淺析控制的方式與工作過程 論文

淺析控制的方式與工作過程摘要：本文首先對(duì)控制的方式與手段進(jìn)行了詳細(xì)說明，并通過舉例進(jìn)行了辨析。接著對(duì)開閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程如何判定進(jìn)行了詳細(xì)闡述，具體判定可根據(jù)控制系統(tǒng)工作過程結(jié)合開閉環(huán)控制定義及特點(diǎn)，判斷屬于閉環(huán)的兩個(gè)條件要同時(shí)滿足，也可借助控制方框圖及輔助區(qū)分開閉環(huán)方法加以判定。 關(guān)鍵詞：控制、方式、手段、過程、框圖

引言：控制是一種重要的思想方法，控制廣泛應(yīng)用在我們生產(chǎn)和生活各個(gè)方面?？刂婆c設(shè)計(jì)是我們通用技術(shù)教學(xué)一個(gè)重要主題，在教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)一些學(xué)生對(duì)控制的方式（手段）、開閉環(huán)控制系統(tǒng)工作過程還分辨不清。下面就控制的方式與工作過程談?wù)勛约旱南敕?。一、控制的方式辨?1．對(duì)控制涵義的理解

控制的涵義就是人們按照自己的意愿或目的，通過一定的方式或手段，使事物向期望的目標(biāo)發(fā)展。理解任何控制現(xiàn)象，要知道控制的三要素：控制目的、控制對(duì)象、控制手段。如如汽車的轉(zhuǎn)向控制，其控制目的是改變汽車行駛方向，控制對(duì)象是汽車的車輪，控制的手段是駕駛員通過轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)向。 典型題例1：在夏天或冬天，人們會(huì)使用空調(diào)來改變房間的氣溫。在這個(gè)控制里，控制對(duì)象是()

A．人B．空調(diào) C．房間D．室外空氣

【解析】根據(jù)目的找對(duì)象。目的是改變房間的氣溫，被控對(duì)象也就是控制對(duì)象是房間(或房間內(nèi)的空氣)?？刂茖?duì)象一般是裝置、元件或物質(zhì)，房間更合適些。在這個(gè)控制中，空調(diào)是用來達(dá)到目的的手段。人是控制的主體，不是控制對(duì)象，不要誤解。 2.控制的方式或手段

（1）控制的方式發(fā)展方向

過去，人們對(duì)事物的控制往往采用人工控制。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，控制技術(shù)得到迅速發(fā)展，出現(xiàn)了自動(dòng)控制，近年隨著智能技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制又朝著智能控制方向發(fā)展。1 （2）控制的方式或手段分類

A.從控制過程中人工干預(yù)的情形來分，控制可分為人工控制(又稱手動(dòng)控制)和自動(dòng)控制。人工控制：控制的過程是在人的直接干預(yù)和全程干預(yù)下進(jìn)行的。 人工控制的特點(diǎn)：①全程干預(yù)；②人為控制系統(tǒng)；③人的部分器官與其他控制器件共同完成控制任務(wù)。人工控制舉例：司機(jī)駕駛汽車、騎自行車、人工開門、人工開水龍頭等。 自動(dòng)控制：控制的過程在無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。 自動(dòng)控制的特點(diǎn)：①無人直接參與；②事物能達(dá)到期望的方向；③需要對(duì)某些物理量控制。自動(dòng)控制舉例：十字路口信號(hào)燈自動(dòng)亮滅、自動(dòng)門、學(xué)校電子自動(dòng)打鈴控制裝置等。智能控制是具有智能信息處理、智能信息反饋和智能決策的控制方式，它能在無人干預(yù)的情況下，自主地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。智能控制主要用于解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。顯然智能控制是自動(dòng)控制的高級(jí)形式。智能控制舉例：無人駕駛、無人機(jī)、智能紅綠燈。 B.按照控制信號(hào)流和執(zhí)行部件的不同，自動(dòng)控制可分為：氣動(dòng)控制、液壓控制、電動(dòng)控制、機(jī)械控制、電子控制等。 氣動(dòng)控制采用壓縮空氣作為傳輸信號(hào)或執(zhí)行機(jī)制的動(dòng)力。氣動(dòng)控制舉例：汽車車門開關(guān)的氣動(dòng)控制、噴霧器等。 液壓控制含義為運(yùn)用液體動(dòng)力改變操縱對(duì)象的工作狀態(tài)。液壓控制舉例：液壓打樁機(jī)、液壓千斤頂?shù)取?電動(dòng)控制是指控制系統(tǒng)的輸出是通過電氣量或電子信號(hào)來進(jìn)行的，所控制的對(duì)象是電動(dòng)執(zhí)行元件。電動(dòng)控制舉例：比如繼電器、步進(jìn)開關(guān)、電磁閥、伺服驅(qū)動(dòng)器和變頻器等

