《通用技術(shù)專題 第四單元 控制與設(shè)計(jì).ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《通用技術(shù)專題 第四單元 控制與設(shè)計(jì).ppt（88頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、控制的基本概念知識(shí)講座,主講人劉志紅 北京教科院基教研中心,控制的基本概念知識(shí)講座,一、關(guān)于控制論 二、人工控制、自動(dòng)控制與手動(dòng)控制的區(qū)分 三、自動(dòng)控制的基本概念 四、控制系統(tǒng)功能方框圖繪制,一、關(guān)于控制論,1、什么是控制，控制的概念是什么？ 2、控制論簡(jiǎn)介 3、教材中提到的幾個(gè)控制論中的重要概念 負(fù)反饋調(diào)節(jié)（控制） 功能模擬方法 黑箱方法,一、關(guān)于控制論,1、什么是控制，控制的概念是什么？ 控制：人們按照自己的意愿或目的，通過(guò)一定的手段，使事物向期望的目標(biāo)發(fā)展，這就是控制（control）。 理解任何控制現(xiàn)象，都要明確控制的對(duì)象是什么，控制要達(dá)到什么目的和采取什么控制手段。 蘇教版P97，地
2、質(zhì)版P104,可能性空間是控制論中最基本的概念,事物的發(fā)展與變化具有多樣性。例如，一棵樹(shù)可能因?yàn)槟撤N原因結(jié)不出果實(shí)，也可能碩果累累，而且可以有大有小，或酸或甜；降落的雨水，可以用來(lái)灌溉農(nóng)田，也可以人們沖洗物品，還可以發(fā)電，但也可能注入江河，甚至有可能引起洪澇災(zāi)害。 蘇教版P96，地質(zhì)版P104,可能性空間是控制論中最基本的概念,被控制的對(duì)象必須存在著多種發(fā)展的可能性。 人們對(duì)這些可能性可以通過(guò)一定的手段進(jìn)行選擇，才談得到控制。 控制的概念與事物發(fā)展的可能性密切相關(guān)。因此，將事物發(fā)展變化中面臨的各種可能性集合稱為這個(gè)事物的可能性空間。,一切控制過(guò)程，都是由三個(gè)基本環(huán)節(jié)構(gòu)成, 了解事物面臨的可能性
3、空間是什么？ （雨水：灌溉、沖洗、發(fā)電、洪澇） 在可能性空間中選擇某一些狀態(tài)為目標(biāo)。（發(fā)電） 控制轉(zhuǎn)化條件，使事物向既定的目標(biāo)轉(zhuǎn)化。 （建水庫(kù)，蓄積水的勢(shì)能，水力發(fā)電）,解讀教材,“人們按照自己的意愿或目的” 這只能是在可能性空間中做選擇，而不能憑空臆想。 “通過(guò)一定的手段” 手段便是“控制轉(zhuǎn)化條件，使事物向既定的目標(biāo)轉(zhuǎn)化”,2、控制論簡(jiǎn)介,美國(guó)的數(shù)學(xué)家維納，匯集了數(shù)學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展、生物學(xué)和生命科學(xué)的進(jìn)展、人類對(duì)對(duì)思維規(guī)律的探討，在1947年發(fā)表控制論，這本書(shū)震動(dòng)了科學(xué)界。科學(xué)家們被建立各門學(xué)科的統(tǒng)一的方法論的雄心所吸引。一大批各個(gè)領(lǐng)域中的專家紛紛互相對(duì)話，控制論、系統(tǒng)論成為
4、二次大戰(zhàn)后直至今天的不可忽視的科學(xué)思潮。,控制論思想的源流,數(shù)學(xué)和物理的發(fā)展 生物學(xué)和生命科學(xué)的進(jìn)展 人類對(duì)思維規(guī)律的探討,蘇教版P101,美國(guó)科學(xué)家維納在20世紀(jì)40年代創(chuàng)建了控制論?？刂普撌茄芯扛黝愊到y(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制規(guī)律的科學(xué)，是具有方法論意義的理論。