技術與設計復習講義專題八-控制與設計

1、專題八控制與設計知識框架控制與設計控制的含義控制的含義控制的應用控制的手段簡單控制系統(tǒng)的分析開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程控制系統(tǒng)的方框圖控制系統(tǒng)的干擾因素簡單控制系統(tǒng)的設計功能模擬方法和思維方法控制系統(tǒng)的設計方案復習要點1理解控制對象、控制目的和控制手段。了解控制在生產(chǎn)過程中對壓力、溫度、水位、光照、流量的 控制；了解生活中電冰箱、洗衣機、空調(diào)機等現(xiàn)代化生活用品的控制技術，會分析典型的案例。2了解手動控制和自動控制的區(qū)別，了解機械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制的區(qū)別熟悉簡 單的開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和簡單的工作過程。3能畫出一個簡單的閉環(huán)控

2、制系統(tǒng)的方框圖，能確定系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)（被控對象、執(zhí)行器、控制器、反饋環(huán)節(jié)）；能確定被控量（輸出量）、控制量、輸入量、反饋量、偏差量；能用箭頭表示信息在系統(tǒng)中流動 和傳遞的方向。理解其中的控制器、執(zhí)行器、比較環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)的作用。4能結合案例找出影響簡單控制系統(tǒng)運行的主要干擾因素.并能分析盡可能避開或抑制干擾因素對控 制系統(tǒng)影響的辦法。能用功能模擬方法、黑箱方法對簡單控制系統(tǒng)的組成方框及其作用進行分析。5了解簡單的被控對象的基本特性，能確定被控量、控制量、畫出控制系統(tǒng)的方框圖，并形成初步的 控制設計的方案。6 能根據(jù)開環(huán)控制系統(tǒng)的設計方案，制作一個控制裝置，學會調(diào)試運行，提出改進方案。重點提示1

3、控制的實現(xiàn)需要通過一定的手段.從控制過程中人工干預的情形區(qū)分，控制可分為人工控制和自動 控制。按照控制中執(zhí)行部件的不同，控制可分為機械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等。控制方式 也可能是綜合的。2控制系統(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)成為閉環(huán)控制系統(tǒng)。與開環(huán)控制系統(tǒng)框圖不同，閉環(huán)控制系統(tǒng)中信息流經(jīng)一個閉合環(huán)路，將輸出信號反傳給比較環(huán)節(jié)，我 們把這種做法稱做反饋。沒有反饋也就沒有閉環(huán)，沒有反饋的控制系統(tǒng)即為開環(huán)控制系統(tǒng)。3在控制系統(tǒng)中，除輸入量 （給定值）以外，引起被控量（輸出量）變化的各種因素稱為干擾因素。一個 控制系統(tǒng)的干擾因素往往不止一個，所有控制系統(tǒng)在工作運行過程

4、中都會受到干擾。因此設計一個控制系 統(tǒng)，必須學會分析這個控制系統(tǒng)可能有哪些干擾因素，以及這些干擾因素是如何影響系統(tǒng)正常運行的。從 而盡可能避開或抑制干擾因素對控制系統(tǒng)的影響。如果一個控制系統(tǒng)能夠很好地避開或抑制干擾，我們就 認為這個控制系統(tǒng)有較好的抗干擾性。4對于控制系統(tǒng)的設計方案的形成還必須分析并明確以下一些具體的問題。（1）分析被控對象的基本特性。了解被控對象在正常的工作狀態(tài)下，其輸出量與輸入量之間的關系，分 析控制系統(tǒng)有哪些干擾因素，輸出與干擾因素有何關系。（2）分析被控量與控制量。如以分析聲控燈系統(tǒng)為例，聲音是輸入信號，被控對象是燈泡，被控量是燈 的亮滅，控制量是電流。（3）確定控制系

