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1、第四章第四章 控制与设计控制与设计控制的手段与应用控制的手段与应用控制的手段与应用控制的手段与应用控制系统的工作过程与方式控制系统的工作过程与方式控制系统的工作过程与方式控制系统的工作过程与方式闭环控制系统的干扰与反馈闭环控制系统的干扰与反馈闭环控制系统的干扰与反馈闭环控制系统的干扰与反馈控制系统的设计与实施控制系统的设计与实施控制系统的设计与实施控制系统的设计与实施技术改变生活技术改变生活技术改变生活技术改变生活 生活因技术而变生活因技术而变生活因技术而变生活因技术而变2010年年3月份通用技术第二轮高考复习资料月份通用技术第二轮高考复习资料本章的高考知识点主主 题题考考试试内容内容考考试试
2、要求要求控制与设计控制与设计控制与设计控制与设计控制的含义控制的含义控制的含义控制的含义 控制的应用控制的应用控制的应用控制的应用 控制手段控制手段控制手段控制手段 开环控制系统的基本组成和工作过程开环控制系统的基本组成和工作过程开环控制系统的基本组成和工作过程开环控制系统的基本组成和工作过程闭环控制系统的基本组成和工作过程闭环控制系统的基本组成和工作过程闭环控制系统的基本组成和工作过程闭环控制系统的基本组成和工作过程控制系统的方框图控制系统的方框图控制系统的方框图控制系统的方框图控制系统的干扰因素控制系统的干扰因素控制系统的干扰因素控制系统的干扰因素 功能模拟方法和黑箱方法功能模拟方法和黑箱
3、方法功能模拟方法和黑箱方法功能模拟方法和黑箱方法 控制系统设计方案控制系统设计方案控制系统设计方案控制系统设计方案控制的含义控制的含义n人们按照自己的意愿或目人们按照自己的意愿或目人们按照自己的意愿或目人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事的，通过一定的手段，使事的，通过一定的手段，使事的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就物向期望的目标发展，这就物向期望的目标发展，这就物向期望的目标发展，这就是控制。是控制。是控制。是控制。控制手段控制手段n人工控制：人工控制：人工控制：人工控制：控制的过程是在人的直接干预和全程干预下进行的。控制的过程是在人的直接干预和全程干预下进行的。控
4、制的过程是在人的直接干预和全程干预下进行的。控制的过程是在人的直接干预和全程干预下进行的。n自动控制：自动控制：自动控制：自动控制：是指在无人直接参与的情况下，使事件的变化准确地是指在无人直接参与的情况下，使事件的变化准确地是指在无人直接参与的情况下，使事件的变化准确地是指在无人直接参与的情况下，使事件的变化准确地按照期望的方向进行。按照期望的方向进行。按照期望的方向进行。按照期望的方向进行。控制手段控制手段n机械控制；机械控制；机械控制；机械控制；n气动控制；气动控制；气动控制；气动控制；n液压控制；液压控制；液压控制；液压控制；n电子控制；电子控制；电子控制；电子控制；机械控制机械控制机械
5、控制机械控制气动控制气动控制气动控制气动控制液压控制液压控制液压控制液压控制电子控制电子控制电子控制电子控制控制的应用控制的应用控制的应用控制的应用 开环控制系统的基本组成和工作过程开环控制系统的基本组成和工作过程开环控制系统的基本组成和工作过程开环控制系统的基本组成和工作过程n任何一种控制的实现，都要通过若干环节，这些环节构任何一种控制的实现，都要通过若干环节，这些环节构任何一种控制的实现，都要通过若干环节，这些环节构任何一种控制的实现，都要通过若干环节，这些环节构成一个系统，称为成一个系统，称为成一个系统，称为成一个系统，称为控制系统控制系统控制系统控制系统。n控制系统中的控制系统中的控制
6、系统中的控制系统中的输出输出输出输出与与与与输入输入输入输入之间有一定的之间有一定的之间有一定的之间有一定的对应关系对应关系对应关系对应关系。n开环控制：控制系统的开环控制：控制系统的开环控制：控制系统的开环控制：控制系统的输出量输出量输出量输出量不对系统的控制产生任何不对系统的控制产生任何不对系统的控制产生任何不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。影响，这种控制系统称为开环控制系统。影响，这种控制系统称为开环控制系统。影响，这种控制系统称为开环控制系统。开环控制系统的基本组成和工作过程开环控制系统的基本组成和工作过程开环控制系统的基本组成和工作过程开环控制系统的基本组成和
7、工作过程输入量：输入量：输入量：输入量：控制系统的给定量；控制系统的给定量；控制系统的给定量；控制系统的给定量；输出量：输出量：输出量：输出量：控制系统所要控制的量，也是控制系统的输出信号；控制系统所要控制的量，也是控制系统的输出信号；控制系统所要控制的量，也是控制系统的输出信号；控制系统所要控制的量，也是控制系统的输出信号；被控对象：被控对象：被控对象：被控对象：即控制系统所要控制的装置或生产过程；即控制系统所要控制的装置或生产过程；即控制系统所要控制的装置或生产过程；即控制系统所要控制的装置或生产过程；执行器：执行器：执行器：执行器：即直接对被控对象进行控制的装置或元件；即直接对被控对象进
