必修2控制與設(shè)計PPT課件

1、11122 21.理解控制的涵義及其在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用理解控制的涵義及其在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用2.了解控制系統(tǒng)的類型，熟悉簡單控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程。了解控制系統(tǒng)的類型，熟悉簡單控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程。3.了解并能確定控制系統(tǒng)的主要參數(shù)了解并能確定控制系統(tǒng)的主要參數(shù)4.能畫出簡單控制系統(tǒng)的方框圖，理解其中各環(huán)節(jié)的作用能畫出簡單控制系統(tǒng)的方框圖，理解其中各環(huán)節(jié)的作用5.能設(shè)計、制作、調(diào)試和改進(jìn)簡單的控制裝置能設(shè)計、制作、調(diào)試和改進(jìn)簡單的控制裝置3344 4我們常常會聽到：我們常常會聽到：控制疫情，控制情緒，控制溫度控制疫情，控制情緒，控制溫度控制存在于當(dāng)今社會的各個方面：控制存在于當(dāng)

2、今社會的各個方面：現(xiàn)代化的汽車生產(chǎn)線，現(xiàn)代化的汽車生產(chǎn)線，城市中的交通指揮系統(tǒng)，城市中的交通指揮系統(tǒng)，恒溫的蔬菜大棚等等。恒溫的蔬菜大棚等等。55 566 677 788 8例例1. 投擲飛鏢投擲飛鏢確定射確定射中目標(biāo)中目標(biāo)控制手臂控制手臂的投擲動的投擲動作作擲出飛擲出飛鏢鏢場地情況場地情況經(jīng)驗經(jīng)驗99 9101010111111 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)它們的誤差及時調(diào)整控制作用的系統(tǒng)2、 不將控制的結(jié)果反饋回來影響控制作用的系統(tǒng)。系統(tǒng)中將控制的結(jié)果反饋回來的部分12121213131314 閉環(huán)控制系統(tǒng)就是系統(tǒng)的輸出端與輸入端之間，輸出量對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)。

3、 通過反饋來減少被控量(輸出量)的偏差。 1415 開環(huán)系統(tǒng)本身不能對被控量的偏差進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償,故 閉環(huán)系統(tǒng)不論何種原因造成系統(tǒng)的輸出量偏離給定量,都會產(chǎn)生控制作用來減少這一偏差,故.15161616171717181818控制系統(tǒng)必須在下才能完成控制任務(wù)的控制系統(tǒng)（如圖4-11的液面調(diào)節(jié)）。191919202021212222221、自動路燈的控制系統(tǒng)（電路）能根據(jù)光線的明暗控制電燈的開關(guān)。自、自動路燈的控制系統(tǒng)（電路）能根據(jù)光線的明暗控制電燈的開關(guān)。自動路燈控制系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)嗎？為什么？動路燈控制系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)嗎？為什么？2、閉環(huán)控制系統(tǒng)都是自動控制系統(tǒng)嗎？舉例說明。、閉環(huán)控制系統(tǒng)都是自

4、動控制系統(tǒng)嗎？舉例說明。3、手動控制系統(tǒng)都是開環(huán)控制系統(tǒng)嗎？舉例說明。、手動控制系統(tǒng)都是開環(huán)控制系統(tǒng)嗎？舉例說明。23232424一、控制系統(tǒng)的組成一、控制系統(tǒng)的組成以投擲飛鏢和速度控制為例，它們的控制過程：以投擲飛鏢和速度控制為例，它們的控制過程：期望值期望值落點落點圖圖4-19 投擲飛鏢的控制過程投擲飛鏢的控制過程期望值期望值轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速圖圖4-20 速度調(diào)節(jié)的控制過程速度調(diào)節(jié)的控制過程2525反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié) 由于反饋環(huán)節(jié)的存在，使圖由于反饋環(huán)節(jié)的存在，使圖4.2-2在信號流動上形成了如圖在信號流動上形成了如圖4.2-3所示所示的閉合回路，這也是為什么我們把這類控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)的原因。的