它是自動(dòng)控制、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)理邏輯、神經(jīng)生理學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、行為科學(xué)等多種科學(xué)技術(shù)相互滲透形成的一門橫斷性學(xué)科。,3、教材中提到的幾個(gè)控制論中的重要概念, 負(fù)反饋調(diào)節(jié)（控制） 鷹擊長(zhǎng)空，不但能準(zhǔn)確地?fù)涞焦潭繕?biāo)，甚至連飛速躲避的兔子、老鼠也不能逃脫。,,負(fù)反饋調(diào)節(jié),鷹的眼睛在盯住兔子的同時(shí)，也注意到了自己的位置，并把兩者作一個(gè)比較，經(jīng)過(guò)
5、比較后的信號(hào)代表鷹的位置與兔子位置的差距，鷹的大腦根據(jù)這個(gè)差距指揮翅膀改變自己的位置，使鷹向著差距減小的方向運(yùn)動(dòng)，這個(gè)控制過(guò)程連續(xù)不斷進(jìn)行直到差距為零，捉到兔子。在這里，最關(guān)鍵的一點(diǎn)是鷹的大腦作出的決定始終使鷹的位置向減小差距的方向改變。控制論中把這類控制過(guò)程稱為負(fù)反饋調(diào)節(jié)。,負(fù)反饋調(diào)節(jié)的本質(zhì),負(fù)反饋調(diào)節(jié)的本質(zhì)在于設(shè)計(jì)了一個(gè)目標(biāo)差不斷減少的過(guò)程。 目標(biāo)差：目標(biāo)的位置與實(shí)際位置的差距。 調(diào)節(jié)與控制的區(qū)別在于控制的過(guò)程存在一個(gè)目標(biāo)差不斷減少的過(guò)程，稱為調(diào)節(jié)。,鷹抓兔子的控制框圖,負(fù)反饋的控制過(guò)程有兩個(gè)要素,系統(tǒng)一旦出現(xiàn)目標(biāo)差，便自動(dòng)出現(xiàn)某種減少目標(biāo)差的反應(yīng)。 減少目標(biāo)差的調(diào)節(jié)要一次一次地發(fā)揮作用，
6、使得對(duì)目標(biāo)的逼迫能積累起來(lái)。 蘇教版的投籃球（P110）與地質(zhì)版的走直線（P110）講的就是這個(gè)原理，如果我們能理解這點(diǎn)，在教學(xué)中處理教材可能會(huì)輕松一些。,,正反饋,在反饋的過(guò)程中，目標(biāo)差不斷增大這就是正反饋。 紅樓夢(mèng)中有一段中秋夜黛玉與史湘云在凹晶館賞月聯(lián)句 ： 寒塘渡鶴影，冷月葬詩(shī)魂,談到反饋時(shí)要區(qū)分正反饋與負(fù)反饋,在自動(dòng)控制系統(tǒng)中一般都采用負(fù)反饋。 正反饋并不是絕對(duì)不用，電子線路中運(yùn)用正反饋產(chǎn)生一定頻率的振蕩，核爆炸也是一種正反饋。 在自動(dòng)控制框圖中負(fù)反饋用負(fù)號(hào)表示，不寫(xiě)負(fù)號(hào)表示信號(hào)為正。,反饋過(guò)度,負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)如果出現(xiàn)反饋過(guò)度，都會(huì)從一個(gè)逐步逼近目標(biāo)的穩(wěn)定過(guò)程轉(zhuǎn)化為振蕩過(guò)程。 導(dǎo)彈打
7、飛機(jī)，飛機(jī)向左，導(dǎo)彈向左過(guò)度，飛機(jī)就在導(dǎo)彈的右側(cè)了，檢測(cè)到飛機(jī)在右側(cè)，導(dǎo)彈又向右，如此，反復(fù)不能擊中目標(biāo)，導(dǎo)彈的控制器接收到導(dǎo)彈與飛機(jī)的目標(biāo)差之后，做出了過(guò)頭的調(diào)節(jié)，從而形成振蕩。,在親子關(guān)系中的反饋過(guò)度,父母都是愛(ài)孩子的，希望孩子有出息，但在與孩子的互動(dòng)中，表現(xiàn)出過(guò)度的關(guān)愛(ài)，孩子反感，孩子也是愛(ài)父母的，在表達(dá)他們的反感時(shí)分不清自己真實(shí)的感受，情緒化的表達(dá)也是反饋過(guò)度，于是親子關(guān)系緊張。了解了這一反饋調(diào)節(jié)的控制方法，當(dāng)然會(huì)使我們周圍的人際關(guān)系更融洽。, 功能模擬方法,在第二次世界大戰(zhàn)中，根據(jù)實(shí)戰(zhàn)的需要，要求設(shè)計(jì)一種具有控制功能的高速計(jì)算機(jī)，控制高炮按照預(yù)測(cè)的位置發(fā)射炮彈，使炮彈與正好在空中的某
