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（河南版）《技术与设计2》课文内容

第四章 控制及其设计

2019年版本

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第二节　控制系统的组成及工作过程

学习目标

1．理解控制系统的含义。

2．熟悉简单开环、闭环控制系统的组成及工作过程，理解其中控制器、执行器、检测装置等的作用。

3．能用方框图表达控制系统的工作过程。

公共场所的红外线自动水龙头、银行的自动取款机、商场的自动门都是生活中常见的控制系统。控制系统已经广泛应用于社会各个领域，从家中的各类电器到高速铁路网络，从工业生产中的自动化流水生产线到飞机的导航系统，自动控制技术都有着实际的应用。随着技术的发展，控制系统的应用领域还在不断扩大。

一、什么是控制系统

什么是“控制系统”？控制系统是指实现对某个事物进行控制所需的一整套装置的统称。比如，都江堰水利工程就是一个水控制系统，包括了鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道和宝瓶口三部分；楼道里的声、光控灯控制系统则包括了声音传感器、光传感器、控制装置和灯泡等。

理解任何控制系统，都要明确：控制系统的控制对象是什么？控制系统要达到什么目标？采取了什么控制手段？例如空调控制系统，若夏季空调的设定温度为26℃，空调温度传感器检测房间温度，当房间温度高于26℃时空调内部的控制装置发出指令，使压缩机和制冷系统开始工作，使房间内温度下降；当房间温度低于26℃时空调停止工作。该控制系统中控制对象是房间，控制目标就是使得房间的实际温度接近或达到设定的目标值，控制手段是控制空调压缩机的启动和停止，以维持房间温度，如图4.11所示。

图4.11 空调控制系统

控制系统方框图（图4.12）就是用图框和文字代表控制系统的组成部分，用箭头表达控制过程的信号和动作传递方向。它表示了控制系统各个组成部分在系统中的位置、功能和相互之间的关系，用这种方框图分析控制系统，简单明了。

图4.12 控制系统方框图

二、开环控制系统

在电暖器取暖控制系统中，通过调节电暖器的挡位来设定电暖器不同的加热功率。卧室、客厅一般采用的电热汀取暖器又叫充油式电暖器。当接通电源后，调整加热挡位，电暖器开始加热，电加热管周围的导热油被加热，然后沿着热管或散热片将热量散发出去，房间温度开始上升（图4.13）。图4.14为电暖器取暖控制系统的方框图。

图4.13 电暖器取暖示意图

设定加热功率挡位→控制器→电加热管→房间→房间温度

图4.14 电暖器取暖控制系统方框图

电暖器取暖控制系统中的房间实际温度是我们想要控制的量，称为被控量。房间的实际温度不对电暖器取暖控制系统的控制产生任何影响。对该系统的控制产生影响的为设定的加热功率挡位，我们称为设定量。我们把这种被控量不对系统的控制产生任何影响的控制系统称为开环控制系统。

开环控制系统的方框图如图4.15所示，设定量是控制系统的输入信号，如设定加热功率挡位；被控量是控制系统所要控制的量，也是控制系统的输出信号，如房间实际温度；控制器是控制系统的核心，是对设定量进行处理并发出控制命令的装置；执行器是控制作用的最终执行者，即直接对被控对象进行控制的装置或元件，如电加热管；控制对象是控制系统中所要控制的装置或生产过程。

设定量→控制器→执行器→控制对象→被控量

图4.15 开环控制系统方框图

例如，学校上课铃控制系统是靠定时器控制的，其控制系统如图4.16所示，就是一个开环控制系统。如果电线发生断路，或者电铃出现故障铃声不响，控制装置不会发现问题，也无法采取补救措施。

设置铃响时间→控制装置（内置时钟）→执行装置（开关）→电铃→有无铃声

图4.16 上课铃控制系统方框图