1、浙江省蘭溪市第三中學 陳永新一一 考試內容與要求考試內容與要求二二 具體內容復習與討論具體內容復習與討論三三 分析評價題、應用題示例分析評價題、應用題示例浙江省蘭溪市第三中學 陳永新1 1 控制的含義控制的含義2 2 控制的應用控制的應用3 3 控制手段控制手段4 4 開環控制系統的基本組成和工作過程開環控制系統的基本組成和工作過程5 5 閉環控制系統的基本組成和工作過程閉環控制系統的基本組成和工作過程6 6 控制系統的方框圖控制系統的方框圖7 7 控制系統的干擾因素控制系統的干擾因素8 8 功能模擬方法和黑箱方法功能模擬方法和黑箱方法 9 9 控制系統設計方案控制系統設計方案浙江省蘭溪市第三

2、中學 陳永新人們按照自己的意愿或目的，通過一定的手段，使事物向期人們按照自己的意愿或目的，通過一定的手段，使事物向期望的目標發展，這就是控制。望的目標發展，這就是控制。理解任何控制現象，都要明確：理解任何控制現象，都要明確： 控制的對象是什么，控制的對象是什么， 控控制要達到什么目的，制要達到什么目的， 采取什么控制手段。采取什么控制手段。2 2 控制的應用自古就有，并在近代得到了迅速發展，它涉及到社控制的應用自古就有，并在近代得到了迅速發展，它涉及到社會生活、生產的各個領域，在各行各業都存在應用。會生活、生產的各個領域，在各行各業都存在應用。控制的分類：控制的分類：從控制過程中人工干預的情形

3、分為人工控制（從控制過程中人工干預的情形分為人工控制（控控制過程是在人的直接干預和全程干預下進行的制過程是在人的直接干預和全程干預下進行的）和自動控制（）和自動控制（指在無人直接指在無人直接參與的情況下，使事物的變化準確地按照期望的方向進行參與的情況下，使事物的變化準確地按照期望的方向進行）；按照執行部件）；按照執行部件的不同，控制分為機械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等的不同，控制分為機械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等 。了解在生產過程中對壓力、溫度、水位、光照、流量的控制，了解在生產過程中對壓力、溫度、水位、光照、流量的控制，了解生活中電冰箱、洗衣機、空調機等生活用品的控制技術。

4、了解生活中電冰箱、洗衣機、空調機等生活用品的控制技術。浙江省蘭溪市第三中學 陳永新任何一種控制的實現，都要通過若干個環節，這些環節就構任何一種控制的實現，都要通過若干個環節，這些環節就構成了一個系統，稱為成了一個系統，稱為。定義：定義：控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響，這種控制稱為響，這種控制稱為特征：系統的輸出量僅受輸入量控制，輸入量到輸出量特征：系統的輸出量僅受輸入量控制，輸入量到輸出量之間的信號是之間的信號是（3）開環控制系統的方框圖）開環控制系統的方框圖被控對象被控對象執行器執行器控制器控制器輸入量輸入量控制量控制量輸出量輸出量控制系統

5、控制系統的給定量的給定量對輸入信號進對輸入信號進行處理并發出行處理并發出控制命令的裝控制命令的裝置或元件置或元件直接對被控對直接對被控對象進行控制的象進行控制的裝置或元件裝置或元件執行器的執行器的輸出信號輸出信號控制系統中所要控制系統中所要求控制的裝置和求控制的裝置和生產過程生產過程控制系統控制系統所要控制所要控制的量的量浙江省蘭溪市第三中學 陳永新（2 2）特征：）特征：系統的系統的輸出端與輸入端信號之間存在一個回路輸出端與輸入端信號之間存在一個回路反饋回路。反饋回路。（1 1）定義：）定義：系統的輸出量返回到輸入端并對控制過程產生影系統的輸出量返回到輸入端并對控制過程產生影響的控制系統稱為

