实践与体验

生活中的控制

分析一下：空调、电冰箱、电热开水器、抽水马桶水箱、自动门等控制系统的控制对象、控制目标分别是什么？是通过什么手段对控制目标进行影响和改变的？最后完成表4.2的填写。

表4.2  常见控制系统的控制对象、控制目标和控制手段

探究与交流

下列控制系统都是开环控制系统吗？尝试分析它们的控制器、执行器、控制对象分别是什么，并画出控制系统方框图。

1．定时红绿灯（图4.17）控制系统。

2．自动水龙头（图4.18）控制系统。

图4.17 定时红绿灯   图4.18 自动水龙头

做中学

人体感应灯控制系统

【目的】

分析人体感应灯控制系统的组成，探究其工作过程。

【准备】

Arduino Uno控制板、扩展板、人体红外感应传感器、LED灯模块、计算机编程环境。

【步骤】

1．认识人体感应灯控制系统。

2．按图4.19所示连接电路，编制控制程序，并上传程序。

3．观察试验现象，并分析人体感应灯控制系统的工作过程。

图4.19 人体感应灯控制系统

【思考】

1．人体感应灯控制系统由哪些部分组成？

2．人体红外感应传感器的作用是什么？

3．画出人体感应灯控制系统方框图，说明其工作过程。

4．分析自动门控制系统与人体感应灯有什么相似之处。

三、闭环控制系统

在开环控制系统中，使用电暖器取暖控制系统给房间加热，电暖器无法感知房间内温度的变化，也不能根据室温的变化调节发热量，因此无法保证房间内温度恒定。但当我们在冬天使用空调温度控制系统给房间加热时，就可以解决这个问题。空调中通过一个温度检测装置对房间内的实际温度进行检测，并把检测值返回到比较器与设定值进行比较，如果检测值与设定值有偏差，系统对被控量进行控制调节，直到达到设定值。例如，冬季我们将空调工作温度设定为22℃，空调温度传感器检测房间温度，当房间温度低于22℃时，空调内部的控制装置发出指令，使压缩机开始工作，使房间内温度上升；当房间温度高于22℃时，空调停止工作。图4.20所示为空调温度控制系统的方框图。

图4.20　空调温度控制系统方框图

我们把这种将被控量检测结果与设定值进行比较，系统根据偏差再次调节被控量，直至达到或接近设定值的控制系统，称为闭环控制系统。

闭环控制系统的方框图如图4.21所示。检测装置检测出被控量并通过比较器与设定量进行比较，求出偏差值。控制器就这一偏差值进行运算，向执行器发出控制命令，进而控制被控对象，使被控量稳定在一定范围内。

图4.21 闭环控制系统方框图

案例分析

电热开水器控制原理探究

空调、电热开水器和电冰箱等都是靠温度控制系统来控制温度的，都是闭环控制系统。如电冰箱工作时，其反馈系统通过传感器对被控量（温度）进行检测，然后再把检测信号输入控制器与设定值进行比较，如果检测温度高于设定温度，冰箱压缩机开始工作，降低冰箱温度；当检测温度达到设定温度时，控制器发出指令使压缩机停止工作。反馈环节的检测工作由温度传感器完成，如热电偶、热电阻等。

电热开水器的控制原理与空调类似，其水温控制系统的控制原理可以用方框图表示，如图4.22所示。

图4.22 电热开水器温度控制系统方框图

图4.23 电热开水器工作原理

上述电热开水器工作原理图（图4.23）中，还存在一个水位控制系统。当电热开水器水箱里的水位低于低水位传感器位置时，电磁阀打开，开始进水；当水位到达高水位传感器位置时，电磁阀关闭，停止进水。

讨论：电热开水器水位控制系统是开环控制系统还是闭环控制系统？为什么要放两个水位传感器？

实践与体验

生活中的控制系统

找出生活中常见的控制系统，如自动烘手机、变速电梯、电冰箱温度控制系统、抽水马桶水箱水位控制系统等（表4.3），进行小组考察，判断这些控制系统是开环控制系统还是闭环控制系统，分析其被控量和设定量分别是什么，并画出控制系统的方框图。

表4.3　生活中常见的控制系统分析表