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1、第四单元第四单元 控制与设计控制与设计自自动动门门干手器干手器 水龙头水龙头重锤重锤减压阀减压阀u常见控制现象常见控制现象热水机热水机 和和 热水壶热水壶重锤重锤普通压力锅、电压力锅普通压力锅、电压力锅干手器干手器 自动水龙头自动水龙头燃气减压阀燃气减压阀自自动动门门人工（手动）控制和自动控制人工（手动）控制和自动控制声声控控灯灯手拨动开关手拨动开关触摸开关触摸开关人体感应开关人体感应开关光控开关光控开关声控开关声控开关控制过程在人控制过程在人的的直接和全程直接和全程干干预下进行！预下进行！n分析分析开灯的多种形式：开灯的多种形式：在无人在无人直接直接参与的情况参与的情况下，使事物变化准确地下
2、，使事物变化准确地按照期望的方向进行。按照期望的方向进行。太太阳阳能能路路灯灯拨动风扇开关，风扇转动。拨动风扇开关，风扇转动。用摇控器设定空调温度，空调机开始工作。用摇控器设定空调温度，空调机开始工作。闹钟设定时间后准时发出声音。闹钟设定时间后准时发出声音。u下列控制哪些属于手动控制？下列控制哪些属于手动控制？按人工干预的按人工干预的 情形分类？情形分类？按执行部件按执行部件 分类？分类？按有无反馈按有无反馈 分类？分类？控制系统的分类：控制系统的分类：电子电子控制控制机械机械控制控制气动控制气动控制液压控制液压控制手动控制手动控制自动控制自动控制开环开环控制控制闭环闭环控制控制控制控制量量输
3、入输入量量输出输出量量控控制制器器执执行行器器被控被控对象对象开环控制系统开环控制系统控控制制系系统统的的输输出出量量不不对对系系统统的的控控制制产产生生任任何何影影响。响。开关开关控制控制电路电路触发触发信号信号开关开关人人（大脑和手）（大脑和手）u控制器：控制器：u执行器：执行器：u被控对象：被控对象：u输入量：输入量：u输出量：输出量：u控制量：控制量：控制系统所要求控制的装置控制系统所要求控制的装置?实施实施决策的装置决策的装置作出作出决策的装置决策的装置闭环控制系统闭环控制系统即：即：反馈！反馈！控制量控制量控制控制器器执行执行器器被控被控对象对象设设定定量量被被控控量量检测装置检测
4、装置系统的系统的输出量输出量返回到输入端并对控制过程产生影响返回到输入端并对控制过程产生影响u控制器：控制器：u执行器：执行器：u被控对象：被控对象：u检测装置（传感器）：检测装置（传感器）：u输入量（设定量）：输入量（设定量）：u输出量（被控量）：输出量（被控量）：u控制量：控制量：提供提供决策依据的装置决策依据的装置控制系统所要求控制的装置控制系统所要求控制的装置?实施实施决策的装置决策的装置作出作出决策的装置决策的装置游泳池游泳池定时器定时器进水进水阀门阀门水位高度水位高度水位检测装置！？水位检测装置！？u游泳池水位控制系统：游泳池水位控制系统：设定进设定进水时间水时间进水进水阀门阀门水
5、位水位高度高度定定时时器器游游泳泳池池水流水流量量缺陷是什么？缺陷是什么？如何解决？如何解决？设定设定进水进水时间时间进水进水阀门阀门水位水位高度高度定定时时器器游游泳泳池池水水流流量量u游泳池注水的游泳池注水的开环开环控制系统方框图：控制系统方框图：u游泳池注水的游泳池注水的闭环闭环控制系统方框图：控制系统方框图：进水进水阀门阀门游游泳泳池池水水流流量量水位水位高度高度定定时时器器比较器比较器检测装置检测装置设定设定水位水位控控制制器器水箱液位控制系统：水箱液位控制系统：控制量控制量控制控制器器执行执行器器被控被控对象对象检测装置检测装置设设定定量量被被控控量量限压阀限压阀（重锤）（重锤）安