機(jī)械控制是用機(jī)械方法對(duì)元件或系統(tǒng)的工作特性所進(jìn)行的調(diào)節(jié)或操作。機(jī)械控制舉例：機(jī)械鬧鐘、普通機(jī)械水龍頭開關(guān)、自行車剎車控制等。 電子控制，對(duì)應(yīng)某一目的而進(jìn)行的電子電路的操作行為。電子控制舉例：計(jì)算器、電子秤、電子鐘、筆記本電腦等。C.控制按是否有反饋分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制。2開環(huán)控制概念：控制中不將控制的結(jié)果反饋回來影響控制作用的系統(tǒng)。特點(diǎn)：無反饋，系統(tǒng)的輸出量僅受輸入量控制，輸入量到輸出量之間的信號(hào)是單向傳遞。輸入量與輸出量往往是不同性質(zhì)的量。 如日光燈的啟動(dòng)控制、電風(fēng)扇檔位風(fēng)速控制、電子門鈴控制、紅綠燈定時(shí)控制等是開環(huán)控制。 閉環(huán)控制概念：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。特點(diǎn)：1.有反饋，反饋影響控制。2.會(huì)調(diào)整，3.結(jié)果穩(wěn)定，被控量會(huì)控制在一定的值。如空調(diào)、冰箱溫度控制系統(tǒng)，GPS自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)等是閉環(huán)控制

典型題例2：如圖1智能垃圾桶。投垃圾時(shí)，手或垃圾靠近感應(yīng)區(qū)上方，桶蓋會(huì)自動(dòng)打開，投入后桶蓋會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，該控制系統(tǒng)的控制手段和控制方式屬于() A．手動(dòng)控制、開環(huán)控制B．自動(dòng)控制、開環(huán)控制

C．自動(dòng)控制、閉環(huán)控制D．手動(dòng)控制、閉環(huán)控制

【解析】自動(dòng)控制與手動(dòng)(人工)控制的區(qū)別在于人是否直接干預(yù)和全程干預(yù)。開閉環(huán)控制的區(qū)別為是否有反饋。這里手好像參與了控制，其實(shí)這里的手是給系統(tǒng)一個(gè)輸入信號(hào)，控制過程的執(zhí)行無需人的直接干預(yù)和全程干預(yù)，因此本控制的手段屬于自動(dòng)控制。本系統(tǒng)的控制對(duì)象為桶蓋，桶蓋的打開是系統(tǒng)的輸出量。桶蓋的打開狀態(tài)沒有被檢測(cè)，不構(gòu)成反饋，該輸出量對(duì)控制也不產(chǎn)生影響，所以說該控制是開環(huán)控制系統(tǒng)。二、開閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程判定1.開閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程可用控制方框圖來描述

（1）開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程可用圖2開環(huán)控制方框圖描述

重要說明：

①輸出量≠控制量，輸出量=被控量；

②設(shè)定量=輸入量（做題時(shí)這點(diǎn)很重要）；

③控制量：一般是影響被控量變化的因素；

④控制器：發(fā)出控制命令的裝置或元件；

⑤控制對(duì)象：命令的作用對(duì)象，往往是實(shí)際物體；

⑥執(zhí)行器：直接對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的裝置或元件即實(shí)施控制決策的裝置（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程可用圖3閉環(huán)控制框圖描述3 閉環(huán)控制核心：有檢測(cè)裝置且檢測(cè)的量是被控量，能反饋信號(hào)，達(dá)到減少輸出量的偏差的作用。 （3）傳感器

傳感器是提供決策的依據(jù)（輸入量是具體物理量，輸出是信息），它是信息的轉(zhuǎn)換裝置。開環(huán)控制、閉環(huán)控制都可能有傳感器。 2.開閉環(huán)控制系統(tǒng)如何判定

開閉環(huán)控制如何判定，常常困擾許多學(xué)生。開閉環(huán)控制分析是控制與設(shè)計(jì)單元的一個(gè)重難點(diǎn)。其實(shí)，根據(jù)開閉環(huán)控制定義及特點(diǎn)，并掌握一點(diǎn)方法技巧，是可以正確判斷控制系統(tǒng)到底是開環(huán)還是閉環(huán)的。 （1）根據(jù)開閉環(huán)控制定義及特點(diǎn)來區(qū)分