8、行控制的装置或元件；即直接对被控对象进行控制的装置或元件；即直接对被控对象进行控制的装置或元件；控制器：控制器：控制器：控制器：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件；对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件；对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件；对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件；控制量：控制量：控制量：控制量：即执行器的输出信号；即执行器的输出信号；即执行器的输出信号；即执行器的输出信号；输入量输入量输入量输入量控制器控制器控制器控制器执行器执行器执行器执行器被控对象被控对象被控对象被控对象输出量输出量输出量输出量控制量控制量控制量控制量开环控制系统方框图开环控
9、制系统方框图开环控制系统方框图开环控制系统方框图 （1）目前市场上有一款防盗报警器，当有人）目前市场上有一款防盗报警器，当有人进入防范区域时，探测器就会感应到并发信号给进入防范区域时，探测器就会感应到并发信号给主机，主机即刻启动警笛，吓阻作案，同时自动主机，主机即刻启动警笛，吓阻作案，同时自动拨打多组报警电话，通知保安人员及户主及时救拨打多组报警电话，通知保安人员及户主及时救助，对于自动报警系统的被控对象判断正确的是助，对于自动报警系统的被控对象判断正确的是 A、探测器、探测器 B、主机、主机 C、警笛、警笛 D、感应信号、感应信号 （2）请判断该控制系统是开环控制还是闭环）请判断该控制系统是
10、开环控制还是闭环控制，并画出控制系统的方框图。控制，并画出控制系统的方框图。闭环控制系统的基本组成和工作过程闭环控制系统的基本组成和工作过程闭环控制系统的基本组成和工作过程闭环控制系统的基本组成和工作过程n闭环控制系统闭环控制系统：系统的输出量返回到输入端并对控制过系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统程产生影响的控制系统。n比较器比较器：它将给定量与所检测的被控量进行比较，求出：它将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值；偏差值；n与开环控制系统相比，闭环控制系统多了一个由与开环控制系统相比，闭环控制系统多了一个由检测装检测装置置组成的环节。组成的环节。n闭环控制系统的核
11、心闭环控制系统的核心就是通过反馈来减少被控量的偏差。就是通过反馈来减少被控量的偏差。控制系统的方框图控制系统的方框图控制系统的方框图控制系统的方框图 如图所示为单相如图所示为单相如图所示为单相如图所示为单相SVCSVC直接调压稳压器的工作原理图，图中直接调压稳压器的工作原理图，图中直接调压稳压器的工作原理图，图中直接调压稳压器的工作原理图，图中ANAN侧就是侧就是侧就是侧就是自耦变压器的输入侧自耦变压器的输入侧自耦变压器的输入侧自耦变压器的输入侧,BN,BN侧就是自耦变压器的输出侧；稳压器的取样电路侧就是自耦变压器的输出侧；稳压器的取样电路侧就是自耦变压器的输出侧；稳压器的取样电路侧就是自耦变
12、压器的输出侧；稳压器的取样电路时刻监视稳压器的输出两点间电压，当输出电压升高时，控制电机朝自时刻监视稳压器的输出两点间电压，当输出电压升高时，控制电机朝自时刻监视稳压器的输出两点间电压，当输出电压升高时，控制电机朝自时刻监视稳压器的输出两点间电压，当输出电压升高时，控制电机朝自耦变压器降压的方向移动，通过自动调整线圈匝数比，从而保持输出电耦变压器降压的方向移动，通过自动调整线圈匝数比，从而保持输出电耦变压器降压的方向移动，通过自动调整线圈匝数比，从而保持输出电耦变压器降压的方向移动，通过自动调整线圈匝数比，从而保持输出电压的稳定；当输出电压达到所要的电压时，停止控制电机运动，反之控压的稳定；当
13、输出电压达到所要的电压时，停止控制电机运动，反之控压的稳定；当输出电压达到所要的电压时，停止控制电机运动，反之控压的稳定；当输出电压达到所要的电压时，停止控制电机运动，反之控制电路则控制电机朝自耦变压器升压的方向转动，通过对线圈匝数比的制电路则控制电机朝自耦变压器升压的方向转动，通过对线圈匝数比的制电路则控制电机朝自耦变压器升压的方向转动，通过对线圈匝数比的制电路则控制电机朝自耦变压器升压的方向转动，通过对线圈匝数比的调整，达到所要的电压时停止。调整，达到所要的电压时停止。调整，达到所要的电压时停止。调整，达到所要的电压时停止。控制系统的干扰因素控制系统的干扰因素控制系统的干扰因素控制系统的干
14、扰因素 n在控制系统中，除输入量（给定量）以外，引在控制系统中，除输入量（给定量）以外，引起被控量变化的各种因素称为起被控量变化的各种因素称为干扰因素干扰因素。n在控制系统中，将输出量通过适当的检测装置在控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输出量进行比较的过程，就是返回到输入端并与输出量进行比较的过程，就是反馈反馈。n1 1由于由于由于由于干扰因素干扰因素干扰因素干扰因素的存在，系统的的存在，系统的的存在，系统的的存在，系统的被控量被控量被控量被控量偏离偏离偏离偏离给定值给定值给定值给定值时；时；时；时；2 2闭环控制系统中的反馈环节能及时闭环控制系统中的反馈环节能及时闭环控