6、全阀安全阀1313下面两图分别是瓦特蒸汽机的工作原理图和蒸下面两图分别是瓦特蒸汽机的工作原理图和蒸汽供给控制原理图。在如下图所示，汽供给控制原理图。在如下图所示，套筒套筒与与飞球飞球连连在一起，当蒸汽机的转速较高时，飞球离心力增大，在一起，当蒸汽机的转速较高时，飞球离心力增大，套筒向上移动，阀门通孔截面积减少，蒸汽流速降套筒向上移动，阀门通孔截面积减少，蒸汽流速降低，蒸汽机汽缸内压力减少使其转速下降。请画出低，蒸汽机汽缸内压力减少使其转速下降。请画出蒸汽机转速自动控制系统方框图。蒸汽机转速自动控制系统方框图。蒸汽机转速自动控制系统蒸汽机转速自动控制系统 减压阀气压自动控制系统减压阀气压自动控制
7、系统 10.10.家用燃气减压阀的燃气气压控制系统：家用燃气减压阀的燃气气压控制系统：设定设定状态状态（）ESPESP电路电路执行器执行器（）（）前后轮胎前后轮胎（）实际实际状态状态控制量控制量（）检测装置检测装置（）1515ESP(ESP(车身稳定控制系统车身稳定控制系统)作为车辆的辅助作为车辆的辅助控制系统，它可以对因猛打方向盘或者路面湿滑控制系统，它可以对因猛打方向盘或者路面湿滑而引起的侧滑现象进行控制。当侧滑传感器检测而引起的侧滑现象进行控制。当侧滑传感器检测出车辆侧滑时，电子系统通过制动系统自动对各出车辆侧滑时，电子系统通过制动系统自动对各车轮的制动。车轮的制动。左图是前轮侧滑的控制
8、：对各车轮轮胎进行左图是前轮侧滑的控制：对各车轮轮胎进行适当制动，使车朝向内侧。同时控制发动机适当制动，使车朝向内侧。同时控制发动机出力，使车辆不会冲出车道。出力，使车辆不会冲出车道。右图是后轮侧滑的控制：主要对前轮外侧的轮右图是后轮侧滑的控制：主要对前轮外侧的轮胎进行制动，使车朝向外侧。同时控制发动机胎进行制动，使车朝向外侧。同时控制发动机出力，使车身保持稳定。出力，使车身保持稳定。17.17.小黄家住市区中某一小区，小区一到下雨天，小黄家住市区中某一小区，小区一到下雨天，就汪洋一片，给人们出行带来极大的不便；可就汪洋一片，给人们出行带来极大的不便；可在大晴天，园林工人要顶着烈日酷暑给花草树
9、在大晴天，园林工人要顶着烈日酷暑给花草树木，汗流浃背。于是小黄突发奇想，能不能设木，汗流浃背。于是小黄突发奇想，能不能设计一个自动控制系统，雨天时自动收集雨水，计一个自动控制系统，雨天时自动收集雨水，解决积水问题，大晴天时能自动喷灌浇花。一解决积水问题，大晴天时能自动喷灌浇花。一举两得。请你来协助小黄完成此设计，并回答举两得。请你来协助小黄完成此设计，并回答以下问题。以下问题。在控制系统中，除输入量以外，在控制系统中，除输入量以外，引起被控量（即引起被控量（即输出量输出量）变化的）变化的各种因素称为各种因素称为。什么是干什么是干扰因素？扰因素？干扰因素干扰因素的特点？的特点？控制系统中的控制系
10、统中的干扰因素：干扰因素：来自系统来自系统外部外部的因素的因素作用在被控对象上，造成作用在被控对象上，造成输出量输出量变化变化可以可以克服克服干扰，但不能消除干扰，但不能消除可以可以利用利用的的例例1、2开电冰箱门；开电冰箱门；房间温度从房间温度从2020升到升到3232；把热菜或热饭放入电冰箱中；把热菜或热饭放入电冰箱中；旋转温控器，使控制温度降低些旋转温控器，使控制温度降低些温控器失灵。温控器失灵。方法一：开环方法一：开环闭环闭环u如何如何克服克服干扰？干扰？u什么因素会影响什么因素会影响冰箱内的温度冰箱内的温度？使用者使用者如何克服？如何克服？设计者设计者如何克服？如何克服？方法二：增加
11、方法二：增加隔热效果隔热效果设定设定温度温度实际实际温度温度温控温控器器压缩机压缩机放冷放冷气气冷藏或冷藏或冷冻室冷冻室温度检测装置温度检测装置u为什么把冰箱内的温度控为什么把冰箱内的温度控制设计成制设计成闭环闭环控制？控制？u为什么把为什么把游泳池的水位控游泳池的水位控制制设计成设计成闭环闭环控制？控制？游泳池游泳池定时器定时器进水进水阀门阀门水位高度水位高度设定进设定进水时间水时间进水进水阀门阀门水位水位高度高度定定时时器器游游泳泳池池水流水流量量进水进水阀门阀门游游泳泳池池水水流流量量实际实际水位水位定定时时器器比较器比较器检测装置检测装置设定设定水位水位控控制制器器u指出：指出：“水箱