5、統(tǒng)的構成方案。在以上分析的基礎上，根據(jù)被控對象的基本特性；根據(jù)控制精度、抗干 擾性、經(jīng)濟性等方面，確定控制系統(tǒng)是開環(huán)控制系統(tǒng)還是閉環(huán)控制系統(tǒng)。(4) 繪制控制系統(tǒng)的框圖。按確定的設計方案繪制控制系統(tǒng)的框圖，框圖內(nèi)容的表達要求完整。例題解析【例1】普通家用調(diào)光臺燈的燈光亮度控制屬于()A .自動控制B.電子控制C.機械控制D .氣動控制答案：B (分析)本題考查 控制的手段與方法”。所謂自動控制和手動控制是以控制過程中人工干預的不同情形來區(qū)分的。家用調(diào)光臺燈的燈光亮度的調(diào)整一般是用轉動開關旋鈕來實現(xiàn)的，故屬于手動 控制。若按照控制系統(tǒng)執(zhí)行部件的不同來區(qū)分，控制又可分為機械控制、氣動控制、電子控制

6、等，家用調(diào) 光臺燈燈光亮度的調(diào)整是通過改變電子元件來實現(xiàn)的，故屬于電子控制?！纠?】下列關于控制系統(tǒng)工作過程的說法，正確的是()A .信息只能從輸入端傳至輸出端B .信息只能從輸出端傳至輸入端C.開環(huán)控制系統(tǒng)的信息只能從輸入端傳至輸出端D .閉環(huán)控制系統(tǒng)的信息只能從輸出端傳至輸入端答案：C (分析)本題考查控制系統(tǒng)的工作過程與方式?？刂葡到y(tǒng)在1_作過程中，若從信息的傳輸過程分析歸類.可以把控制系統(tǒng)分成開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩類。開環(huán)控制系統(tǒng)的結構和原理比較 簡單，信息只從輸入端傳至輸出端，僅有一條路徑。它的缺點是控制的精確度不高。閉環(huán)控制系統(tǒng)的結構 和原理比較復雜，信息流經(jīng)的路徑有兩條，一

7、條是輸入端傳至輸出端，另一條是將輸出端信息反傳到輸入 端的比較環(huán)節(jié)。它的優(yōu)點是有較高的控制精度和較強的抗干擾性能?！纠?】自動門的工作過程為：當門口沒有人時，門是關閉的；當有人來到門口時門自動打開；當人離開門口一段時間后，門又自動關閉。請根據(jù)上述的功能要求完成以下設計內(nèi)容：(1) 確定自動門的技術要求。如何實現(xiàn)自動門的打開和閉合。(提示：可以參照教科書 97頁的齒輪齒條結構)提示(1)自動門的技術要求可設計為當人距離門1m(也可其他值)時，門自動打開；在無人走動的情況下門打開延遲10s(也可其他值)后，門自動關閉；門開啟的寬度應為兩門的寬度之和。(2) 自動門打開和閉合可選擇電動機(轉動變移動

8、結構)來實現(xiàn)，工作原理為電動機正轉門打開；電動機反轉門閉合。裝置結構可采用齒輪齒條結構。門開啟和閉合的行程還必須有行程開關控制。(分析)本題考查控制系統(tǒng)方案的設計。、設計一個控制系統(tǒng)需要確定其技術要求，自動門的技術要 求一般是指當人離門為多少距離時門自動打開：門打開延遲多少時間后自動關閉；門開啟的寬度為多大。 根據(jù)門的結構和重量確定采用執(zhí)行裝置的類型?！纠?】聲控燈適用于多種場合，如在公共樓道里安裝聲控燈既方便，又安全。它與普通的電燈控制電路相比，去掉了手動開關，而增設了聲傳感器、控制器和電子開關。其中聲傳感器的靈敏度可調(diào)整。以適 應不同場合使用的需要。請根據(jù)聲控燈的功能分析：(1) 聲控燈控