8、一點(diǎn)相遇。 美國(guó)數(shù)學(xué)家維納聯(lián)想起人與機(jī)器在控制自己的行為和動(dòng)作上存在相似性和共同之處，進(jìn)行了艱苦的努力和探索，突破了傳統(tǒng)思想的束縛，提示了機(jī)器中的通信和控制機(jī)能與人的神經(jīng)、感覺(jué)機(jī)能的共同規(guī)律，提出了功能模擬的方法，并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)立了控制論，為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究提供了嶄新的科學(xué)方法。 蘇教版P114, 功能模擬方法,工程師模擬老鷹抓兔子的辦法解決導(dǎo)彈準(zhǔn)確的打中飛機(jī)。工程師們給導(dǎo)彈安上眼睛紅外線裝置，配上大腦電子計(jì)算機(jī)，同時(shí)給它一付可以調(diào)節(jié)的翅膀姿態(tài)控制裝置，這樣導(dǎo)彈就可以向著不斷減少目標(biāo)差的方向運(yùn)動(dòng)，直到把飛機(jī)擊落。,訓(xùn)練飛行員的飛行模擬器, 黑箱方法,將要研究的系統(tǒng)作為黑箱，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)輸入與輸出
9、關(guān)系的研究，進(jìn)而推斷出系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能的方法，就是黑箱方法。 蘇教版P115,黑箱方法,黑箱方法（黑箱理論）是控制論的認(rèn)識(shí)論，控制論把人們認(rèn)識(shí)和改造的對(duì)象看作黑箱。將人與客體事物的關(guān)系歸結(jié)為主體和客體兩部分,黑箱方法（黑箱理論）是控制論的認(rèn)識(shí)論,二、人工控制、自動(dòng)控制與手動(dòng)控制,1、人工控制與自動(dòng)控制 2、開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制 3、概念的隸屬層次（圖） （澄清概念、有所區(qū)分）,二、人工控制、自動(dòng)控制與手動(dòng)控制,自動(dòng)控制的定義 所謂自動(dòng)控制，是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用控制裝置使被控制對(duì)象（如機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程）的某一物理量（或工作狀態(tài)）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行（或變化）。 自動(dòng)控
10、制原理南航、北航等校P1,自動(dòng)控制的定義,是指在無(wú)人直接參與的情況下，使事物的變化準(zhǔn)確地按照期望的方向進(jìn)行。 蘇教版P98 人們根據(jù)自己的目的，通過(guò)一定的手段，使事物沿著某一確定的方向發(fā)展，就形成了控制。 現(xiàn)代控制技術(shù)通常是指自動(dòng)控制技術(shù)。自動(dòng)控制系統(tǒng)能在無(wú)人直接參與的情形下運(yùn)行，并承擔(dān)人的某些職能。 地質(zhì)版P104,1、人工控制與自動(dòng)控制,控制：人們按照自己的意愿或目的，通過(guò)一定的手段，使事物向期望的目標(biāo)發(fā)展，這就是控制（control）。 蘇教版P97 控制的三個(gè)要素：對(duì)象、目的、手段,人工控制,人工控制：控制的過(guò)程是在人的直接干預(yù)和全程干預(yù)下進(jìn)行的。 蘇教版P98 對(duì)人工控制可以解釋為，
