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1、模块：技术与设计 班级： 姓名： 第四章 控制与设计【复习目标】1理解控制的含义及其在生产和生活中的应用。2了解手动控制、自动控制，开环控制系统和闭环控制系统简单的工作过程。3能画出一个简单的闭环控制系统的方框图。4能找出简单控制系统的主要干扰因素。【知识要点】一、控制的含义（一）含义人们根据自己的目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制。（二）控制三要素控制目的、控制手段、控制对象。（三）控制手段控制的实现需要通过一定的手段。1.从控制过程中人工干预的情形来分，控制有人工控制和自动控制。（1）人工控制：控制的过程是在人的直接干预下进行的。如：人工纺纱、打开普通自来水龙
2、头，揿按键打开电灯、驾驶汽车等。（2）自动控制：在无人直接参与的情况下，使事物的变化准确地按照期望的方向进行。如：数控机床、饮料自动装罐生产线、花房恒温控制、十字路口红绿灯的转换等。2.从执行控制的部件来分：机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等。二、控制系统分析（一）控制系统的基本组成简单的控制系统由控制对象和控制装置组成，其中控制装置包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括反馈环节与比较环节。（二）控制方式构成形式本质（信息流的传递方式）结构和原理控制精度开环控制系统无反馈一个通道较简单不高闭环控制系统有反馈两个通道（前向通道和反馈通道）构成闭合回路较复杂较高（抗干扰）
3、l 根据被控量的特点，控制系统可分为恒值控制和随动控制。执行器被控对象控制器传感器输入量输出量(被控量)控制量干扰因素（三）控制系统框图1.一般开环控制系统执行器被控对象控制器反馈环节输入量反馈量偏差量控制量输出量(被控量)干扰因素2.一般闭环控制系统五个环节：被控对象（控制对象）、执行器、控制器、反馈环节、比较环节。五个量：输入量、输出量（被控量）、控制量、反馈量、偏差量。3.环节及其作用传感器，也称敏感器，其实质是一个监测元件。控制器，在开环系统中根据传感器直接传送过来的信号，而在闭环系统中根据比较环节传送过来的信号，产生控制器输出信号并传送给下一个环节。因此，控制器不仅要产生控制作用信号
4、，而且还要起到信号的变换与放大作用。执行器，是控制器输出信号的执行机构，也称执行元件，还称为驱动器。电动机，就是常用的执行器之一。比较环节，根据输入量与反馈量的大小与极性，产生偏差，再传给控制器。4.绘制一般闭环控制系统框图的方法依次确定被控对象、执行器、控制器、反馈环节；确定被控量（输出量）、控制量、输入量、反馈量和偏差量；用带箭头的直线表示信息在系统中流动、传递的方向与过程；加上比较环节，闭环。（四）控制系统的干扰1.干扰的含义就是控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响。如：人体温度控制系统中环境温度的变化，飞机俯仰姿态控制系统中的阵风。在控制系统中，除输入量（给定值）以外，
5、引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。l 一个控制系统的干扰因素不止一个，所有的控制系统的工作运行，都会受到所谓干扰因素的影响，其影响有时是破坏性的，甚至是致命的。l 在控制系统框图中，干扰作用一般表示在被控对象上。2.抗干扰性：控制系统避开或抑制干扰的能力。l 我们需要学会分析一个控制系统的干扰因素，以及这个因素是如何对这个系统的运行产生影响的，以便我们在使用和设计控制系统时，尽力提高其抗干扰性。3.反馈的作用对于闭环控制系统来说，反馈的作用是随时随刻将被控量的信息反传递到比较环节，从而形成偏差。因此，闭环控制实质上是偏差控制。三、控制系统方案的设计控制系统方案的设计步骤：了解被控对象的基本
