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1、第四章第四章 系统与设计系统与设计第二节第二节 控制系统的组成与描述控制系统的组成与描述力力大脑大脑肢体肢体飞镖飞镖期望值期望值落点落点（控制器）（控制器）（执行器）（执行器）（被控对象）（被控对象）（被控量）（被控量）（给定值）（给定值）（控制量）（控制量）大脑大脑肢体肢体自行车自行车期望值期望值行驶行驶方向方向眼睛眼睛（反馈环节）（反馈环节）控制系统的组成控制系统的组成1）给定值：控制系统的输入值）给定值：控制系统的输入值2）控制器：对输入信号进行处理并）控制器：对输入信号进行处理并发出控制命令的发出控制命令的装装 置或元件置或元件3）执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件）执行器：直
2、接对被控对象进行控制的装置或元件4）控制量：）控制量：执行器的输出信号执行器的输出信号，对被控对象产生作用从，对被控对象产生作用从而使被控量发生变化的量而使被控量发生变化的量5）被控对象：控制系统中所要求控制的装置和生产过程）被控对象：控制系统中所要求控制的装置和生产过程6）被控量：）被控量：控制系统所要控制的量控制系统所要控制的量,控制系统的控制目控制系统的控制目的的7）反馈环节：将系统的输出返回到输入端并以某种方式）反馈环节：将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入改变输入,进而影响系统功能的过程进而影响系统功能的过程控制量控制量控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象给定值给定值被控
3、量被控量控制量控制量控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象给定值给定值被控量被控量反馈环节反馈环节控制系统的框图表示控制系统的框图表示自动门控制系统自动门控制系统为了方便人们的出入，一些医院手术室、现代化的宾为了方便人们的出入，一些医院手术室、现代化的宾馆和银行都安装了自动门。当有人走近大门时，大门就馆和银行都安装了自动门。当有人走近大门时，大门就会自动打开。这是什么道理呢？原来，当人走近自动门会自动打开。这是什么道理呢？原来，当人走近自动门时，门上方的红外装置检测到人体热辐射发出的红外信时，门上方的红外装置检测到人体热辐射发出的红外信息，控制电路接收到该信号后，便会发出相应的指令，息，控制
4、电路接收到该信号后，便会发出相应的指令，启动电机运转，从而带动门自动开启（或者控制气动装启动电机运转，从而带动门自动开启（或者控制气动装置，使门向两边打开）。当门开启之后，控制电路将作置，使门向两边打开）。当门开启之后，控制电路将作出判断，如果没有人在门四周，就通知电机做反向运转，出判断，如果没有人在门四周，就通知电机做反向运转，使门关闭。可见，自动门的开启或关闭只与红外装置是使门关闭。可见，自动门的开启或关闭只与红外装置是否检测到人体发出的信号相对应。如果把红外装置是否否检测到人体发出的信号相对应。如果把红外装置是否检测到人体热辐射发出的信号看做输入量，门的开启或检测到人体热辐射发出的信号看
5、做输入量，门的开启或关闭看做输出量，关闭看做输出量，试画出自动门控制系统的试画出自动门控制系统的方框图方框图表示。表示。控制电路控制电路电机电机自动门自动门输入量输入量输出量输出量供水水箱的水位自动控制系统供水水箱的水位自动控制系统供水水箱水位的自动控制在生活中应用较多，如楼宇供水水箱水位的自动控制在生活中应用较多，如楼宇的水塔，其目的是使水箱中的水位保持在给定的高度。的水塔，其目的是使水箱中的水位保持在给定的高度。水位的自动调节过程：当水箱的出水流量增大时，水位水位的自动调节过程：当水箱的出水流量增大时，水位下降，液位传感器测出水位后与给定值比较，其偏差值下降，液位传感器测出水位后与给定值比
6、较，其偏差值进入控制器，通过控制器的输出信号调节阀门，将阀门进入控制器，通过控制器的输出信号调节阀门，将阀门开大，使水位回升到给定值；反之，当出水流量减小时，开大，使水位回升到给定值；反之，当出水流量减小时，通过控制器调节阀门，将阀门关小，使水位回到给定值通过控制器调节阀门，将阀门关小，使水位回到给定值的位置。的位置。控制器控制器阀门阀门水箱水箱给定值给定值水箱水箱水位水位液位传感器液位传感器控制量控制量控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象给定值给定值被控量被控量反馈环节反馈环节控制中的干扰控制中的干扰控制量控制量控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象给定值给定值被控量被控量干扰干扰干扰
7、干扰（产生误操作）（产生误操作）控制器控制器阀门阀门水箱水箱给定值给定值水箱水箱水位水位液位传感器液位传感器出水量出水量思考一：思考一：供水水箱的水位自动控制系统供水水箱的水位自动控制系统的干扰因素是什的干扰因素是什么？么？思考二：室外投掷飞镖控制过程的干扰因素是什么？思考二：室外投掷飞镖控制过程的干扰因素是什么？力力大脑大脑肢体肢体飞镖飞镖期望值期望值落点落点风向风向思考三：再出现干扰的情况下，开环控制系统和闭环控思考三：再出现干扰的情况下，开环控制系统和闭环控制系统哪个受干扰的影响小？为什么？制系统哪个受干扰的影响小？为什么？闭环控制系统比开环控制系统有更好的抗干扰能力。闭环控制系统比开环
8、控制系统有更好的抗干扰能力。因为闭环控制系统通过反馈环节能不断地修正控制效果，因为闭环控制系统通过反馈环节能不断地修正控制效果，以减少被控量与基准量之间的误差。以减少被控量与基准量之间的误差。思考四：电冰箱的温度控制系统，下列情况是否属于影思考四：电冰箱的温度控制系统，下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素？响其温度控制的干扰因素？开电冰箱门开电冰箱门是是把热菜热饭放入电冰箱中把热菜热饭放入电冰箱中是是在电冰箱外放一盆冷水在电冰箱外放一盆冷水否否克服干扰的基本方法克服干扰的基本方法从干扰的性质来说，有些干扰是不可以避免的，有些从干扰的性质来说，有些干扰是不可以避免的，有些干扰是可以避免的。干扰是可以避免的。类型类型例子例子克服方法克服方法不可避免的干扰不可避免的干扰风对风中飞行的风对风中飞行的飞机的干扰飞机的干扰提高控制系统的提高控制系统的性能性能可避免的干扰可避免的干扰风对投掷飞镖的风对投掷飞镖的干扰干扰消除、减弱干扰消除、减弱干扰（室内活动）（室内活动）克服干扰的基本方法就是要克服干扰的基本方法就是要分析干扰的性质分析干扰的性质，“对症对症下药下药”。