15、制系统中的反馈环节能及时闭环控制系统中的反馈环节能及时检测检测检测检测出被控量的值，出被控量的值，出被控量的值，出被控量的值，并迅速并迅速并迅速并迅速反馈反馈反馈反馈到输入端，与给定值进行到输入端，与给定值进行到输入端，与给定值进行到输入端，与给定值进行比较比较比较比较；3 3控控控控制器制器制器制器根根根根据比较得到的偏差信号进行据比较得到的偏差信号进行据比较得到的偏差信号进行据比较得到的偏差信号进行调节调节调节调节，从而是系统的被控量，从而是系统的被控量，从而是系统的被控量，从而是系统的被控量接近接近接近接近给定值给定值给定值给定值，达到精确控制的目的。，达到精确控制的目的。，达到精确控制
16、的目的。，达到精确控制的目的。功能模拟方法和黑箱方法功能模拟方法和黑箱方法功能模拟方法和黑箱方法功能模拟方法和黑箱方法 n功能模拟方法：功能模拟方法：功能模拟方法：功能模拟方法：a a 以功能和行为的相似性为基础，用以功能和行为的相似性为基础，用以功能和行为的相似性为基础，用以功能和行为的相似性为基础，用“模型模型模型模型”模拟模拟模拟模拟“原型原型原型原型”的功能和行为的方法的功能和行为的方法的功能和行为的方法的功能和行为的方法，就是功能模拟方，就是功能模拟方，就是功能模拟方，就是功能模拟方法。法。法。法。例：在国棋象棋的人机对弈中，计算机具有与人脑类例：在国棋象棋的人机对弈中，计算机具有与
17、人脑类例：在国棋象棋的人机对弈中，计算机具有与人脑类例：在国棋象棋的人机对弈中，计算机具有与人脑类似的逻辑判断功能，能模拟棋手的思维与人下棋。似的逻辑判断功能，能模拟棋手的思维与人下棋。似的逻辑判断功能，能模拟棋手的思维与人下棋。似的逻辑判断功能，能模拟棋手的思维与人下棋。n黑箱方法：黑箱方法：黑箱方法：黑箱方法：a a 把将要研究的系统作为黑箱，通过对系统把将要研究的系统作为黑箱，通过对系统把将要研究的系统作为黑箱，通过对系统把将要研究的系统作为黑箱，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功输入与输出关系的研究，进而推断出
18、系统内部结构及其功输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，就是黑箱方法。能的方法，就是黑箱方法。能的方法，就是黑箱方法。能的方法，就是黑箱方法。例例例例：通过输入图像、电或声音信号，观测、分析脑电通过输入图像、电或声音信号，观测、分析脑电通过输入图像、电或声音信号，观测、分析脑电通过输入图像、电或声音信号，观测、分析脑电波的输出反应，研究人脑对视觉或听觉信息的传递、变换波的输出反应，研究人脑对视觉或听觉信息的传递、变换波的输出反应，研究人脑对视觉或听觉信息的传递、变换波的输出反应，研究人脑对视觉或听觉信息的传递、变换和处理功能，得知人脑内部结构的细节，就是黑箱方法的和处理功
19、能，得知人脑内部结构的细节，就是黑箱方法的和处理功能，得知人脑内部结构的细节，就是黑箱方法的和处理功能，得知人脑内部结构的细节，就是黑箱方法的运用。运用。运用。运用。控制系统设计方案控制系统设计方案控制系统设计方案控制系统设计方案 1 1、开环控制系统的设计开环控制系统的设计开环控制系统的设计开环控制系统的设计(书本书本书本书本P119P119案例分析：电吹风案例分析：电吹风案例分析：电吹风案例分析：电吹风控制系统的设计控制系统的设计控制系统的设计控制系统的设计)开环控制系统的设计相对比较简单，在明确设计要开环控制系统的设计相对比较简单，在明确设计要开环控制系统的设计相对比较简单，在明确设计要
20、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，即可考虑具体控求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可考虑具体控求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可考虑具体控求，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。制系统的方案。制系统的方案。制系统的方案。2 2、闭环控制系统的设计闭环控制系统的设计闭环控制系统的设计闭环控制系统的设计(书本书本书本书本P120P120案例分析：抽水马案例分析：抽水马案例分析：抽水马案例分析：抽水马桶水箱的自动控制系统的设计桶水箱的自动控制系统的设计桶水箱的自动控制系统的设计桶水箱的自动控制系统的设计)第一第一第一第一
21、、闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。的。的。的。第二第二第二第二、控制系统的控制精度必须符合要求，即系统控制系统的控制精度必须符合要求，即系统控制系统的控制精度必须符合要求，即系统控制系统的控制精度必须符合要求，即系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内。的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内。的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内。的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内。第三第三第三第三、闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。