6、特性即在正常工作状态下，其输出与输入之间的关系，输出与干扰之间的关系。确定被控量与控制量输出量就是被控量；控制量和执行器有关。确定控制系统构成方案根据输出量所要求的精密程度，选择开环或闭环。绘制系统框图系统框图是系统设计方案的图形描述。【典型例题】一、选择题1射击比赛的射手通过瞄准目标，使子弹射中靶心。分析这一过程，我们理解一个控制现象应该从（ ）入手。A .对象 B .目的 C .手段 D.对象、目的、手段2.理解一个控制现象，要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。例如，导弹控制系统控制的是导弹与目标之间的距离，目的是要击中目标（距离为零）。分析这个控制系统，其控制的
7、对象是（ ）。A人 B目标 C计算机 D导弹3.普通家用自行车的刹车控制是属于：( )A.机械控制 B.气动控制 C.液压控制 D.电子控制4.关于开环控制系统和闭环控制系统，下列说法正确的是（ )A开环控制系统由于某种干扰信号的作用使输出信号出现非正常状态时，要进行纠正，必须借助于人工B开环控制系统是人工控制，闭环控制系统是自动控制C开环控制系统会受到干扰因素影响，而闭环控制系统却不会D因为闭环控制系统的精度高，所以在设计一个控制系统时尽可能设计闭环控制系统5.下列控制系统中，属于开环控制系统的是（ ）。 A.智能电冰箱的温度控制 B.计算机的CPU上的风扇的转速控制C.现代化农业温室的温度
8、控制 D.红绿灯定时控制系统6提线木偶戏古称“悬丝傀儡”,又名“丝戏”,民间俗称“嘉礼”,乃流行于闽南语系地区的古老珍稀戏种，在提线木偶的控制过程中控制对象是（ ）。A手 B提绳 C木偶 D大脑7投篮的过程中，被控量是（ ）。A.蓝框的位置 B. 投篮的力度角度 C. 篮球的落点 D.以上皆是8按时间顺序进行控制的“交通路口红绿灯控制系统”系统中被控对象是( )。A控制电路 B红绿灯 C开关装置 D路面车辆9飞机在空中飞行时，时常受到大气对流的影响而产生颠簸，当飞机的检测装置接收到这一信号后，经过控制器的调节，能在很短的时间内调整好飞行状态，克服大气对流对飞机飞行的影响，保持平稳飞行。这个现象
9、说明了系统的（ ）A.整体性 B.相关性 C.环境适应性 D.动态性10.干扰的影响可以通过以下哪种手段消除（ ）A.干扰的影响只有通过人工控制才能消除B.系统本身可以在开环形式下将干扰的影响自行消除C.干扰的影响通常需要通过反馈才能消除D.以上手段都不能消除干扰的影响 11要提高家用冰箱的抗干扰性能，生产中主要采取的措施是A增加反馈环节组成闭环控制系统。 B提高压缩机的制冷量C提高箱体的绝热性能 D尽量减少开门次数和时间。12小明用微波炉热菜汤，设定加热时间为3分钟。按加热按钮3分钟后，微波炉停止加热。这种微波炉的加热控制系统为A开环手动控制系统 B开环自动控制系统C闭环手动控制系统 D闭环
10、自动控制系统二、综合题1.为了保证奥运期间北京的交通顺畅有序，北京启用了一种智能化的地感线圈，通过它能够感应车流量的多少，使红绿灯指挥更加智能化。在交通路口，如果地感线圈感应的通过车辆超过100辆，或者车辆排队长度超过80米，就说明进入流量饱和状态了，这时，控制端就会自动给路口的信号机发出指令，加长绿灯的放行时间。反之，缩短绿灯时间，从而保证路口的通行效率。请回答下列问题：（1）此红绿灯控制系统是 （填开环或闭环）控制系统。（2）请补充完整该红绿灯控制系统的方框图。如果是开环控制系统，则检测装置和比较器不存在，不填。2.（2007年高考题）某办公楼大厅采用自然光照明，控制系统如右图，大阳光经过反光镜反射到反光球面镜上，反光球面镜再将光线反射到大厅，从而达到采集自然光的目的。当大阳移动后，光线到达反光球面镜的位置也随之发生偏移，相应的传感器就会受到光照产生电信号，控制器根据不同传感器送来进来的信号控制反光镜作相应的调整。（1）该系统是开环控制系统还是闭环控制系统？（2）该系统中，被控对象是_。（3）控制器与人体哪个器官的功能是类似的？（4）请再写出两种利用太刚能的产品。（5）请画出该控制系统的方框图。
