A拔動教室電燈開關(guān)

1、A.拔動教室電燈開關(guān)，燈的亮與不亮與手動有拔動教室電燈開關(guān)，燈的亮與不亮與手動有關(guān)。關(guān)。B.聲光感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)有聲音時燈亮。聲光感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)有聲音時燈亮。C.紅外感應(yīng)出水龍頭，手靠近水龍頭出水，離紅外感應(yīng)出水龍頭，手靠近水龍頭出水，離開則不出水。開則不出水。D.賓館自動門，當(dāng)有人進(jìn)入，門自動打開。賓館自動門，當(dāng)有人進(jìn)入，門自動打開。E.當(dāng)手靠近自動烘手機(jī)時，機(jī)器啟動；當(dāng)手離當(dāng)手靠近自動烘手機(jī)時，機(jī)器啟動；當(dāng)手離開時，機(jī)器關(guān)閉。開時，機(jī)器關(guān)閉。日常生活中的控制：日常生活中的控制：歸納、抽象以上活動的特征 : 一個輸入信號（如手拔開關(guān)）對應(yīng)著一個輸入信號（如手拔開關(guān)）對應(yīng)著一個輸出信號（如燈亮或不亮

2、）。一個輸出信號（如燈亮或不亮）。 這些控制是怎樣實(shí)現(xiàn)這個功能的呢？或者說，它們工作過程是怎樣的呢？ 第四單元第四單元 控制與設(shè)計(jì)控制與設(shè)計(jì)第二節(jié)第二節(jié) 控制系統(tǒng)的工作過程與方式控制系統(tǒng)的工作過程與方式長安一中長安一中 蔣建波蔣建波 1、什么是控制系統(tǒng)：、什么是控制系統(tǒng)：一、控制系統(tǒng)一、控制系統(tǒng)控制的對象是什么?控制要達(dá)到什么目的?采取什么控制手段?然后，控制的實(shí)現(xiàn)又是通過哪些具體的環(huán)節(jié)呢?要想進(jìn)一步了解控制，我們首先需要分析【案例分析】【案例分析】 電燈自行車電風(fēng)扇電燈的開關(guān)速度的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)速度換檔改變踩動腳蹬的力氣撥動開關(guān)腳蹬、曲柄、鏈輪中軸、鏈條、飛輪腳踩的力（輸入）自行車行駛的速度（輸出

3、）自行車的動力控制系統(tǒng)電機(jī)扇葉電風(fēng)扇風(fēng)速的檔位（輸入）風(fēng)速（輸出）電風(fēng)扇的風(fēng)力控制系統(tǒng)控制電路燈泡開關(guān)的接通/斷開（輸入）燈泡的亮/滅（輸出）電燈的控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)的輸入輸出之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。一般的控制過程都有一個輸入和一個輸出。 任何一種控制的實(shí)現(xiàn)，都要通過若干個環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)構(gòu)成一個系統(tǒng)，我們稱之為控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)?！抉R上行動】（課文p102）指出表中所列事例是否屬于控制系統(tǒng)，如果是控制系統(tǒng)，請指出系統(tǒng)的輸入、輸出分別是什么？是是是是是是做飯指令做飯指令（電信號）（電信號）啟動指令啟動指令（電信號）（電信號）人手的紅人手的紅外信號外信號鍋內(nèi)的溫度鍋內(nèi)的溫度脫粒的量脫粒的量出水和出水

4、和不出水不出水 控制系統(tǒng)一般分為開環(huán)控制系統(tǒng)（open loop control system）和閉環(huán)控制系統(tǒng)（closed loop control system）。2、開環(huán)控制：、開環(huán)控制：【閱讀課本】普通游泳池注水控制系統(tǒng)控制過程 游泳池注水控制系統(tǒng)中，如果進(jìn)水管單位時間的水流量一定，那么游泳池水位的高低與進(jìn)水的時間一一對應(yīng)。我們可以利用定時器來控制進(jìn)水閥門的開啟與關(guān)閉。定時器注水的時間（輸入）游泳池的水位（輸出）進(jìn)水閥門游泳池游泳池的注水控制系統(tǒng)水流量 為了分析控制系統(tǒng)的方便，我們可以使用方框來表示為了分析控制系統(tǒng)的方便，我們可以使用方框來表示系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，用單向箭頭（單向信號線）來表示

