第四单元  控制与设计

一、控制的手段与应用

1．控制的含义：b

人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制。

2．控制的手段：a

3．控制的应用：b

（1）生活：控制应用到生活中，提高了人们的生活质量，人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境，使之满足人们的需要。

（2）生产：生产中往往需要对温度、湿度、压力、速度及加工动作等进行控制，控制在生产中得到了极为广泛的应用。

（3）军事国防：控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。

二、控制系统的工作过程与方式

1．简单开环控制系统的基本组成和工作过程：c

概念：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响的控制系统。

例：红绿灯定时控制系统、防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统、

红外线自动门控制系统、普通电风扇风速控制系统、可调光台灯控制系统等。

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。

方框图：

输入量：控制系统的给定量。

控制器：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：直接对被控对象进行控制的装置或元件

控制量：执行器的输出信号。

被控对象：控制系统中所要控制的装置或生产过程

输出量：控制系统所要控制的量。

2．闭环控制系统的基本组成：b

概念：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。

例：供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的温度自动控制系统、花房温度控制系统、家用电饭锅保温控制系统、家用电冰箱温度控制系统等。

基本组成：与开环控制系统相比，闭环控制系统多了检测装置、比较器。

3．闭环控制系统的方框图：c

4．控制器和执行器的作用：c

控制器：对输入信号（偏差值）进行运算处理，并发出控制命令。

执行器：根据指令对被控对象直接控制。

三、闭环控制系统的干扰与反馈

1．干扰因素：c

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因素。

有的干扰因素是环境造成的，如影响自行车行驶速度的变化与自然风等；

有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。

2．反馈的含义：b

控制系统中，将输出量通过适当的检测装置，返回到输入并与输入量进行比较的过程，就是反馈。

例：投篮、自动电水壶

3．反馈环节的作用：a

通过将输出量通过适当的检测装置，返回到输入并与输入量进行比较，从而减少输出量的偏差，稳定输出量。

4．闭环控制系统的工作过程：a

（1）闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控制量（输出量）的偏差。

（2）工作过程：

①由于干扰因素的存在，系统的被控量偏离给定值时；②闭环控制系统中的反馈环节能及时检测出被控量的值，并迅速反馈到输入端，与给定值进行比较；③控制器根据比较得到的偏差信号进行调节，从而是系统的被控量接近给定值，达到精确控制的目的。

例：供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的温度自动控制系统

5．功能模拟方法：a

以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟“原型”的功能和行为的方法，就是功能模拟方法。

6．黑箱方法：a

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，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，就是黑箱方法。

例：通过输入图像、电或声音信号，观测、分析脑电波的输出反应，研究人脑对视觉或听觉信息的传递、变换和处理功能，得知人脑内部结构的细节，就是黑箱方法的运用。

7．开环控制系统与闭环控制系统的比较：

开环控制系统一般结构简单，适用于控制精度要求不高而系统本身的元件又比较稳定的场合。

闭环控制系统设计比较麻烦，结构相对复杂，构成控制系统的成本较高。闭环控制系统是自动控制中广泛采用的一种方式，用于要求高精度和高可靠性的场合。

四、控制系统的设计与实施：c

1．控制系统设计的一般思路

系统要达到的目标？控制的对象？被控对象的特性？被控量和控制量？外界的主要干扰因素？怎样的方案既达到目的、又经济、易于实现？设备和元件？

2．开环控制系统的设计(书本P119案例分析：电吹风控制系统的设计)

开环控制系统的设计相对比较简单，在明确设计要求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可考虑具体控制系统的方案。

3．闭环控制系统的设计(书本P120案例分析：抽水马桶水箱的自动控制系统的设计)

基本要求：

第一、一个闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。

第二、控制系统的控制精度必须符合要求，即系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内。

第三、闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。

在进行闭环控制系统的设计时，几项控制要求之间往往会产生矛盾，需要结合具体问题全面解决或有所侧重地解决。

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