5、閉合回路，這也是為什么我們把這類控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)的原因。圖圖4-21 閉合的信息回路閉合的信息回路2626272727控制命令（信號）的發(fā)出部分一般情況，一個控制系統(tǒng)的控制目的例如：在圖例如：在圖4-19和圖和圖4-20中的中的離心調(diào)節(jié)器離心調(diào)節(jié)器和和人的大腦人的大腦。例如：例如：發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和和飛鏢的落點飛鏢的落點。在速度控制的例子中，是通過對發(fā)動機(jī)的控制實現(xiàn)的，而在投擲飛鏢的例子中，是通過對飛鏢控制實現(xiàn)的。將控制器的信號轉(zhuǎn)換成能影響被控對象的信號的裝置。例如：剛才的兩個例子中的例如：剛才的兩個例子中的控制閥控制閥和和人的肢體人的肢體。能對控制被控對象產(chǎn)生作用，從而使被控量發(fā)

6、生變化的量。例如：速度調(diào)節(jié)器例如：速度調(diào)節(jié)器燃油量燃油量投擲飛鏢對飛鏢施加的力p1162828實例實例可注在書上相應(yīng)位置可注在書上相應(yīng)位置p1102929將圖將圖4-19和圖和圖4-20用更具一般性的方式表示為：用更具一般性的方式表示為：給定值給定值被控量被控量圖圖4-23 投擲飛鏢的控制過程投擲飛鏢的控制過程控制量控制量給定值給定值被控量被控量圖圖4-24 速度調(diào)節(jié)的控制過程速度調(diào)節(jié)的控制過程控制量控制量比較器比較器30加熱爐的溫度自動控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)有控制器、執(zhí)行器、被控對象和檢測器等組成。被控對象：加熱爐；被控量：爐內(nèi)溫度；執(zhí)行器：爐內(nèi)的加熱器；控制器：一種電子或微機(jī)控制

7、裝置，它根據(jù)輸入給定值與檢測反饋值的比較信號控制執(zhí)行器的動作；檢測器：熱電偶（具有檢測和傳感的作用），它將信號返回到輸入端，構(gòu)成反饋環(huán)節(jié)。30案例分析131爐溫的調(diào)節(jié)過程： 溫度檢測裝置測出加熱爐內(nèi)的溫度，并隨時與給定的溫度值進(jìn)行比較，若加熱爐內(nèi)的溫度高于給定的溫度，則通過控制器調(diào)整調(diào)壓器的電壓，使通過電阻絲的電流減小，加熱爐的溫度下降；若加熱爐內(nèi)的溫度低于給定的溫度，則通過控制器調(diào)整調(diào)壓器的電壓，使通過電阻絲的電流增大，爐內(nèi)溫度上升，并維持在正常值的范圍內(nèi)，從而使加熱爐的溫度基本穩(wěn)定在給定的溫度值上。313232開關(guān)開關(guān) 燈的亮與不亮燈的亮與不亮一個輸入信號（手拔開關(guān)）對應(yīng)著一個輸出信號（燈

8、亮）3333開關(guān)開關(guān)落地?zé)袈涞責(zé)糨斎胄盘栞斎胄盘栞敵鲂盘栞敵鲂盘?3434連桿機(jī)構(gòu)閥門水箱浮子反饋環(huán)節(jié)輸入輸出實際水位設(shè)定水位3535人工人工控制控制自動自動控制控制方式環(huán)節(jié)傳感器控制器執(zhí)行器對象3636解決解決“閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)”相關(guān)問題：相關(guān)問題：實例：實例： 鷹發(fā)現(xiàn)獵物后，馬上用眼睛估計它與獵物相距的距離和獵鷹發(fā)現(xiàn)獵物后，馬上用眼睛估計它與獵物相距的距離和獵物的方位，并向獵物飛行去。在飛行的過程中，鷹的眼睛不物的方位，并向獵物飛行去。在飛行的過程中，鷹的眼睛不斷測出自己與獵物的差距，大腦不斷作出判斷，通過調(diào)整翅斷測出自己與獵物的差距，大腦不斷作出判斷，通過調(diào)整翅和尾的飛行狀態(tài)，以

9、縮小差距，使自己的位置越來越接近獵和尾的飛行狀態(tài)，以縮小差距，使自己的位置越來越接近獵物，直到捕獲到它為止，這一過程就是鷹的飛行控制過程，物，直到捕獲到它為止，這一過程就是鷹的飛行控制過程，是閉環(huán)控制過程。是閉環(huán)控制過程。 3737-獵物位置獵物位置實際位置實際位置+反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)3838 在系統(tǒng)的輸入量和輸出量之間，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。 3939閉環(huán)系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)對比閉環(huán)系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)對比（可記在書上）（可記在書上）1、 閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋2、開環(huán)控制系統(tǒng)信號單向傳遞、開環(huán)控制系統(tǒng)信號單向傳遞控制器控制器執(zhí)行器