5、系統(tǒng)信系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，用單向箭頭（單向信號線）來表示系統(tǒng)信號傳遞的方向。這樣畫出的控制系統(tǒng)的方框圖可以表示號傳遞的方向。這樣畫出的控制系統(tǒng)的方框圖可以表示系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中的位置、功能和相互之間的關(guān)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中的位置、功能和相互之間的關(guān)系。系。【案例分析】自動門的控制系統(tǒng)：【案例分析】自動門的控制系統(tǒng)： 自動門系統(tǒng)由四個子系統(tǒng)組成：傳感器、控制器、自動門系統(tǒng)由四個子系統(tǒng)組成：傳感器、控制器、執(zhí)行器（電動機(jī)）、被控對象（門）。執(zhí)行器（電動機(jī)）、被控對象（門）。 當(dāng)有人到達(dá)門前某一距離時，傳感器感知，發(fā)出“有人”的信號，控制器接到傳感器傳來的信號后，經(jīng)變換放大后傳給執(zhí)行器（電動機(jī)），電動

6、機(jī)根據(jù)傳來的開門信號轉(zhuǎn)動，門（被控對象）被打開，控制器保持開門信號延時設(shè)定的時間后，自動發(fā)出關(guān)門信號，電動機(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)眼睛傳來的信號下達(dá)指令；執(zhí)行器相當(dāng)于人手，把門打開。 自動門的工作原理可以用下面的方框圖來描述：自動門的工作原理可以用下面的方框圖來描述：自動門自動門電機(jī)電機(jī)控制電路控制電路檢測到是檢測到是否有人的否有人的信號信號（輸入）（輸入） 門開門開 或關(guān)或關(guān) （輸出）（輸出）轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動 在上面的例子中，信息總是自輸入端單向傳至輸出端，不存在信息逆向流動，象這樣的控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響的控制系

7、統(tǒng)成為開環(huán)控制系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響，這種控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖：開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖：輸入量：控制系統(tǒng)的給定量。控制器：對輸入信號進(jìn)行處理并發(fā)出控制命令的裝置或元件。執(zhí)行器：直接對被控對象進(jìn)行控制的裝置或元件?？刂屏浚簣?zhí)行器的輸出信號。被控對象：控制系統(tǒng)中所要求控制的裝置或生產(chǎn)過程。輸出量（被控量）：控制系統(tǒng)中所要控制的量，也是控制系統(tǒng)的輸出信號?？刂屏?執(zhí)行器的輸出信號。 被控量:控制系統(tǒng)的輸出信號。控制量與被控量的區(qū)別控制量與被控量的區(qū)別:開環(huán)控制系統(tǒng)特征：開環(huán)控制系統(tǒng)特征： 系統(tǒng)的系統(tǒng)的輸出量僅受輸入量控制輸出量僅受輸入

8、量控制，輸入量到，輸入量到輸出量之間的輸出量之間的信號是單向傳遞信號是單向傳遞，輸出量不對輸出量不對控制產(chǎn)生任何影響。控制產(chǎn)生任何影響。馬上行動：列舉你所知道的開環(huán)控制系統(tǒng)。馬上行動：列舉你所知道的開環(huán)控制系統(tǒng)。 紅綠燈定時控制系統(tǒng)、防盜報(bào)警系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、音樂噴泉控制系統(tǒng)、鬧鐘定時控制系統(tǒng)、聲控?zé)?、自動烘手機(jī)、自動水龍頭、洗衣機(jī)、電風(fēng)扇的風(fēng)速控制、直流電動機(jī)和數(shù)控機(jī)床等。 案例分析：水泵抽水控制系統(tǒng)（案例分析：水泵抽水控制系統(tǒng)（104）接通電源接通電源（輸入）（輸入）控制器控制器電機(jī)電機(jī)執(zhí)行器執(zhí)行器水泵水泵控制量水流量被控對象被控對象:水管水管水管排出水水管排出水 （輸出）（輸出） 這是