11、人利用簡(jiǎn)單的機(jī)械（工具），在控制的過(guò)程中參與整個(gè)過(guò)程。,從控制的對(duì)象、目的和手段上區(qū)分,人工控制,,自動(dòng)控制,從控制手段上討論人工控制與自動(dòng)控制,人工控制,（半） 自動(dòng)控制,案例分析討論 （蘇教版P98）,三種消暑方式：手搖扇、電風(fēng)扇、空調(diào) 三種消暑方式的演變表現(xiàn)了隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展控制手段從低級(jí)向高級(jí)發(fā)展的過(guò)程。 用電扇控制室內(nèi)溫度是并非手動(dòng)控制。 人在控制過(guò)程中，只是起了一個(gè)按電鈕、設(shè)置定時(shí)時(shí)間的作用，并沒(méi)有直接參與控制的過(guò)程，人是享受者。 電扇的定時(shí)、轉(zhuǎn)頭控制也是自動(dòng)控制的。,討論,蘇教版教師參考書(shū)P94對(duì)教材P98“馬上行動(dòng)”的舉例 ： 人工控制：人工紡紗，普通自來(lái)水龍頭，撳按鈕打開(kāi)電
12、燈，拖地清潔地板，駕駛汽車 自動(dòng)控制：數(shù)控機(jī)床，飲料自動(dòng)裝罐生產(chǎn)線，花房恒溫控制，十字路口紅綠燈（根據(jù)車流量大小改變紅綠燈時(shí)間）的轉(zhuǎn)換，遙控電視更換節(jié)目頻道，聯(lián)合收割機(jī)割麥子,手動(dòng)控制屬于自動(dòng)控制的范疇,2、開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制,開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制與復(fù)合控制的區(qū)分是在自動(dòng)控制技術(shù)的范疇劃分的 。 閉環(huán)控制是將控制論的反饋調(diào)節(jié)原理運(yùn)用到工程技術(shù)中，從控制系統(tǒng)的框圖上看信號(hào)的流通途徑形成一個(gè)封閉的環(huán)而命名，用這種框圖來(lái)描述信號(hào)的流通方式是在自動(dòng)控制技術(shù)范疇?wèi)?yīng)用的。,討論,有些開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)加上人的控制因素，這個(gè)系統(tǒng)就會(huì)變成閉環(huán)控制系統(tǒng)，如自行車速控制系統(tǒng)。 蘇教版教師參考書(shū)P100 人調(diào)節(jié)可調(diào)光臺(tái)燈
13、的旋鈕定義為“人工閉環(huán)控制”（這是自己造的詞） 蘇教版教師參考書(shū)P104,討論,我建議只對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)討論開(kāi)環(huán)與閉環(huán)控制問(wèn)題。在其他范圍我們可以討論存在不存在反饋調(diào)節(jié)。 自動(dòng)控制中閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)正是依據(jù)控制論中功能模擬方法模擬人的作用實(shí)現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)的。 上述的說(shuō)法把本來(lái)簡(jiǎn)單的事情搞復(fù)雜了。 在討論自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，我們要把人和設(shè)備（控制裝置）分開(kāi)。,討論,對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)，區(qū)別系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)控制還是閉環(huán)控制的關(guān)鍵就是：系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中是不是運(yùn)用了反饋調(diào)節(jié)的控制方式。 蘇教版P103所舉的三個(gè)例子中均不存在反饋調(diào)節(jié)的控制方式，因此是開(kāi)環(huán)的。 P105活動(dòng)猴的控制過(guò)程中有人參與，不屬于自控控制的范疇，但是用線
