通用技术控制与设计.ppt

第四章、控制与设计一、了解控制 “勇气”号火星登陆车 实际上，如果我们希望某一事物按照自己的意愿发展，就要对其进行干预，这种根据自己的目的，通过一定的方法使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制开环控制和闭环控制开环控制和闭环控制 能将控制的结果（即比较量）反馈回来与希望能将控制的结果（即比较量）反馈回来与希望值（即基准值）进行比较，并根据他们的误差及时值（即基准值）进行比较，并根据他们的误差及时调整控制作用的系统，称为调整控制作用的系统，称为闭环控制系统闭环控制系统而不将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统，称为控制的结果反馈回来影响控制作用的系统，称为开开环控制系统环控制系统系统中将控制结果反馈回来的部分，系统中将控制结果反馈回来的部分，称为称为反馈环节反馈环节闭环控制系统都有反馈环节，所以闭环控制系统都有反馈环节，所以有时又称闭环控制系统为有时又称闭环控制系统为反馈控制系统反馈控制系统反馈环节反馈环节是闭环控制系统的重要特征是闭环控制系统的重要特征手动控制和自动控制手动控制和自动控制 控制系统必须在人的干预下才能完成控制系统必须在人的干预下才能完成控制任务。

这种控制系统，我们称之为控制任务这种控制系统，我们称之为手动控制系统手动控制系统而在控制的过程中如果而在控制的过程中如果不需要人的干预，就可按期望或预定程不需要人的干预，就可按期望或预定程序进行的控制系统称为序进行的控制系统称为自动控制系统自动控制系统第二节第二节 一、控制系统的组成控制系统的组成和描述控制系统的组成和描述案例案例1、投掷飞镖、投掷飞镖大脑大脑肢体肢体飞镖飞镖期望值期望值落点落点命令发出者命令执行者命令的作用对象大脑大脑肢体肢体飞镖飞镖 投掷飞镖的控制过程包括了下投掷飞镖的控制过程包括了下面几个组成部分：面几个组成部分：案例案例2 2、骑自行车的控制过程、骑自行车的控制过程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命令发出者：命令执行者：命令的作用对象：自行车大脑肢体想一想想一想 ：： 联系前面所学的控制系统的相联系前面所学的控制系统的相关知识，两个例子有什么异同？关知识，两个例子有什么异同？大脑大脑肢体肢体飞镖飞镖期望值落点图1： 投掷飞镖的控制过程大脑大脑肢体肢体自行车自行车期望值行驶方向 眼睛眼睛图2： 骑自行车的控制过程反馈环节反馈环节输入输入输出输出构成闭合回路：构成闭合回路：反馈环节反馈环节小练习小练习1 1、如果将我们的身体看成是一个控、如果将我们的身体看成是一个控制系统，在你从书架上拿出一本你制系统，在你从书架上拿出一本你想要的书的过程中，身体各部分分想要的书的过程中，身体各部分分别完成什么功能？别完成什么功能？命令发出者是：命令执行者是：命令的作用对象是：反馈环节是：大脑手书本眼睛女红的基本功女红的基本功 ““穿针引线穿针引线”！！命令发出者是：命令执行者是：命令的作用对象是：反馈环节是：大脑手针、线眼睛“穿针引线穿针引线”过程中过程中2、电冰箱工作原理预置温度预置温度微型电脑微型电脑继电器继电器压缩机压缩机温度传感器温度传感器比较器比较器冷藏室冷藏室结果结果指令指令控制控制制冷制冷命令发出者是：命令执行者是：命令的作用对象是：反馈环节是：微型电脑继电器、压缩机冷藏室温度传感器概念化：概念化：给定量期望值命令发出者命令执行者命令的作用对象反馈环节控制目的对控制对象所产生作用控制器执行器被控对象反馈环节被控量控制量描述性语言描述性语言概念概念大脑大脑肢体肢体飞镖飞镖期望值期望值落点落点给定量控制器执行器 被控对象被控量试一试：试一试： 说出说出骑自行车控制过程的骑自行车控制过程的给定量、控制给定量、控制器、执行器、被控对象、反馈环节、被控量、器、执行器、被控对象、反馈环节、被控量、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方向行驶方向眼睛眼睛系统名称系统名称 控制器控制量执行器被控对象被控量给定量反馈环节杠杆比较进水阀门浮球水箱进水管抽水马桶中的水位控制抽水马桶中的水位控制杠杆比较进水量进水阀门水箱水位 给定水位浮球系统名称系统名称控制器控制量执行器被控对象被控量给定量反馈环节路灯黑夜/白天自动开关控制亮度检测器无路灯开关装置路灯 路灯开/关设定亮度无控制系统控制系统的的框图表示框图表示1、控制系统的组成组成：控制器、执行器、被控 对象、反馈环节相关量：给定量、控制量、被 控量框图框图表示表示控制器控制器执行器执行器被控被控对象对象给定值给定值给定值给定值被控量被控量被控量被控量控制量控制量控制量控制量1、开环2、闭环反馈环节反馈环节控制器控制器执行器执行器被控被控对象对象给定值给定值给定值给定值被控量被控量被控量被控量控制量控制量控制量控制量比较器比较器比较器比较器框图框图表示表示小练习： 用方框图将下面的几个控制系统表示出来热电偶热电偶控制器控制器加热器加热器加热炉加热炉设定温度设定温度设定温度设定温度比较器比较器比较器比较器1 1、加、加热炉的热炉的温自动温自动控制系控制系统统热量热量热量热量温度温度温度温度 眼睛眼睛大脑大脑手、手、阀门阀门容器容器给定值给定值给定值给定值比较器比较器比较器比较器2 2、人工调、人工调节液面节液面液体输液体输液体输液体输出量出量出量出量液面液面液面液面位置位置位置位置第三节 简单控制系统的设计一、明确设计目的控制的对象是什么控制的对象是什么系统要达到的控制效果系统要达到的控制效果定时翻转的广告牌二、确定设计方案工作的基本原理工作的基本原理开环？开环？ 闭环？闭环？手动？手动？ 自动？自动？方案1 将需要展示的画面（广告）连在一起，然后卷在两根轴上，当同时转动两根转轴时，画面就可以依次显示。