9、一個開環(huán)控制系統(tǒng)，在這個控制系統(tǒng)中，水泵是否排出這是一個開環(huán)控制系統(tǒng)，在這個控制系統(tǒng)中，水泵是否排出水受電源開或關(guān)的控制，而且信號的傳遞是單向的。水受電源開或關(guān)的控制，而且信號的傳遞是單向的。馬上行動：馬上行動：1)用方框圖說明下列開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程。用方框圖說明下列開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程。 （1）普通家用電飯煲的煮飯控制。）普通家用電飯煲的煮飯控制。 普通電飯鍋的控制中，加熱過程的控制是一個以溫度為變量、按時間順序變化的時序控制，因而，它是一個開環(huán)自動控制系統(tǒng)?？刂频膶ο笫请婏堝亙?nèi)的內(nèi)鍋，輸出量是內(nèi)鍋溫度按時間變化的規(guī)律。輸入量是“做飯指令”，這個指令的核心是：內(nèi)鍋溫度低于限制溫度（10

10、3），電熱盤工作；內(nèi)鍋溫度達(dá)到限制溫度，電熱盤停止工作；內(nèi)鍋溫度達(dá)到限制溫度，電熱盤停止工作；內(nèi)鍋溫度下降到保溫點(diǎn)（65）時，實(shí)施保溫控制。在具體操作上是由按鈕實(shí)施。系統(tǒng)的執(zhí)行器是電熱盤。煮飯指令煮飯指令（輸入）（輸入）保溫限溫保溫限溫控制裝置控制裝置電熱盤電熱盤內(nèi)鍋內(nèi)鍋煮飯煮飯（輸出）（輸出）（2）公共汽車車門的開關(guān)控制系統(tǒng)。）公共汽車車門的開關(guān)控制系統(tǒng)。開關(guān)開關(guān)（輸入）（輸入）電磁閥電磁閥車門車門 開開/關(guān)關(guān) （輸出）（輸出）氣動活塞氣動活塞 輸入量為開關(guān)信號，輸出量為車門的開與關(guān)，控制量為輸入量為開關(guān)信號，輸出量為車門的開與關(guān)，控制量為氣動活塞的行程。氣動活塞的行程。（2）當(dāng)系統(tǒng)自身計(jì)時

11、出現(xiàn)誤差時，叫醒報(bào)務(wù)時間是否準(zhǔn)確？）當(dāng)系統(tǒng)自身計(jì)時出現(xiàn)誤差時，叫醒報(bào)務(wù)時間是否準(zhǔn)確？也就是系統(tǒng)能否修正這一誤差？也就是系統(tǒng)能否修正這一誤差？ 是一個開環(huán)系統(tǒng)，所以如果系統(tǒng)自身時間計(jì)時有誤，系是一個開環(huán)系統(tǒng)，所以如果系統(tǒng)自身時間計(jì)時有誤，系統(tǒng)不能自動調(diào)整過來，叫醒時間也就要出差錯。統(tǒng)不能自動調(diào)整過來，叫醒時間也就要出差錯。探究：探究：1）（1）酒店自動叫醒報(bào)務(wù)控制系統(tǒng)的工作過程，畫出方框圖。）酒店自動叫醒報(bào)務(wù)控制系統(tǒng)的工作過程，畫出方框圖。 設(shè) 定 叫設(shè) 定 叫醒時間醒時間電腦電腦客房電話客房電話叫醒信號叫醒信號2）火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)由火災(zāi)探測器、現(xiàn)場報(bào)警部件、報(bào)警控制器組成。火災(zāi)探測器包括感煙探

12、測器和感溫探測器，現(xiàn)場報(bào)警器包括警鈴、訊響鈴、報(bào)警門燈等，報(bào)警控制器按顯示方式分為數(shù)碼顯示和液晶顯示兩種不同的類型。報(bào)警聲報(bào)警聲煙感探煙感探測器測器報(bào) 警報(bào) 警部件部件報(bào)警控報(bào)警控制器制器電信號電信號煙 霧煙 霧信號信號3、閉環(huán)控制：、閉環(huán)控制： 進(jìn)水管的水壓會在注水過程中發(fā)生變化，比如水壓會變小，進(jìn)水管的水壓會在注水過程中發(fā)生變化，比如水壓會變小，此時若還使用前一種注水系統(tǒng)，會導(dǎo)致什么問題？此時若還使用前一種注水系統(tǒng)，會導(dǎo)致什么問題？設(shè)定的時間到了，游泳池的水還沒有達(dá)到預(yù)期的水位。設(shè)定的時間到了，游泳池的水還沒有達(dá)到預(yù)期的水位。如何解決這一問題？如何解決這一問題？ 設(shè)計(jì)該控制系統(tǒng)的目的：在存