14、固定小猴四肢，雖然有人的參與但是人沒(méi)有反饋調(diào)節(jié)的余地，因此不存在反饋調(diào)節(jié)的過(guò)程。,控制概念的隸屬層次,控制論,負(fù)反饋調(diào)節(jié) 功能模擬 黑箱方法 ,,,工程控制論 生物控制論 經(jīng)濟(jì)控制論 社會(huì)控制論 ,,人工控制,自動(dòng)控制,,開(kāi)環(huán)控制,閉環(huán)控制,復(fù)合控制,,,,,,自動(dòng),手動(dòng),操作,,,理論,信息通道,操作,三、自動(dòng)控制的基本概念,1、系統(tǒng) 2、自動(dòng)控制的基本方式 開(kāi)環(huán)控制、閉環(huán)控制、復(fù)合控制 3、控制系統(tǒng)的功能方框圖 4、控制系統(tǒng)方框圖的繪制 5、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類,三、自動(dòng)控制的基本概念,1、系統(tǒng) 自動(dòng)控制系統(tǒng)中系統(tǒng)的定義是系統(tǒng)論中的“相對(duì)孤立系統(tǒng)”的概念，并非是包羅萬(wàn)象的系統(tǒng)。,相對(duì)孤立系統(tǒng)
15、,在我們研究問(wèn)題時(shí)，忽略那些影響概率足夠小的因素，把它看作系統(tǒng)所受的干擾和系統(tǒng)之外的。一個(gè)相對(duì)孤立系統(tǒng)盡可能是閉合的互為因果網(wǎng)絡(luò)，并且，根據(jù)我們的研究目的和系統(tǒng)變化的時(shí)間尺度抓住主要的互為因果變量，構(gòu)造出系統(tǒng)模型。,系統(tǒng)不是存在的實(shí)體，是人們的一種規(guī)定,自動(dòng)控制理論對(duì)系統(tǒng)的規(guī)定,自動(dòng)控制系統(tǒng)是指能夠?qū)Ρ豢刂茖?duì)象的工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)。它一般由控制裝置和被控制對(duì)象組成。 注意：這個(gè)系統(tǒng)中不包括人。,,被控對(duì)象：是指要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的機(jī)器、設(shè)備或 生產(chǎn)過(guò)程。 控制裝置：指對(duì)被控制對(duì)象起控制作用的設(shè)備總體。,,控制裝置,被控對(duì)象,自動(dòng)控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)的方框圖（方塊圖）,,環(huán)節(jié)或元部
16、件,,,輸入,輸出,信號(hào)線，箭頭表示信號(hào)傳遞的方向，指向 方框?yàn)檩斎?，離開(kāi)方框?yàn)檩敵?方框,2、自動(dòng)控制的基本方式,開(kāi)環(huán)控制：開(kāi)環(huán)控制是指控制裝置與被控對(duì)象之間只有順向作用而沒(méi)有反向聯(lián)系的控制過(guò)程。 洗衣機(jī)、微波爐、產(chǎn)品生產(chǎn)流水線、交通指揮的紅綠燈轉(zhuǎn)換（非智能）一般都是開(kāi)環(huán)控制。,案例分析：仿型銑床的控制,控制功能框圖：X軸(Y軸與X軸相同),加工指令（輸入）,控制器,放大器,X軸電動(dòng)機(jī),滑板,,,,,跟蹤頭,,X方向位移（輸出）,開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),,控制器、執(zhí)行器、被控對(duì)象,加工指令（輸入）,X方向位移（輸出）,被控對(duì)象：滑板（不是被加工的零件）,執(zhí)行器：放大器、電動(dòng)機(jī),控制器：計(jì)算機(jī)系統(tǒng),,控
