四、控制系统的设计与实施

学习目标

1．了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计的方案。

2．能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；或者根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。

1、控制系统设计的一般思路

要设计好一个控制系统，应该明确这个系统要达到的目的是什么，所要控制的对象是什么，被控对象有哪些重要的特性，被控量和控制量分别是什么，外界的主要干扰因素有哪些，选择怎样的设计方案既能达到目的，又经济、易于实现，如何选择设备和元件，等等。

设计一个控制系统，是选择开环控制还是闭环控制，应根据对控制精度的要求以及条件的可行性而定。在控制系统设计过程中，被控对象的特性往往难以直接得到，通常是通过了解被控对象的输入与输出之间的关系来分析它的基本特性，从而确定控制器的运算方式；一个控制系统中可能存在若干个干扰因素，需要分析主次，找出对系统影响最大的干扰因素；被控量和控制量的确定是控制方案的关键，对于简单控制系统，需要控制的量往往被确定为被控量，控制量应选择可控制的、对抑制干扰因素和保持系统稳定有明显作用的量；执行器、检测器的选择一是要根据被控量和控制量的需求，二是要根据控制的条件进行。总之，能达到控制的目的，采用易于实现的控制方式，降低控制成本、减少对环境的负面影响等，是我们进行控制系统设计必须考虑的基本问题。

控制系统的设计方案，还包括画出必要的设计图纸（控制电路设计或系统结构设计）和实施图纸、撰写设计说明书等。

开环控制系统的设计

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。例如，普通电风扇控制系统的设计，被控对象是电风扇，被控量是电风扇输出的风速，控制量是电机的转速；如果是具有定时功能的电风扇控制系统的设计，则只需在开关环节加一个定时器就可以了。

案例分析

电吹风控制系统的设计

设计要求：

电吹风能根据不同的挡位（如冷风挡、热风挡）输出不同种类的风。

设计分析：

电吹风控制系统的被控对象是电吹风装置，被控量是风的速度和温度，控制量是电机的电压，干扰因素是房间的温度、电源电压的波动等。

电吹风的控制工作过程：

电吹风是要将其内部电热丝的热量通过一个小电风扇扩散出去。

方案构思：

选择开环控制系统实现电吹风的控制要求。

设定风的挡位就设定了电机的电压和电热丝的阻值，接通电源后，电机带动一个小风扇转动，产生的风通过电吹风的电热丝，输出的就是与设定的风种相对应的风。

（输入）设定电吹风的挡位→电机、风扇、电热丝→风的速度和温度（输出）

确定了电吹风控制系统的设计方案后，画出必要的电气线路图，选择适当型号的元件和配件，进行组装、调试。