13、在干擾因素的情況下，如何設(shè)計(jì)該控制系統(tǒng)的目的：在存在干擾因素的情況下，如何克服干擾，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)?？朔蓴_，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。 在存在干擾的情況下，我們可以想辦法消除掉它對被控對在存在干擾的情況下，我們可以想辦法消除掉它對被控對象的影響，使事態(tài)的發(fā)展回歸正途。象的影響，使事態(tài)的發(fā)展回歸正途。我們可以借鑒如下的例子：我們可以借鑒如下的例子： 我們來分析一下人拿杯子這個動作完成的過程。人在打算我們來分析一下人拿杯子這個動作完成的過程。人在打算拿桌子上的杯子時，首先要看一下，杯子的位置與自己手的拿桌子上的杯子時，首先要看一下，杯子的位置與自己手的距離有多少，然后人的大腦會命令自己的手做出動作，向減距離有

14、多少，然后人的大腦會命令自己的手做出動作，向減少這個距離的方向移動，同時不斷的觀察兩者之間的距離還少這個距離的方向移動，同時不斷的觀察兩者之間的距離還有多少，直到人的手碰到了杯子，大腦就命令手停止運(yùn)動，有多少，直到人的手碰到了杯子，大腦就命令手停止運(yùn)動，杯子也就拿到了。這個過程可以用下邊的圖來表示。杯子也就拿到了。這個過程可以用下邊的圖來表示。杯子的杯子的位置位置人眼人眼大腦大腦人手人手人手的人手的位置位置人眼人眼人類行為控制系統(tǒng)舉例人類行為控制系統(tǒng)舉例人就是通過這個過程來完成拿杯子這個動作的。人就是通過這個過程來完成拿杯子這個動作的。在這個例子中，在這個例子中，杯子的位置作為人控制手要達(dá)到的

15、位置（給定量），杯子的位置作為人控制手要達(dá)到的位置（給定量），人眼一方面感知該控制系統(tǒng)輸出量即人手的位置命令另人眼一方面感知該控制系統(tǒng)輸出量即人手的位置命令另一方面得出它與給定量之間的差距，大腦相當(dāng)于控制器，一方面得出它與給定量之間的差距，大腦相當(dāng)于控制器，人手兼職執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控對象雙重角色。人手兼職執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控對象雙重角色。顯然該系統(tǒng)具備較高的控制精度且抗干擾能力強(qiáng)，其原因顯然該系統(tǒng)具備較高的控制精度且抗干擾能力強(qiáng)，其原因就在于它將給定量與所檢測的被控量進(jìn)行比較，也就是說我就在于它將給定量與所檢測的被控量進(jìn)行比較，也就是說我們?nèi)绻黾訖z測和比較環(huán)節(jié)，就能解決干擾的問題，做到高們?nèi)绻黾訖z測

16、和比較環(huán)節(jié)，就能解決干擾的問題，做到高精度的控制。精度的控制。在進(jìn)行完這種思考后，我們回過頭來解決注水的問題：在進(jìn)行完這種思考后，我們回過頭來解決注水的問題：例如：游泳池注水控制系統(tǒng)。將輸入由設(shè)定注水時間例如：游泳池注水控制系統(tǒng)。將輸入由設(shè)定注水時間改為設(shè)定游泳池水位改為設(shè)定游泳池水位.給定水位給定水位（輸入）（輸入）+控制器控制器檢測裝置檢測裝置進(jìn)水電磁閥門進(jìn)水電磁閥門游泳池游泳池游 泳 池游 泳 池的水位的水位（輸出）（輸出）比較器比較器水流量水流量 把輸入量設(shè)定為把輸入量設(shè)定為“預(yù)期中的游泳池的水位預(yù)期中的游泳池的水位”，增加一個檢，增加一個檢測游泳池水位的裝置，把測量到的游泳池當(dāng)前水位