10、執(zhí)行器被控對象被控對象給定值給定值被控量被控量干擾信號干擾信號+反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)-404040 例如速度控制系統(tǒng)時為了達(dá)到一個理想的速度；溫度控制系統(tǒng)是為了獲得一個合適的溫度等 一般情況系統(tǒng)的控制目的就是這個系統(tǒng)的被控量，如速度控制系統(tǒng)的一般情況系統(tǒng)的控制目的就是這個系統(tǒng)的被控量，如速度控制系統(tǒng)的被控量就是速度。被控量就是速度。414141如速度要多快、溫度要多高，允許的誤差時多少等。如速度要多快、溫度要多高，允許的誤差時多少等。 我們知道控制系統(tǒng)有開環(huán)和閉環(huán)之分，系統(tǒng)的指標(biāo)（如控制的精度、我們知道控制系統(tǒng)有開環(huán)和閉環(huán)之分，系統(tǒng)的指標(biāo)（如控制的精度、造價等）將指導(dǎo)我們選擇控制系統(tǒng)的類型及閉環(huán)控

11、制系統(tǒng)中對反饋環(huán)節(jié)的造價等）將指導(dǎo)我們選擇控制系統(tǒng)的類型及閉環(huán)控制系統(tǒng)中對反饋環(huán)節(jié)的要求。要求。 被控對象確定后，就應(yīng)該選擇能有效調(diào)節(jié)被控對象工作的裝置作為執(zhí)行器。424242 不管時對模型進(jìn)行仿真還是進(jìn)行系統(tǒng)實際實驗，我們都要指出最能影不管時對模型進(jìn)行仿真還是進(jìn)行系統(tǒng)實際實驗，我們都要指出最能影響系統(tǒng)性能的一些參數(shù)作為仿真或?qū)嶒灂r觀察、調(diào)整的對象，通過對它們響系統(tǒng)性能的一些參數(shù)作為仿真或?qū)嶒灂r觀察、調(diào)整的對象，通過對它們的調(diào)整，使系統(tǒng)達(dá)到最佳的性能。的調(diào)整，使系統(tǒng)達(dá)到最佳的性能。 如果通過調(diào)節(jié)待調(diào)參數(shù)系統(tǒng)達(dá)到了期望的性能，設(shè)計工作就告結(jié)束。如果通過調(diào)節(jié)待調(diào)參數(shù)系統(tǒng)達(dá)到了期望的性能，設(shè)計工作就

12、告結(jié)束。否則，就要修改設(shè)計，包括改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)甚至放寬指標(biāo)要求等。否則，就要修改設(shè)計，包括改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)甚至放寬指標(biāo)要求等。434343444444在很多大型運(yùn)動場的周邊，我們會經(jīng)常看到會定時翻轉(zhuǎn)的廣告牌（如圖4-27）?，F(xiàn)在，來。45（三）確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（三）確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)45464647（五）部件模型及主要參數(shù)的確定（五）部件模型及主要參數(shù)的確定（六）驗證、完成你的設(shè)計（六）驗證、完成你的設(shè)計應(yīng)盡可能做到：應(yīng)盡可能做到：（1）用計算機(jī)繪制各部分的原理及安裝圖）用計算機(jī)繪制各部分的原理及安裝圖（2）設(shè)計系統(tǒng)制作的工作流程）設(shè)計系統(tǒng)制作的工作流程（3）協(xié)同工作，共同完成整個設(shè)計。）協(xié)同工作，共同完成整