17、制裝置,,被控對(duì)象,控制器,放大器,X軸電動(dòng)機(jī),,,,跟蹤頭,,滑板,,閉環(huán)控制,閉環(huán)控制：指控制裝置與被控對(duì)象之間既有順向作用，又有反向聯(lián)系的控制過(guò)程。 即系統(tǒng)的輸出反向?qū)斎氘a(chǎn)生影響，所以，閉環(huán)控制系統(tǒng)具有對(duì)輸出量的檢測(cè)環(huán)節(jié)。 閉環(huán)控制就是負(fù)反饋控制原理在工程上的應(yīng)用。,案例分析：某大門的自動(dòng)控制,,開(kāi)門或關(guān)門的指令,大門的位移,,控制裝置,,被控對(duì)象,,環(huán)境摩擦力,開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制的比較,一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、工作穩(wěn)定。但由于開(kāi)環(huán)控制不能自動(dòng)修正被控制量的偏離，當(dāng)系統(tǒng)的元件參數(shù)變化以及外來(lái)的未知擾動(dòng)時(shí)，對(duì)控制精度影響較大。 閉環(huán)控制具有自動(dòng)修正被控制量出現(xiàn)偏離的能力，控
18、制精度較高，但由于存在反饋，也就存在振蕩的可能性（反饋過(guò)度）,復(fù)合控制 （按干擾補(bǔ)償）,將開(kāi)環(huán)控制與閉環(huán)控制方式適當(dāng)結(jié)合起來(lái)可以組成復(fù)合控制系統(tǒng)。 以地質(zhì)版人體溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例，說(shuō)明一種復(fù)合控制的方式。（因?yàn)楣こ躺系睦颖容^復(fù)雜）,復(fù)合控制（按輸入補(bǔ)償）,開(kāi)門或關(guān)門的指令,大門的位移,3、控制系統(tǒng)的功能方框圖,一般不用把給定裝置表示出來(lái),,以大門控制系統(tǒng)為例,,環(huán)境摩擦力,,,,,,放大器,電動(dòng)機(jī),絞盤(pán),大門,電橋,,,,,,,開(kāi)門或關(guān)門的指令,大門的位移,3、控制系統(tǒng)的功能方框圖,,控制器,,執(zhí)行器,,被控對(duì)象,,檢測(cè)裝置,,環(huán)境摩擦力,歸納：閉環(huán)控制系統(tǒng)的功能框圖,4、控制系統(tǒng)方框圖的繪制
19、（蘇教參P110）,方框圖的基本要素 信號(hào)線：帶有箭頭的直線，箭頭表示信號(hào)傳遞的方向，信號(hào)線上一般標(biāo)注信號(hào)的名稱，用正、負(fù)號(hào)表示信號(hào)的正負(fù)，正號(hào)一般省略不標(biāo)。 信號(hào)一般指物理量（位移、速度、電流、電壓、溫度、壓力等）或指令。 信號(hào)的傳遞具有單向特性，只能按箭頭方向通過(guò)。,4、控制系統(tǒng)方框圖的繪制（蘇教參P110）, 比較點(diǎn)：也叫綜合點(diǎn)，表示對(duì)信號(hào)進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算。可以有兩個(gè)以上指向比較點(diǎn)的信號(hào)，只能有一個(gè)離開(kāi)比較點(diǎn)的信號(hào)（運(yùn)算的結(jié)果只能是唯一的）。,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，可以有多個(gè)比較點(diǎn),方框圖的基本要素, 引出點(diǎn)：表示信號(hào)的引出。引出的信號(hào)在數(shù)值和性質(zhì)上與原信號(hào)完全相同，同一個(gè)信號(hào)可以多次引出。