17、返回到該測游泳池水位的裝置，把測量到的游泳池當(dāng)前水位返回到該控制系統(tǒng)的輸入端，通過一個具有計(jì)算功能的裝置（比較控制系統(tǒng)的輸入端，通過一個具有計(jì)算功能的裝置（比較器），來與輸入量相減，當(dāng)實(shí)際水位比設(shè)定水位低時，控制器），來與輸入量相減，當(dāng)實(shí)際水位比設(shè)定水位低時，控制器控制進(jìn)水閥門繼續(xù)注水；當(dāng)實(shí)際水位達(dá)到設(shè)定水位時，控器控制進(jìn)水閥門繼續(xù)注水；當(dāng)實(shí)際水位達(dá)到設(shè)定水位時，控制器發(fā)出信號關(guān)閉進(jìn)水閥門。制器發(fā)出信號關(guān)閉進(jìn)水閥門。 經(jīng)過改進(jìn)后的游泳池注水系統(tǒng)，增加了輸出端到輸入端經(jīng)過改進(jìn)后的游泳池注水系統(tǒng)，增加了輸出端到輸入端的信息傳遞，即把輸出量返回到輸入端與給定值進(jìn)行比較，構(gòu)的信息傳遞，即把輸出量返回到

18、輸入端與給定值進(jìn)行比較，構(gòu)成了一條閉合回路。成了一條閉合回路。 我們把系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖：閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖：比較器比較器特點(diǎn)：在系統(tǒng)的輸入量和輸出量之間，還有一條從輸出量返回到特點(diǎn)：在系統(tǒng)的輸入量和輸出量之間，還有一條從輸出量返回到輸入端的反饋環(huán)節(jié)，它們形成了一條閉合回路，反饋環(huán)節(jié)使得輸輸入端的反饋環(huán)節(jié)，它們形成了一條閉合回路，反饋環(huán)節(jié)使得輸出量的改變對控制的過程產(chǎn)生直接影響。信號傳遞是閉合回路。出量的改變對控制的過程產(chǎn)生直接影響。信號傳遞是閉合回路。觀察并解釋閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別？觀察并解釋閉

19、環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別？ 馬上行動馬上行動P106：判斷下列控制系統(tǒng)是否屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)，畫出方框圖：判斷下列控制系統(tǒng)是否屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)，畫出方框圖： 對一種自動裝置的設(shè)計(jì)和分析，通常都是從輸入量給定開始，到輸出量穩(wěn)定為止來分析其工作過程的，一般不把人作為環(huán)節(jié)加入其中。家用縫紉機(jī)的縫紉速度控制系統(tǒng)：其參考框圖如下:縫紉機(jī)速度腳踩的力傳動裝置縫紉機(jī)縫紉機(jī)輸出轉(zhuǎn)速輸入轉(zhuǎn)速2）電冰箱的溫度控制系統(tǒng)其參考框圖如下：設(shè)定的溫度給定量比較器控制電路控制器電機(jī)-壓縮器執(zhí)行器電冰箱被控對象箱內(nèi)的溫度被控量感溫裝置檢測裝置-+ 白天或夜晚光線較亮?xí)r，聲控部分不起作用。當(dāng)光線較暗時，負(fù)載電路的通斷受控于

20、聲控部分。電路是否接通，取決于聲音信號的強(qiáng)度。當(dāng)聲強(qiáng)達(dá)到一定程度時，電路自動接通，點(diǎn)亮白熾燈，并開始延時，延時時間到，開關(guān)自動關(guān)斷，等待下一次聲音信號觸發(fā)。這樣，通過對環(huán)境聲光信號的檢測與處理，完成電路通斷的自動開關(guān)控制。其參考框圖如下：3）走道路燈的聲光控制系統(tǒng)聲 光信號聲光檢測控制裝置路燈燈亮/滅開關(guān)4）交通路口紅綠燈自動控制（根據(jù)車流量大小改變紅綠燈時間）系統(tǒng). 目前所用的交通路口的紅綠燈控制系統(tǒng)一般都是按給定的時序來控制的，因此應(yīng)該是開環(huán)控制系統(tǒng)。對車流量因素的考慮，是在調(diào)查統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上在設(shè)計(jì)給定時序時體現(xiàn)的。其參考框圖如下：設(shè)定好亮/滅時序輸 出 亮 /滅時序時序控制裝置紅綠燈【閱讀】開環(huán)控制系統(tǒng)經(jīng)典應(yīng)用案例分析：【閱讀】開環(huán)控制系統(tǒng)經(jīng)典應(yīng)用案例分析：“希羅的自動門希羅的自動門”控控制的工作過程分析說明制的工作過程分析說明水流量水流量1 、畫出、畫出“希羅的希羅的自動門自動門”控制方框控制方框圖圖 祭祭壇的點(diǎn)壇的點(diǎn)火或滅火火或滅火氣壓控制氣壓控制虹吸虹吸自動門自動門門開或關(guān)門開或關(guān)2