6、響的控制系統稱為閉環控制系統。閉環控制系統。（3）簡單閉環控制系統的方框圖）簡單閉環控制系統的方框圖被控被控對象對象執行器執行器控制器控制器控制量控制量檢測裝置檢測裝置比較器比較器- -+ +給定量給定量被控量被控量室內空氣室內空氣 控制量控制量 設定設定溫度溫度溫度溫度控制器控制器室內室內溫度溫度壓縮機壓縮機溫度檢測裝置溫度檢測裝置比較器比較器+ +- -空調機空調機 冷氣冷氣或熱氣或熱氣浙江省蘭溪市第三中學 陳永新能畫出一個簡單的閉環控制系統的方框圖，能確定系統的個能畫出一個簡單的閉環控制系統的方框圖，能確定系統的個環節，能確定被控量、控制量、輸入量、反饋量、偏差量，能用環節，能確定被控量

7、、控制量、輸入量、反饋量、偏差量，能用箭頭表示信息在系統中流動和傳播的方向。理解其中的控制器、箭頭表示信息在系統中流動和傳播的方向。理解其中的控制器、執行器、比較環節和反饋環節的作用。執行器、比較環節和反饋環節的作用。 瓦特式速度調節器瓦特式速度調節器發動機發動機 進油量進油量 設定設定轉速轉速彈簧彈簧發動機發動機轉速轉速輸油管輸油管轉速檢測裝置轉速檢測裝置比較器比較器+ +- -浙江省蘭溪市第三中學 陳永新下列兩圖分別是瓦特蒸汽機的結構示意圖和轉速自動控制原下列兩圖分別是瓦特蒸汽機的結構示意圖和轉速自動控制原理圖。如圖所示，套筒與閥門連在一起，當由于某種外界原因理圖。如圖所示，套筒與閥門連在

8、一起，當由于某種外界原因（如蒸汽機的負載減小）導致蒸汽機的轉速加快時，飛球離心力（如蒸汽機的負載減小）導致蒸汽機的轉速加快時，飛球離心力增大，套筒向上移動，閥門通孔截面積減少，蒸汽流速降低，蒸增大，套筒向上移動，閥門通孔截面積減少，蒸汽流速降低，蒸汽機汽缸內壓力減少，最后使其轉速下降。汽機汽缸內壓力減少，最后使其轉速下降。浙江省蘭溪市第三中學 陳永新（1）請補充完整蒸汽機轉速自動控制系統方框圖。）請補充完整蒸汽機轉速自動控制系統方框圖。閥門閥門汽缸蒸汽汽缸蒸汽蒸汽機轉速蒸汽機轉速檢測裝置檢測裝置（2）在蒸汽機的轉速控制過程中，當被控量發生變化時，執行）在蒸汽機的轉速控制過程中，當被控量發生變化

9、時，執行器的狀態器的狀態_（選填會或者不會）發生變化；除了設定（選填會或者不會）發生變化；除了設定轉速的變化引起被控量變化以外，其它能引起被控量變化的一切轉速的變化引起被控量變化以外，其它能引起被控量變化的一切因素統稱為因素統稱為_。會會干擾因素干擾因素浙江省蘭溪市第三中學 陳永新注意以下幾點：注意以下幾點：來源問題。有的干擾因素是由于環境造成的，如影響自行車行駛速度變化的來源問題。有的干擾因素是由于環境造成的，如影響自行車行駛速度變化的自然風等；有的干擾因素是人為原因所致，如影響飛機導航信號的手機信號等。自然風等；有的干擾因素是人為原因所致，如影響飛機導航信號的手機信號等。數量問題。在控制系

10、統中，干擾因素可能是一個，也可能是若干個。數量問題。在控制系統中，干擾因素可能是一個，也可能是若干個。處理問題。控制系統在工作中必須克服干擾，使被控量穩定。如空調器的溫處理問題。控制系統在工作中必須克服干擾，使被控量穩定。如空調器的溫度控制系統是閉環控制系統，它能克服室外溫度變化這一干擾，當室外溫度升高度控制系統是閉環控制系統，它能克服室外溫度變化這一干擾，當室外溫度升高時，空調器檢測出干擾引起的室內溫度變化，通過啟動壓縮機降溫來克服這一干時，空調器檢測出干擾引起的室內溫度變化，通過啟動壓縮機降溫來克服這一干擾，使室溫保持穩定。擾，使室溫保持穩定。利用問題。在一般控制系統中，干擾因素是需要克服