20、 方框：方框表示系統(tǒng)的環(huán)節(jié)或元部件。指向方框的箭頭表示輸入信號(hào)，離開(kāi)方框的箭頭表示輸出信號(hào)。,系統(tǒng)中的重要信號(hào), 給定量（參考輸入，輸入量，輸入信號(hào)，給定值）：指作用于自控系統(tǒng)輸入端并作為控制依據(jù)的物理量或指令。自動(dòng)控制系統(tǒng)的任務(wù)就是以預(yù)定的精度確保被控量等于給定值。 被控量（自控系統(tǒng)的輸出量）：被控對(duì)象中要求保持給定數(shù)值或按給定規(guī)律變化的物理量。如：水位、位移、溫度、轉(zhuǎn)速等。,系統(tǒng)中的重要信號(hào), 干擾量（擾動(dòng)，干擾）：除給定值外，凡能引起被控量變化的外界變量或因素都是干擾量。 控制量也能引起被控量變化，在沒(méi)有確定控制方案前也是擾動(dòng)，當(dāng)確定了控制方案后，其屬于系統(tǒng)內(nèi)部因素，不是擾動(dòng)。,系統(tǒng)中的
21、重要信號(hào), 偏差量：給定量與反饋量的差。 注意偏差與誤差的區(qū)別。 誤差，表示系統(tǒng)的控制精度（準(zhǔn)確度）。 控制系統(tǒng)將給定量與反饋量的偏差值，輸入給控制器作為調(diào)節(jié)的指令，使控制系統(tǒng)向減少偏差的方向調(diào)節(jié)。 負(fù)反饋系統(tǒng)或閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制機(jī)制從本質(zhì)上說(shuō)就是按偏差調(diào)節(jié)。,系統(tǒng)中的重要信號(hào), 控制量：能夠直接引起被控量向減少偏差的方向改變的物理量。直觀上看是執(zhí)行器的輸出。 反饋量：將被控量測(cè)量后送回到輸入端進(jìn)行計(jì)算比較的物理量。 往往，反饋量與被控量并不是同一類型的物理量。比如：大門控制系統(tǒng)，測(cè)量的是位移，反饋給輸入端的是電壓。,閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成, 被控對(duì)象：自動(dòng)控制系統(tǒng)需要進(jìn)行控制的機(jī)器、設(shè)備
22、或生產(chǎn)過(guò)程。（是系統(tǒng)的主體） 檢測(cè)裝置（反饋元件）：其功能是對(duì)輸出量進(jìn)行測(cè)量并反饋到輸入端提供給比較環(huán)節(jié)與輸入信號(hào)進(jìn)行比較。 比較環(huán)節(jié)：對(duì)系統(tǒng)的輸出量與反饋量進(jìn)行比較計(jì)算，得出偏差信號(hào)。,閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成, 放大元件：進(jìn)行信號(hào)的幅值或功率的放大。 執(zhí)行元件：根據(jù)放大后的偏差信號(hào)對(duì)被控對(duì)象執(zhí)行控制任務(wù)，實(shí)現(xiàn)被控量達(dá)到希望值。 注意： 元件的功能和名稱不是絕對(duì)的，一些裝置可能具有多種功能，一些功能可能由多個(gè)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這時(shí)可按其主要的作用來(lái)命名。 系統(tǒng)的框圖不是唯一的。,,閉環(huán)控制系統(tǒng)的功能框圖,,,控制器,,執(zhí)行器,,被控對(duì)象,,檢測(cè)裝置,,,,,,給定量,偏差量,反饋量,控制量,被控