手动控制手动控制 自动控制自动控制实例：自动换画灯箱 内部结构包括照明、机械传动、微电脑控制系统机械传动系统为微电脑控制驱动下的高性能电机，驱动上下（或左右）卷画轴旋转，从而使卷绕在卷画轴上的画面有规律的往复运动；方案2 三棱柱的每一面对应一幅画的一部分，当所有三棱柱同时转动时，可将三幅图像顺序显示出来 这类广告牌拥有三个版面，是由电脑控制，在固定的时间旋转　　广告商只要在广告牌上打广告，就可以看到三个不同的画面出现在同一个广告牌上实例：三面翻转广告确定设计方案： 选择方案1中的自动控制系统三、选择实现方法需要解决的问题解决方法1、电动机转速快，需减速设计减速装置使用定时控制器、继电器2、准确控制电动机转动、停止的时间，使电动机停止期间，画面显示完整减速装置控制系统的设计框图定时定时控制器控制器继电器继电器电动机电动机减速器减速器广告广告牌牌给定值给定值转动转动/停止停止转速转速四、完成设计1.找材料； 2.加工处理；3.组装五、评估1.是否到达预期效果；2.其他人的评价；3.如何改进小结简单控制系统的设计过程：简单控制系统的设计过程：一、明确设计目的二、确定设计方案三、选择实现方法四、完成设计五、评估控制中的干扰一、复习与回顾一、复习与回顾vv控制分类控制分类vv控制系统的组成控制系统的组成开环控制和闭环控制开环控制和闭环控制手动控制和自动控制手动控制和自动控制控制器控制器 执行器执行器 被控对象被控对象 反馈反馈小游戏1 1、在正常条件下降落。

在正常条件下降落2 2、在有侧风的条件下降落：、在有侧风的条件下降落：问题：如果按正常条件下的降落方式问题：如果按正常条件下的降落方式 还能正中目标吗？为什么？还能正中目标吗？为什么？ 干扰的涵义： 对控制系统的行为造成影响的有害的信号及扰动，即除给定量外，引起被控量量值变化的各种因素控制器执行器被控对象给定值给定值给定值给定值被控量被控量被控量被控量干扰干扰干扰干扰反馈环节控制器执行器被控对象给定值给定值给定值给定值被控量被控量被控量被控量干扰干扰干扰干扰比较器二、干扰对控制功能的影响二、干扰对控制功能的影响1、现实生活中的例子：、现实生活中的例子：外界光线对投影效果的干扰对汽车驾驶的干扰2、思考与分析、思考与分析 （（1 1）在出现干扰的情况下，开环控制系统）在出现干扰的情况下，开环控制系统和闭环控制系统哪种受干扰的影响小？为什么和闭环控制系统哪种受干扰的影响小？为什么？？ 闭环控制系统受影响较小，因为闭环控制闭环控制系统受影响较小，因为闭环控制系统能不断修正控制效果系统能不断修正控制效果 （（2 2）举出一些由于干扰而使控制系统受到）举出一些由于干扰而使控制系统受到影响的例子。

影响的例子雨天交通雨天交通 病毒攻击病毒攻击 干扰飞机干扰飞机2 2、思考与分析、思考与分析三、克服干扰的基本方法三、克服干扰的基本方法1 1、消除干扰、消除干扰2 2、减弱干扰、减弱干扰3 3、提高控制系统功能、提高控制系统功能 想一想：想一想： 如何消除侧风对羽毛球下落的如何消除侧风对羽毛球下落的 干扰？干扰？克服的基本方法：克服的基本方法：讨论讨论 分析下列控制中的干扰，讨论如何克服分析下列控制中的干扰，讨论如何克服该控制系统中的干扰：该控制系统中的干扰：轮船行使；轮船行使；汽车驾驶；汽车驾驶；汽车驾驶1、控制系统的克服措施：、控制系统的克服措施： 刹车、转向、鸣喇叭；刹车、转向、鸣喇叭；2、针对干扰源的措施：、针对干扰源的措施： 加强国民交通意识；加强国民交通意识；……3、管理措施：、管理措施： 交通部门设立道路隔离带、交通法加交通部门设立道路隔离带、交通法加 重对违章的处罚；重对违章的处罚；轮船行使1、环境因素：、环境因素： 选择风平浪静的天气；选择风平浪静的天气；2、轮船本身设计：、轮船本身设计： 改变轮船的长改变轮船的长宽比、宽比、 增加减摇增加减摇鳍、鳍、 船艏设计；船艏设计；……综合分析： 闭环控制系统比开环控制系统具有闭环控制系统比开环控制系统具有更好的抗干扰能力，那么是否都应该用更好的抗干扰能力，那么是否都应该用闭环控制代替开环控制？闭环控制代替开环控制？ 是否采用闭环控制主要看对控制系是否采用闭环控制主要看对控制系统的要求（如成本、控制要求）。

统的要求（如成本、控制要求） 例子：空调和风扇的使用选择例子：空调和风扇的使用选择小结1 1、干扰的概念、干扰的概念2 2、克服干扰的基本方法、克服干扰的基本方法。