12、水水箱水位控制系统位控制系统”中的中的干扰因素？干扰因素？出水口放水？出水口放水？水蒸发？水蒸发？进水管水压增大？进水管水压增大？浮球向右调节？浮球向右调节？浮球破了？浮球破了？塞子有损？塞子有损？找出找出输出量输出量变化的因素！变化的因素！功能模拟方法？功能模拟方法？模型模型原型原型模拟模拟功能？行为？功能？行为？结构？结构？用用“模型模型”模拟模拟“原形原形”的的功能功能和和行为行为 的方法。的方法。例例u加热炉温度控制示意图：（加热炉温度控制示意图：（自动自动）u加热炉温度控制示意图：（加热炉温度控制示意图：（手动手动）控制器控制器检测装置检测装置执行器执行器黑箱方法？黑箱方法？把将要研
13、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，通过对系统输入输入与与输出输出关系的研究，进而推断出系统关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法叫内部结构及其功能的方法叫。分析分析：如何判断西瓜生熟？如何判断西瓜生熟？听听、看、看、摸、摸铁棍当听诊器听诊器,为换热泵查为换热泵查.解释中医看病解释中医看病“望、闻、问、切望、闻、问、切”？解释中医看病解释中医看病“望、闻、问、切望、闻、问、切”？解释中医看病解释中医看病“望、闻、问、切望、闻、问、切”？现代医学是如何检查人体器官的？现代医学是如何检查人体器官的？B超超检查检查X光透视图光透视图现代医学是如何检查人体器官的？现代医学是
14、如何检查人体器官的？心电图检查心电图检查CT检查检查核磁共振检查核磁共振检查被研究被研究系统系统输出输出输入输入黑箱方法分析：黑箱方法分析：碰触碰触敲击敲击超声波超声波光波光波电流电流电磁波电磁波放射线放射线手感手感声音声音各类各类 图像图像n西瓜西瓜n机器设备机器设备n人体人体6.花房温度控制系统花房温度控制系统：热气、热气、冷气量冷气量温度温度控制控制器器加热、加热、制冷制冷元件元件花房花房设定设定温度温度实际实际温度温度温度检测温度检测装置装置7.7.水箱水位自动控制系统水箱水位自动控制系统：水流量水流量控制控制器器阀门阀门水箱水箱设定设定水位水位实际实际水位水位浮球浮球8.8.人体感应
15、（红外线）人体感应（红外线）水龙头的自动控制系统：水龙头的自动控制系统：红外红外信号信号电磁电磁阀阀出水出水控制控制电路电路水龙水龙头头水流水流量量9.9.某屋顶水箱采用水泵供水，控制器由相应的某屋顶水箱采用水泵供水，控制器由相应的电路来实现。水箱内净高度为电路来实现。水箱内净高度为1.21.2米，如果水米，如果水位低到位低到0.20.2米时开始进水，水位达到米时开始进水，水位达到1 1米时停止米时停止进水。请你提供设计方案。进水。请你提供设计方案。水流量水流量控制控制电路电路水泵水泵水箱水箱设定设定水位水位实际实际水位水位水位检测水位检测装置装置声光声光信号信号开关开关亮或亮或灭灭控制控制电
16、路电路灯灯闭或闭或断断10.路灯声光自动控制系统路灯声光自动控制系统:铁桶铁桶圆木塞圆木塞铁桶铁桶硬塑料管硬塑料管搪瓷碗搪瓷碗水龙头水龙头5cm5cm11.李明制作了方便小动物喝水的自动加水器，李明制作了方便小动物喝水的自动加水器，结构如图结构如图：设定设定水位水位实际实际水位水位水流水流量量铁桶木塞铁桶木塞塑料管等塑料管等装置装置水龙水龙头头搪瓷搪瓷碗碗管口管口11.小动物喝水的自小动物喝水的自动加水器，动加水器，铁桶铁桶圆木塞圆木塞铁桶铁桶硬塑料管硬塑料管搪瓷碗搪瓷碗水龙头水龙头5cm5cm给定量给定量（设定转速）（设定转速）被控量被控量（实际转速实际转速）控制量控制量（蒸气量）（蒸气量）控制器控制器（飞球（飞球套筒等套筒等装置）装置）执行器执行器（阀门阀门）被控对象被控对象（蒸汽机蒸汽机）检测装置检测装置（飞球）（飞球）12.蒸汽机转蒸汽机转速自动控制系速自动控制系统统