11、的。而在有些情況下卻利用問題。在一般控制系統中，干擾因素是需要克服的。而在有些情況下卻可以利用干擾因素實現某種目的。如在軍事演習中，紅方利用一定頻率的電磁波可以利用干擾因素實現某種目的。如在軍事演習中，紅方利用一定頻率的電磁波對藍方的信息指揮系統進行干擾，使之不能正常工作。但在生產生活中，我們需對藍方的信息指揮系統進行干擾，使之不能正常工作。但在生產生活中，我們需要以謹慎、嚴謹的態度對待干擾因素的利用。要以謹慎、嚴謹的態度對待干擾因素的利用。在控制系統中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的在控制系統中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素稱為各種因素稱為能結合案例找出影響簡單

12、控制系統運行的主要干擾因素，并能能結合案例找出影響簡單控制系統運行的主要干擾因素，并能分析盡可能避開或抑制干擾因素對控制系統的影響的辦法。分析盡可能避開或抑制干擾因素對控制系統的影響的辦法。浙江省蘭溪市第三中學 陳永新開環控制系統與閉環控制系統的比較開環控制系統與閉環控制系統的比較 開環控制系統輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞的，它開環控制系統輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞的，它對輸出量的控制精度較低，但它具有結構簡單、成本低、容易實對輸出量的控制精度較低，但它具有結構簡單、成本低、容易實現等優點。現等優點。 閉環控制系統的輸入量和輸出量之間還有一個反饋環節，它閉環控制系統的輸入量和輸出

13、量之間還有一個反饋環節，它們形成了一條閉合回路。它對輸出量的控制精度較高，但它結構們形成了一條閉合回路。它對輸出量的控制精度較高，但它結構復雜、成本高，主要用在要求較高精度和高可靠性的控制中。復雜、成本高，主要用在要求較高精度和高可靠性的控制中。反饋：反饋：A 定義：在控制系統中，將輸出量通過適當的檢測裝置返回到定義：在控制系統中，將輸出量通過適當的檢測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋。輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋。B 反饋方法：利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統的輸反饋方法：利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統的輸出來調整系統的行為，使系統沿著預期的目標運

14、行的方法，稱為出來調整系統的行為，使系統沿著預期的目標運行的方法，稱為反饋方法。如普通電水壺將水加熱至沸騰時，需要人工關閉電源，反饋方法。如普通電水壺將水加熱至沸騰時，需要人工關閉電源，而自動電水壺具有當水沸騰時自動切斷電源的功能，這就是利用而自動電水壺具有當水沸騰時自動切斷電源的功能，這就是利用反饋方法實現自動控制的結果。反饋方法實現自動控制的結果。浙江省蘭溪市第三中學 陳永新把將要研究的系統作為黑箱，通過對系統輸入與輸出關系的把將要研究的系統作為黑箱，通過對系統輸入與輸出關系的研究，進而推斷出系統內部結構及其功能的方法，就是研究，進而推斷出系統內部結構及其功能的方法，就是。黑箱方法就是通過

15、觀測黑箱外部輸入信息（外部對黑箱的影黑箱方法就是通過觀測黑箱外部輸入信息（外部對黑箱的影響）和輸出信息（黑箱對外界的反應），研究和認識其功能、特響）和輸出信息（黑箱對外界的反應），研究和認識其功能、特性、結構、機理。性、結構、機理。以功能和行為的相似性為基礎，用以功能和行為的相似性為基礎，用“模型模型”模擬模擬“原型原型”的的功能和行為的方法，就是功能和行為的方法，就是。浙江省蘭溪市第三中學 陳永新（1）控制系統設計的一般思路）控制系統設計的一般思路實施控制系統所需的實施控制系統所需的設備、元件等設備、元件等系統的成本分析系統的成本分析控制系統的調試、控制系統的調試、運行和評價運行和評價控制系