9、制系統(tǒng)的輸入和輸出是什么？兩者的關系怎樣？(2) 聲控燈控制系統(tǒng)的被控量和控制量是什么？(3) 聲控燈控制系統(tǒng)為什么可以采用開環(huán)控制系統(tǒng)？(4) 畫出聲控燈開環(huán)控制系統(tǒng)的框圖。提示(1)聲控燈控制系統(tǒng)的輸入量是聲響；輸出量是燈泡中的電流。兩者的關系是聲強達到某給定 值時燈亮：聲強達不到某給定值時燈滅。(2) 聲控燈控制系統(tǒng)的被控量是燈的亮、滅，控制量是電流。(3) 聲控燈控制系統(tǒng)只有燈亮與燈滅兩種運行狀態(tài)，不需要對輸出量的誤差進行控制，因此，可以采用 開環(huán)控制系統(tǒng)。(4) 聲控燈開環(huán)控制系統(tǒng)的框圖如圖所示：（分析）本題考查控制系統(tǒng)方案的設計，考查的知識點較多。聲控燈是一個典型的控制系統(tǒng)案例，控

10、制 系統(tǒng)的輸入量就是控制系統(tǒng)的給定量，它可以是設定的參數(shù)，如時間、溫度等；也可以是輸入的信號，如 聲音、光照等。輸出量（即被控量）是指控制系統(tǒng)所要控制的量，如水位、流量等。控制量是指執(zhí)行器的輸出 量，如電動機的轉速、閥門的開度等?？刂葡到y(tǒng)的控制方式（開環(huán)或閉環(huán)）是由控制系統(tǒng)是否需要反饋環(huán)節(jié)來 決定的。自主練習一、基本題）D .穩(wěn)定輸出量D .電磁干擾1家用空調(diào)溫度自動控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制，其中反饋環(huán)節(jié)的作用是（A .減少輸入量B .增加輸入量C .穩(wěn)定輸入量2 家用電視機最容易受到的影響（即干擾因素）是（）A .環(huán)境溫度B .環(huán)境濕度C .風的強度3. 在下面4個控制系統(tǒng)中，屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)的是

11、（）A .電風扇的定時控制系統(tǒng)B .公共樓道路燈延時控制系統(tǒng)C.棚室溫度恒定控制系統(tǒng)D .商店自動門控制系統(tǒng)4. 不同的傳感器輸入的信號是不相同的，傳感器輸出的信號經(jīng)控制器驅動繼電器工作，則（）A .控制器轉換輸出的應是溫度信號B .控制器轉換輸出的應是聲音信號C.控制器轉換輸出的應是亮度信號D .控制器轉換輸出的應是電流信號5. 普通家用電飯鍋的保溫控制 （用雙金屬片開關控溫）系統(tǒng)為（）A .機械控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)B .電子控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)C.機械控制的開環(huán)控制系統(tǒng)D .電子控制的開環(huán)控制系統(tǒng)6. （）A .增加反饋環(huán)節(jié)B .提咼壓縮機的制冷量C .提高箱體的隔熱性能D .說明書上建議用戶

12、將冰箱遠離其他家用電器放置7. 如圖所示，有這樣一個黑箱”其輸人、輸出關系的數(shù)據(jù)見下表，則黑箱”內(nèi)部可能是（）A .交流變壓器 B電源穩(wěn)壓器C日光燈整流器 D .電阻分壓器輸入（直流電壓N）18151296輸出（直流電壓N）65432輸斗黑箱|輸出8分析題 公共樓道中使用聲控燈控制后，在白天有人通過時燈泡也會點亮。為了克服這一缺點.小黃同 學設計一個方案，其控制系統(tǒng)方框圖如下，請分析該方案的控制過程。9. 作品評價題 簡易調(diào)光臺燈的設計方案是：在照明電路中燈泡與可變電阻串聯(lián).通過調(diào)節(jié)可變電阻的大 小來實現(xiàn)燈泡亮度的調(diào)節(jié)。請你分析評價該設計方案的優(yōu)缺點。二、拓展題10. 把在體育課上練習投籃看成

13、一個控制系統(tǒng)，則下列判斷錯誤的是（）A .控制系統(tǒng)的控制器是人的大腦B .控制系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié)是人的眼睛C .控制系統(tǒng)的執(zhí)行器是人的手D .控制系統(tǒng)的被控量是籃球11. 比較閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)，下列判斷錯誤的是（）A .開環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度較低B .開環(huán)控制系統(tǒng)無反饋環(huán)節(jié)C.閉環(huán)控制系統(tǒng)的抗干擾能力強D .閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)都有比較器A .增大進水流量B .減少進水流量C.調(diào)節(jié)降低浮球的位置D .調(diào)節(jié)升高浮球的位置13. 關于干擾因素對控制系統(tǒng)的作用.下列說法正確的是（）A .干擾因素僅作用在被控量上B.干擾因素不會作用于開環(huán)控制系統(tǒng)C.干擾因素的作用都會反映在輸出量的變化上D