23、量,,,,,比較點(diǎn),引出點(diǎn),,干擾量,返回,開(kāi)門或關(guān)門的指令,大門的位移,,控制裝置,,被控對(duì)象,返回,,環(huán)境摩擦力,5、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類,按照描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不同，可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)或定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)； 按照系統(tǒng)傳送信號(hào)的性質(zhì)，可分為連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)和離散時(shí)間系統(tǒng)； 按照系統(tǒng)元件類型，可分為機(jī)電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等； 按照系統(tǒng)的功用分類，則有溫度控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)等； 按照系統(tǒng)輸入信號(hào)的變化規(guī)律不同，則有隨動(dòng)系統(tǒng)和恒值系統(tǒng)之分。,討論：地質(zhì)版P120表43,四、控制系統(tǒng)功能方框圖繪制練習(xí),案例一：抽水馬桶的控制系統(tǒng)(蘇教版P120）,被控對(duì)象：抽水馬桶的水箱 被
24、控量：水箱水位 給定量：由杠桿浮球共同設(shè)定的希望水位 計(jì)算比較由杠桿、浮球來(lái)完成（被控量是否達(dá)到希望水位） 控制量：直接引起水箱水位向減少偏差的方向改變的量是進(jìn)水流量（注意進(jìn)水流量與進(jìn)水量的區(qū)別） 控制器：主要完成計(jì)算比較的杠桿 測(cè)量裝置（反饋元件）：主要是完成測(cè)量任務(wù)的浮子。 執(zhí)行元件：進(jìn)水閥門。執(zhí)行計(jì)算比較之后的任務(wù)。 干擾量：水箱的出水流量。,分析清楚系統(tǒng)中各元件的功能和重要的物理量，系統(tǒng)的控制框圖就完成了,案例二：飛機(jī)俯仰姿態(tài)的控制（地質(zhì)版P116）,被控對(duì)象是飛機(jī) 被控量是飛機(jī)的實(shí)際俯仰角 給定值是希望的俯仰角，通過(guò)給定電位器來(lái)設(shè)定的給定電位 控制器是放大器 執(zhí)行器是舵機(jī)、舵面 反饋
25、元件是垂直陀螺儀和反饋電位器。 控制量是舵機(jī)使舵面偏轉(zhuǎn)的角度，這個(gè)量直接使飛機(jī)改變俯仰角。,方框圖：,練習(xí)電冰箱制冷控制系統(tǒng),冰箱的溫度控制盒通過(guò)雙金屬感溫元件，測(cè)量箱內(nèi)的溫度，并與要求的溫度進(jìn)行比較，當(dāng)箱內(nèi)溫度過(guò)高時(shí)，接通繼電器，給壓縮機(jī)供電，壓縮機(jī)使氟里昂在蒸發(fā)器與冷卻器之間循環(huán)達(dá)到制冷的目的。,該系統(tǒng)中 是被控對(duì)象， 是被控量， 是執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 起到測(cè)量、比較、變換的作用。 是給定裝置， 是干擾信號(hào)。試畫(huà)出系統(tǒng)功能方框圖，并指出基本控制方式。,電冰箱的控制方框圖,討論：,被控對(duì)象： 高壓鍋（鍋體） 被控量： 鍋內(nèi)的壓力（溫度是通過(guò)壓力間接控制的） 給定值： 由安全閥上的重錘的重量來(lái)設(shè)定對(duì)應(yīng)著一個(gè)確定的 安全壓力。（一定的壓力也對(duì)應(yīng)著一定的溫度。） 計(jì)算比較： 通過(guò)作用在重錘上的重力與鍋內(nèi)壓力實(shí)現(xiàn)比較 執(zhí)行元件： 放氣孔和安全閥 測(cè)量元件： 反饋通過(guò)安全閥上的重錘隨時(shí)測(cè)量著鍋內(nèi)的壓力,討論：,建立信心，熟能生巧,以上內(nèi)容只是一家之言，僅供參考，很愿意與各位老師一同探討。 感謝各位老師耐心的聆聽(tīng) 感謝基教研所孟老師、吳老師的支持 感謝聯(lián)大生化學(xué)院蔡老師的幫助,
通用技術(shù)專題 第四單元 控制與設(shè)計(jì).ppt