16、統的控制系統的方案選擇方案選擇分析被控對象的分析被控對象的主要特征主要特征確定被控量、確定被控量、控制量控制量分析主要的分析主要的干擾因素干擾因素明確控制的目明確控制的目的、對象的、對象浙江省蘭溪市第三中學 陳永新設計一個控制系統，是選擇開環控制還是閉環控制，應根設計一個控制系統，是選擇開環控制還是閉環控制，應根據對控制精度的要求以及條件的可行性而定。據對控制精度的要求以及條件的可行性而定。在控制系統設計過程中，被控對象的特性往往難以直接得在控制系統設計過程中，被控對象的特性往往難以直接得到，通常是通過了解被控對象的輸入與輸出之間的關系來分析它到，通常是通過了解被控對象的輸入與輸出之間的關系來

17、分析它的基本特性，從而確定控制器的運算方式的基本特性，從而確定控制器的運算方式(暗箱方法暗箱方法)。一個控制系統中可能存在若干個干擾因素，需要分析主次，一個控制系統中可能存在若干個干擾因素，需要分析主次，找出對系統影響最大的干擾因素。找出對系統影響最大的干擾因素。被控量與控制量的確定是控制方案的關鍵，對于簡單控制被控量與控制量的確定是控制方案的關鍵，對于簡單控制系統，需要控制的量往往被確定為被控量，控制量應選擇可控的、系統，需要控制的量往往被確定為被控量，控制量應選擇可控的、對抑制干擾因素和保持系統穩定又明顯作用的量。對抑制干擾因素和保持系統穩定又明顯作用的量。執行器、檢測器的選擇：一是要根據

18、被控量和控制量的需執行器、檢測器的選擇：一是要根據被控量和控制量的需求，二是要根據控制的條件進行。求，二是要根據控制的條件進行。（2）開環控制系統的設計）開環控制系統的設計明確設計要求，明確被控對象、被控量和控制量后，即可考明確設計要求，明確被控對象、被控量和控制量后，即可考慮具體控制系統的方案。慮具體控制系統的方案。浙江省蘭溪市第三中學 陳永新聲控燈的優點有哪些？聲控燈的優點有哪些？如果聲控燈的附近并沒有來人，而如果聲控燈的附近并沒有來人，而出現意外的聲響，如樓上或隔壁有人高聲說話或以動作發出聲響，出現意外的聲響，如樓上或隔壁有人高聲說話或以動作發出聲響，靈敏度高的聲控燈也會應聲而亮。為避免

19、這種情況你有什么好辦靈敏度高的聲控燈也會應聲而亮。為避免這種情況你有什么好辦法？法？畫出聲控燈的系統框圖。畫出聲控燈的系統框圖。如圖是聲控燈系統組成示意圖，根據你的理解和認識回答如圖是聲控燈系統組成示意圖，根據你的理解和認識回答下列問題：下列問題：答案提示：答案提示： 關鍵詞：方便、節電關鍵詞：方便、節電 。 把傳感器的靈敏度調小一點。把傳感器的靈敏度調小一點。：浙江省蘭溪市第三中學 陳永新（3）閉環控制系統的設計）閉環控制系統的設計 閉環控制系統必須是穩定的；閉環控制系統必須是穩定的； 系統的輸出量與給定值之差應控制在允許的范圍之內；系統的輸出量與給定值之差應控制在允許的范圍之內；要有較好的抗干擾性能。要有較好的抗干擾性能。例：抽水馬桶水箱的自動控制系統設計：例：抽水馬桶水箱的自動控制系統設計：A A 設計分析：被控對象是抽水馬桶的水箱，被控量是抽水馬桶水設計分析：被控對象是抽水馬桶的水箱，被控量是抽水馬桶水箱水位的高度，控制量是進水管的水流量（進水量）水箱水位的箱水位的高度，控制量是進水管的水流量（進水量）水箱水位的高度與進水量之間呈線性關系。高度與進水量之間呈線性關系。B B 控制過程：撥動沖水旋鈕，使出水閥打開，水箱沖水。與此同控制過程：撥動沖水旋鈕，使出水閥打開，水箱沖水。與此同時，進水閥打開，水箱進水，直到指定水位時，進水閥關閉