控制系統(tǒng)的基本組成與工作過程

第四章控制與設(shè)計(jì)第二節(jié)控制系統(tǒng)的基本組成與工作過程什么是控制？

人們根據(jù)自己的目的，通過一定的手段，使事物沿著某一確定的方向發(fā)展，就形成了控制?；仡欀R(shí)手段：控制技術(shù)控制必備的三個(gè)條件：1、控制要達(dá)到什么目的；2、控制的對(duì)象是什么；3、采取什么控制手段。目的——對(duì)象——手段

控制三要素按照控制方式分類：1、人工控制：由人本身通過判斷和操作進(jìn)行控制稱為人工控制。如：手按遙控器、人開燈和關(guān)燈等2、自動(dòng)控制：指不需要人工操作，使機(jī)器、設(shè)備自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律工作稱為自動(dòng)控制。如：聲控電燈、全自動(dòng)洗衣機(jī)、無人駕駛飛機(jī)等按照?qǐng)?zhí)行部件的不同，控制分為：機(jī)械控制、氣動(dòng)控制、液壓控制、電子控制等.對(duì)于自動(dòng)控制按控制方式分為：開環(huán)控制、閉環(huán)控制和復(fù)合控制?？刂葡到y(tǒng)的基本組成簡單的控制系統(tǒng)由兩部分組成：1、被控對(duì)象2、控制裝置（包括：傳感器、控制器、執(zhí)行器等）傳感器

傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。典型控制系統(tǒng)案例分析1、自動(dòng)門【案例分析】自動(dòng)門的控制系統(tǒng)：

系統(tǒng)組成：傳感器、控制器、執(zhí)行器（電動(dòng)機(jī)）、被控對(duì)象（門）。

工作過程：

當(dāng)有人到達(dá)門前某一距離時(shí)，傳感器感知，發(fā)出“有人”的信號(hào)，控制器接到傳感器傳來的信號(hào)后，經(jīng)變換放大后傳給執(zhí)行器（電動(dòng)機(jī)），電動(dòng)機(jī)根據(jù)傳來的開門信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)，門（被控對(duì)象）被打開，控制器保持開門信號(hào)延時(shí)設(shè)定的時(shí)間后，自動(dòng)發(fā)出關(guān)門信號(hào)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，門重新關(guān)閉。與人類比，傳感器相當(dāng)于眼睛，判斷有沒有人要通過；控制器相當(dāng)于人腦，根據(jù)眼睛傳來的信號(hào)下達(dá)指令；執(zhí)行器相當(dāng)于人手，把門打開。

自動(dòng)門的動(dòng)作過程當(dāng)門口沒有人時(shí)，門是關(guān)著的；當(dāng)有人來到門口時(shí)，門自動(dòng)打開；當(dāng)人離開門口后一段時(shí)間，門又自動(dòng)關(guān)閉。提問：當(dāng)人站在門口不動(dòng)，大門會(huì)怎樣？門的開啟人工控制框圖大腦手眼睛輸入門輸出被控對(duì)象控制裝置自動(dòng)門的控制過程輸入紅外裝置檢測(cè)到人體熱輻射發(fā)出的信號(hào)控制電路電機(jī)門門的開啟或關(guān)閉傳感器控制器執(zhí)行器被控對(duì)象輸出控制裝置被控對(duì)象人工控制與自動(dòng)控制的區(qū)別輸入：開/關(guān)眼睛傳感器控制器電機(jī)大腦手門門人工控制自動(dòng)控制傳感器控制器執(zhí)行器門門被控對(duì)象2、水箱水位控制以抽水馬桶水箱為例典型控制系統(tǒng)案例分析水箱水位控制——自動(dòng)控制水箱水位控制——人工控制系統(tǒng)組成：水箱（包括水箱內(nèi)的水）、進(jìn)水閥門、人工作過程：當(dāng)水面低于設(shè)定水位時(shí)，人打開閥門放水入水箱，人眼監(jiān)視水面高度；當(dāng)水面達(dá)到設(shè)定的水位時(shí)，人關(guān)閉閥門。人工控制水箱水位框圖給定水位輸入大腦判斷手閥門水箱輸出實(shí)際水位眼睛反饋———比較環(huán)節(jié)水箱水位控制——自動(dòng)控制系統(tǒng)組成：水箱（包括水箱里的水）、閥門、連桿機(jī)構(gòu)、浮子（俗稱水漂）工作過程：1、當(dāng)水面低于設(shè)定水位時(shí)，浮子下落，閥門打開，進(jìn)水；2、浮子監(jiān)測(cè)水面高度，并隨著水面升高而浮生；3、當(dāng)水面達(dá)到設(shè)定的水位時(shí)，浮子傳感，通過連桿機(jī)構(gòu)，將閥門關(guān)閉。自動(dòng)控制水箱水位框圖（給定水位）輸入水位差連桿機(jī)構(gòu)水箱輸出（實(shí)際水位）浮子反饋—閥門（開度）水位差——信號(hào)實(shí)際水位——即輸出量閥門開度——控制量反饋：將輸出信息反傳給比較環(huán)節(jié)的做法，稱之為反饋。負(fù)反饋：反饋信息與原信息起相反的作用，使總輸入量減小。目標(biāo)偏離減小。（—）正反饋：反饋信息與原信息起相同的作用，使總輸入量增大。目標(biāo)偏離增加。兩種控制方式對(duì)比環(huán)節(jié)方式傳感器控制器執(zhí)行器被控對(duì)象人工控制人眼人腦與手閥門水箱自動(dòng)控制浮子連桿機(jī)構(gòu)閥門水箱兩種自動(dòng)控制的比較傳感器輸入有人否控制器電動(dòng)機(jī)（執(zhí)行器）門（被控對(duì)象）輸出開/關(guān)（給定水位）輸入水位差連桿機(jī)構(gòu)水箱輸出（實(shí)際水位）浮子反饋—閥門（開度）開環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)：開環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（１）控制系統(tǒng)的輸出量不對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響；（２）系統(tǒng)的輸出量直接受輸入量的控制；（３）信號(hào)（或信息）的傳遞是單向的，總是從輸入端單向傳至輸出端；（4）無反饋環(huán)節(jié)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）信息路徑兩條：一條自輸入端傳至輸出端，另一條是輸出端信息經(jīng)反饋環(huán)節(jié)返回到輸入端的比較環(huán)節(jié)，形成一個(gè)閉合的環(huán)路；（2）有檢測(cè)裝置。有反饋，反饋影響控制。能將控制的結(jié)果反饋回來與希望值進(jìn)行比較，并根據(jù)誤差及時(shí)調(diào)整控制作用A.拔動(dòng)教室電燈開關(guān)，燈的亮與不亮與手動(dòng)有關(guān)。B.聲光感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)有聲音時(shí)燈亮。C.紅外感應(yīng)出水龍頭，手靠近水龍頭出水，離開則不出水。D.賓館自動(dòng)門，當(dāng)有人進(jìn)入，門自動(dòng)打開。E.當(dāng)手靠近自動(dòng)烘手機(jī)時(shí)，機(jī)器啟動(dòng)；當(dāng)手離開時(shí)，機(jī)器關(guān)閉。日常生活中的控制：歸納、抽象以上活動(dòng)的特征:

一個(gè)輸入信號(hào)（如手拔開關(guān)）對(duì)應(yīng)著一個(gè)輸出信號(hào)（如燈亮或不亮）。

控制系統(tǒng)的輸入輸出之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。一般的控制過程都有