电冰箱门   b.电冰箱所在房间的温度从20摄氏度变到32摄氏度c.热菜或热饭放入电冰箱中          d.在电冰箱外放一盆冷水5.在公共楼道里，常安装声控灯，既方便，也节电。从控制系统方面来分析，声控灯是(    )a.闭环控制系统        b.开环控制系统c.声音控制系统        d.循环控制系统6.电冰箱能够将温度控制在一定范围内，进而保持蔬菜新鲜。电冰箱所采用的设计思想是(    )a.没有反馈信息的控制 b.有反馈信息的控制c.系统设计流程化d.系统设计结构化7.“长征”火箭能把各种卫星准确送入太空轨道，“神舟”飞船能准确地返回地面，这些高技术成果的核心技术之一是(    )a.抗干扰技术          b.流程设计技术c.控制技术            d.系统优化技术8.使用电饭煲能方便地蒸出香喷喷的米饭而不糊锅。电饭煲的设计思想采用了(    )a.开环控制            b.闭环控制c.结构设计            d.实用设计9.进入阅卷机的答题卡如果破损或被污染了（特别是黑白相间的“同步框”区域），或者被折叠了，阅卷机会自动停止，同时微机屏幕上显示有关的提示。这属于(    )a.开环控制           b.闭环控制c.分支控制           d.顺序控制共5页，当前第3页12345

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[参考答案]

一、选择题1.d  2.b  3.d  4.d  5.b  6.b  7.c  8.b 9.b  10.c  11.a  12.c  13.c  14.b  15.c二、填空题1.①②   ③④⑤⑥2.闭3.控制器   报警4.闭环   脑   鹰眼5.反馈6.控制器   执行器   被控对象   检测输出量和输入量之间的差值（反馈作用）   闭环7.开环

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