13、個設(shè)計。4748（七）評估你的設(shè)計（七）評估你的設(shè)計1、系統(tǒng)是否安全、可靠？能否按設(shè)計的要求工作？、系統(tǒng)是否安全、可靠？能否按設(shè)計的要求工作？2、其他人對你的設(shè)計有什么看法？、其他人對你的設(shè)計有什么看法？3、整個系統(tǒng)的造價使多少？、整個系統(tǒng)的造價使多少？4、如果你有更多的時間，你將會對設(shè)計做哪些改進(jìn)？、如果你有更多的時間，你將會對設(shè)計做哪些改進(jìn)？5、為你的設(shè)計寫一份使用說明書。、為你的設(shè)計寫一份使用說明書。484950 在日常生活中，干擾是時常存在的。例如，人在逆風(fēng)中騎自行車，逆在日常生活中，干擾是時常存在的。例如，人在逆風(fēng)中騎自行車，逆風(fēng)對自行車的速度構(gòu)成干擾，要保持速度不變，人就需要用力蹬

14、車，以克風(fēng)對自行車的速度構(gòu)成干擾，要保持速度不變，人就需要用力蹬車，以克服這一干擾服這一干擾.自行車自行車風(fēng)風(fēng)應(yīng)保持的速度應(yīng)保持的速度行車速度行車速度5051 有的干擾因素是由于環(huán)境造成的，如影響自行車行駛速度的變化的有的干擾因素是由于環(huán)境造成的，如影響自行車行駛速度的變化的自然風(fēng)、雨水等；自然風(fēng)、雨水等； 有的干擾因素是人為原因所致，如影響飛機(jī)導(dǎo)航信號的手機(jī)信號等。有的干擾因素是人為原因所致，如影響飛機(jī)導(dǎo)航信號的手機(jī)信號等。5152 控制系統(tǒng)中，干擾因素可能有一個，也可能有若干個。如戰(zhàn)士在大風(fēng)控制系統(tǒng)中，干擾因素可能有一個，也可能有若干個。如戰(zhàn)士在大風(fēng)大雨中進(jìn)行射擊練習(xí)，風(fēng)和雨都是子彈命中準(zhǔn)

15、確度的干擾因素。大雨中進(jìn)行射擊練習(xí)，風(fēng)和雨都是子彈命中準(zhǔn)確度的干擾因素。 控制系統(tǒng)在工作過程中必須克服干擾，使被控量穩(wěn)定?？照{(diào)器的溫度控制系統(tǒng)在工作過程中必須克服干擾，使被控量穩(wěn)定?？照{(diào)器的溫度控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，它能克服室外溫度變化這一干擾，當(dāng)室外溫度升控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，它能克服室外溫度變化這一干擾，當(dāng)室外溫度升高時，空調(diào)器監(jiān)測出干擾引起的室內(nèi)溫度變化，通過啟動壓縮機(jī)降溫來克服高時，空調(diào)器監(jiān)測出干擾引起的室內(nèi)溫度變化，通過啟動壓縮機(jī)降溫來克服這一干擾，使室溫保持穩(wěn)定。這一干擾，使室溫保持穩(wěn)定。525353 在大海中航行的輪船，由于波浪的影響會產(chǎn)生晃動（如圖在大海中航行的輪船，由于波

16、浪的影響會產(chǎn)生晃動（如圖4-44）。據(jù)資料介紹，如）。據(jù)資料介紹，如果不采取措施，即使在正常的海浪下，搖晃的幅度也可高達(dá)果不采取措施，即使在正常的海浪下，搖晃的幅度也可高達(dá)18 。波浪的影響就是作用。波浪的影響就是作用在船上的干擾。在船上的干擾。 軋鋼廠的軋輥機(jī)的速度控制系統(tǒng)，如圖軋鋼廠的軋輥機(jī)的速度控制系統(tǒng)，如圖4-45所示，當(dāng)鋼板通過軋輥機(jī)時，將產(chǎn)生巨所示，當(dāng)鋼板通過軋輥機(jī)時，將產(chǎn)生巨大的負(fù)載變化或干擾，使軋輥的速度變慢。大的負(fù)載變化或干擾，使軋輥的速度變慢。54思考在下表所列控制系統(tǒng)中，可能存在哪些干擾因素？在下表所列控制系統(tǒng)中，可能存在哪些干擾因素？控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)干擾因素干擾因素自動