14、 .干擾因素是不可以利用的14. 在閉環(huán)控制系統(tǒng)的調(diào)試過程中，當輸出量達到設計要求并穩(wěn)定后（）A .比較器求出的偏差值等于零B .比較器求出的偏差值大于零C .比較器求出的偏差值小于零D .比較器求出的偏差值大于或小于零?對系統(tǒng)構件有何影響？15. 分析題如果人從自動門前經(jīng)過而不進門，自動門也會自動打開。這個干擾作用于控制系統(tǒng)的哪個環(huán) 節(jié)?你有什么改進的方法？16. 分析題 若抽水馬桶的進水閥門漏水，會產(chǎn)生什么情況17分析題 在養(yǎng)雞場給雞飲水如采用放在地上的普通水槽，容易被雞踩翻和污染， 不能保證水槽中的水量。為此趙明同學設計了一個掛在空中的雞用飲水器方案，圖為其結構原理示意圖。設飲水盤中的虛

15、線為設計 水位，當飲水盤水位下降到一定值時，飲水盤重量減輕，彈簧使水閥控制桿向上運動，將出水閥打開，水 從進水管流入飲水盤，當水位達到設計高度后，飲水盤重量增加，對拉簧的拉力增加，使水閥控制桿向下 運動，關閉水閥。因此，飲水盤中的水位能自動維持在設計高度上。該控制系統(tǒng)中：（1）彈簧的作用是什么？畫出自動飲水機的控制系統(tǒng)框圖。18.評價題 家用電飯鍋因使用方便而被廣泛使用。請根據(jù)你的使用體驗，對家用普通電飯鍋的安全性、 控制精度（從飯的口感判斷）、適應性（能否做其他烹飪）作出評價，并提出改進建議。專題八控制與設計I D 2 D 3 C 4 D 5 A6. C 7 D10 D 11 D 12 C

16、13 C 14 A8.普通聲控燈在白天有人通過樓道時燈泡也會點亮，這是不必要的為了克服這一缺點，在聲控系統(tǒng)中增加了光控環(huán)節(jié)， 光控開關受光信號控制， 在白天光線強時，光傳感器將接受的信號傳送給光控制器.光控制器輸岀控制信號將光控開關打開，這樣白天燈泡就不會點亮了。9簡易調(diào)光臺燈可實現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)的功能，工作原理和制作工藝簡單，工作過程是通過調(diào)節(jié)可變電阻的大小米改變燈泡兩端的 電壓，從而使燈泡亮度變化，這是它的優(yōu)點。但由于燈泡與可變電阻串聯(lián)可變電阻器也要消耗電能且體積較大，調(diào)節(jié)操 作不方便，安全性差因此，日前市場上的調(diào)光燈普遍使用電子元件實現(xiàn)調(diào)壓。15如果自動門設計的技術要求是人離門Im的距離內(nèi)門自動開啟，則人從自動門Im前經(jīng)過并不進門，自動門也會自動打開原因是傳感器無法確定人走的方向，這個干擾因素作用于控制系統(tǒng)的輸人環(huán)節(jié)即傳感器上。改進的方法是在自動門的兩側 加上護欄(抗干擾措施)，使近門的區(qū)域內(nèi)人不能橫向通過；在自動門前設置臺階。16.若抽水馬桶的進水閥門漏水，實際水位將超過設定值，該系統(tǒng)對這個水位的誤差值是不能控制的.只有將水箱的水放去 井排除進水閥的故障，才能使水位重新回到設定值。當水箱水位升高以后，浮球受到的浮力增加，浮球有往上移動的趨勢， 對系統(tǒng)中連桿機構的作用力增加，對閥門的壓力增加，構件有被彎曲和損壞的可能。