開環(huán)控制及特點(diǎn)：由輸入來控制輸出的單向控制稱為開環(huán)控制，其特點(diǎn)無反饋，單向控制，輸出量不對(duì)系統(tǒng)的控制產(chǎn)生影響，輸入量與輸出量往往是不同性質(zhì)的量。如電子門鈴控制就是開環(huán)控制。其輸入:用手按動(dòng)按鈕開關(guān),輸入一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，輸出:揚(yáng)聲器將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐魳仿?。輸出的音樂聲的變化?duì)系統(tǒng)的控制狀態(tài)并不產(chǎn)生影響,即不存在反饋。 閉環(huán)控制及特點(diǎn)：把系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對(duì)控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)就稱為閉環(huán)控制。特點(diǎn)為有反饋，能調(diào)整，結(jié)果穩(wěn)定，被控量會(huì)控制在一定的值。 如騎自行車，不斷修正行進(jìn)的方向與速度，形成閉環(huán)。（2）判斷屬于閉環(huán)的兩個(gè)條件要同時(shí)滿足

控制系統(tǒng)有檢測(cè)裝置（傳感器），同時(shí)檢測(cè)裝置檢測(cè)的是被控量。 舉例：自動(dòng)門控制，這里有紅外檢測(cè)裝置，但這里檢測(cè)信號(hào)是人的紅外信號(hào)，是輸入信號(hào)，所以自動(dòng)門控制是開環(huán)控制。舉例：判斷紅綠燈定時(shí)控制是開環(huán)還是閉環(huán)控制？ 紅綠燈定時(shí)控制，沒有檢測(cè)車流量和人流量的裝置，無反饋，只是按定時(shí)的時(shí)序控制紅綠燈亮滅，屬開環(huán)控制。舉例：判斷空調(diào)溫度控制系統(tǒng)是開環(huán)還是閉環(huán)控制？圖4空調(diào)溫度控制，如設(shè)定溫度為25oC，室內(nèi)溫度如果高于25oC，那么空調(diào)通過比較，控制電路發(fā)出信號(hào)促使壓縮機(jī)進(jìn)行工作；當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，控制電路發(fā)出信號(hào)，壓縮機(jī)停止工作。空調(diào)有檢測(cè)房間溫度的裝置，既有檢測(cè)裝置，同時(shí)檢測(cè)的是房間溫度——被控量。因此，空調(diào)溫度控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)。4 舉例：判斷水箱水位控制系統(tǒng)是開環(huán)還是閉環(huán)控制

圖5水箱液位控制系統(tǒng)，當(dāng)水箱出水量大時(shí),水位下降浮子下沉，帶動(dòng)活塞偏離進(jìn)水口位置，此時(shí)進(jìn)行補(bǔ)水直到水箱里的水位上升到給定水位，浮子上浮，活塞歸位。 浮子（球）是檢測(cè)裝置，檢測(cè)水箱實(shí)際水位，設(shè)定水位與實(shí)際水位為同一性質(zhì)物理量，所以該控制系統(tǒng)為閉環(huán)控制。 （3）輔助區(qū)分開閉環(huán)方法

①看輸入量和輸出量

開環(huán)控制的輸入量與輸出量是一一對(duì)應(yīng)的，輸入量與輸出量往往是不同性質(zhì)的物理量。閉環(huán)控制則是一個(gè)輸入量對(duì)應(yīng)多個(gè)輸出量。輸入量與輸出量往往是同一種物理量。 如電風(fēng)扇風(fēng)速控制，一個(gè)檔位對(duì)應(yīng)一個(gè)風(fēng)速，一一對(duì)應(yīng)，檔位與風(fēng)速不是同一種物理量，肯定是開環(huán)控制。②看系統(tǒng)輸出量能否維持在某個(gè)狀態(tài)上。 一旦輸出量發(fā)生了變化，能及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，把輸出量維持在原來的狀態(tài)上，便是閉環(huán)控制。如電冰箱溫度控制就是閉環(huán)控制。電冰箱通電工作一段時(shí)間后，它的輸出（箱內(nèi)溫度）應(yīng)該和輸入量（設(shè)定溫度）相同，這時(shí)，放入一盆熱水，輸出量（箱內(nèi)溫度）就要發(fā)生變化，那么電冰箱系統(tǒng)就要加緊工作，把箱內(nèi)實(shí)際溫度降下來，回到設(shè)定溫度，這就是閉環(huán)控制。③看該控制系統(tǒng)方框圖。如果給出該控制系統(tǒng)方框圖是閉合回路，有檢測(cè)裝置，也可判斷是閉環(huán)控制。 舉例：圖6電腦CPU散熱控制系統(tǒng)方框圖。其工作過程如下:啟動(dòng)后風(fēng)扇先工作，由測(cè)溫電路檢測(cè)CPU的溫度.若低于設(shè)定溫度.控制電路降低散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速；若等于或大于設(shè)定溫度.控制電路提高散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速.從而控制CPU的溫度。請(qǐng)按要求完成下題 該控制系統(tǒng)的被控量是()A.外界壞境溫度B.風(fēng)扇轉(zhuǎn)速C.設(shè)定溫度D.實(shí)際溫度

該控制系統(tǒng)是（ ）控