17、扶梯的升降控制系統(tǒng)自動扶梯的升降控制系統(tǒng)利用滑輪組提升重物的控制裝置利用滑輪組提升重物的控制裝置蔬菜大棚的溫度控制蔬菜大棚的溫度控制5455 電視機(jī)有時在正常工作時，突然出現(xiàn)圖像閃爍厲害或畫面紊亂等情況，這是由于電視機(jī)有時在正常工作時，突然出現(xiàn)圖像閃爍厲害或畫面紊亂等情況，這是由于它受到外界磁場干擾所導(dǎo)致的現(xiàn)象。它受到外界磁場干擾所導(dǎo)致的現(xiàn)象。 如果在電視機(jī)周圍放置一臺電冰箱，當(dāng)電冰箱啟動工作時，會形成一定范圍的磁如果在電視機(jī)周圍放置一臺電冰箱，當(dāng)電冰箱啟動工作時，會形成一定范圍的磁場，將對電視機(jī)的圖像造成干擾，使其畫面紊亂。又如，空調(diào)器在工作時也會向周圍場，將對電視機(jī)的圖像造成干擾，使其畫面

18、紊亂。又如，空調(diào)器在工作時也會向周圍空間發(fā)射大量的電磁波，如果電視機(jī)與空調(diào)器的距離很近，電磁波將對電視機(jī)圖像造空間發(fā)射大量的電磁波，如果電視機(jī)與空調(diào)器的距離很近，電磁波將對電視機(jī)圖像造成干擾。此外，電風(fēng)扇、日光燈等電器也會對電視機(jī)產(chǎn)生不同程度的磁場干擾，從而成干擾。此外，電風(fēng)扇、日光燈等電器也會對電視機(jī)產(chǎn)生不同程度的磁場干擾，從而導(dǎo)致電視機(jī)的圖像出現(xiàn)抖動，波紋等現(xiàn)象。導(dǎo)致電視機(jī)的圖像出現(xiàn)抖動，波紋等現(xiàn)象。 案例分析 電視機(jī)最忌磁場干擾，這些近距離的家用電器所形成的磁場，就是電視機(jī)正常工作時的干擾因素?？朔@些干擾因素的辦法就是將家用電器遠(yuǎn)離電視機(jī)放置。5556 在一般控制系統(tǒng)中，干擾因素是需要

19、克服的。而在有些情況下，卻可以利用干擾因在一般控制系統(tǒng)中，干擾因素是需要克服的。而在有些情況下，卻可以利用干擾因素實現(xiàn)某種目的。如在軍事演習(xí)中，紅方利用一定頻率的電磁波對藍(lán)方的信息指揮系統(tǒng)素實現(xiàn)某種目的。如在軍事演習(xí)中，紅方利用一定頻率的電磁波對藍(lán)方的信息指揮系統(tǒng)進(jìn)行干擾，使之不能正常工作。但在生產(chǎn)生活中，我們需要以謹(jǐn)慎、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對待干進(jìn)行干擾，使之不能正常工作。但在生產(chǎn)生活中，我們需要以謹(jǐn)慎、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對待干擾因素的利用。擾因素的利用。5657（2）舉出一些由于干擾而使控制系統(tǒng)受到影響的例子。（1）在出現(xiàn)干擾的情況下，開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)哪種受干擾的影響??？為什么？5858 就干擾的

20、性質(zhì)來說，有些干擾是可以避免的，而有些干擾是不可以避就干擾的性質(zhì)來說，有些干擾是可以避免的，而有些干擾是不可以避免的。免的。例如：風(fēng)對飛行中的飛機(jī)、導(dǎo)彈的干擾是不可避免的。對于這類干擾，我例如：風(fēng)對飛行中的飛機(jī)、導(dǎo)彈的干擾是不可避免的。對于這類干擾，我們只能在提高控制系統(tǒng)的性能上多下功夫。們只能在提高控制系統(tǒng)的性能上多下功夫。對于有些干擾，可以采取消除、減弱的辦法。如在室內(nèi)進(jìn)行投擲飛鏢活動，對于有些干擾，可以采取消除、減弱的辦法。如在室內(nèi)進(jìn)行投擲飛鏢活動，就可消除或減弱風(fēng)對飛鏢飛行的干擾。就可消除或減弱風(fēng)對飛鏢飛行的干擾。一些化學(xué)反應(yīng)容易受到溫度變化的影響，我們可以使它們在恒溫環(huán)境中進(jìn)一些化學(xué)反應(yīng)容易受到溫度變化的影響，我們可以使它們在恒溫環(huán)境中進(jìn)行。行。5960第四節(jié) 小結(jié)612