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1、控制的基本概念知識講座主講人劉志紅北京教科院基教研中心控制的基本概念知識講座一、關(guān)于控制論二、人工控制、自動控制與手動控制的區(qū)分三、自動控制的基本概念四、控制系統(tǒng)功能方框圖繪制一、關(guān)于控制論1、什么是控制，控制的概念是什么？2、控制論簡介3、教材中提到的幾個控制論中的重要概念 負(fù)反饋調(diào)節(jié)（控制） 功能模擬方法 黑箱方法一、關(guān)于控制論1、什么是控制，控制的概念是什么？控制：人們按照自己的意愿或目的，通過一定的手段，使事物向期望的目標(biāo)發(fā)展，這就是控制（control）。理解任何控制現(xiàn)象，都要明確控制的對象是什么，控制要達到什么目的和采取什么控制手段。蘇教版蘇教版P97P97，地質(zhì)版，地質(zhì)版P104
2、P104可能性空間是控制論中最基本的概念l事物的發(fā)展與變化具有多樣性。例如，一棵樹可能因為某種原因結(jié)不出果實，也可能碩果累累，而且可以有大有小，或酸或甜；降落的雨水，可以用來灌溉農(nóng)田，也可以人們沖洗物品，還可以發(fā)電，但也可能注入江河，甚至有可能引起洪澇災(zāi)害。蘇教版蘇教版P96P96，地質(zhì)版，地質(zhì)版P104P104可能性空間是控制論中最基本的概念l被控制的對象必須存在著多種發(fā)展的可能性。 l人們對這些可能性可以通過一定的手段進行選擇，才談得到控制。 l控制的概念與事物發(fā)展的可能性密切相關(guān)。因此，將事物發(fā)展變化中面臨的各種可能性集合稱為這個事物的可能性空間。 一切控制過程，都是由三個基本環(huán)節(jié)構(gòu)成
3、了解事物面臨的可能性空間是什么？ （雨水：灌溉、沖洗、發(fā)電、洪澇） 在可能性空間中選擇某一些狀態(tài)為目標(biāo)。（發(fā)電） 控制轉(zhuǎn)化條件，使事物向既定的目標(biāo)轉(zhuǎn)化。 （建水庫，蓄積水的勢能，水力發(fā)電）解讀教材l“人們按照自己的意愿或目的” 這只能是在可能性空間中做選擇，而不能憑空臆想。l“通過一定的手段” 手段便是“控制轉(zhuǎn)化條件，使事物向既定的目標(biāo)轉(zhuǎn)化”2、控制論簡介l美國的數(shù)學(xué)家維納，匯集了數(shù)學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展、生物學(xué)和生命科學(xué)的進展、人類對對思維規(guī)律的探討，在1947年發(fā)表控制論，這本書震動了科學(xué)界?？茖W(xué)家們被建立各門學(xué)科的統(tǒng)一的方法論的雄心所吸引。一大批各個領(lǐng)域中的專家紛紛互相對話，控制論、系統(tǒng)論成為
4、二次大戰(zhàn)后直至今天的不可忽視的科學(xué)思潮?？刂普撍枷氲脑戳?l數(shù)學(xué)和物理的發(fā)展l生物學(xué)和生命科學(xué)的進展 l人類對思維規(guī)律的探討 蘇教版P101 l美國科學(xué)家維納在20世紀(jì)40年代創(chuàng)建了控制論。控制論是研究各類系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制規(guī)律的科學(xué)，是具有方法論意義的理論。它是自動控制、通信技術(shù)、計算機科學(xué)、數(shù)理邏輯、神經(jīng)生理學(xué)、統(tǒng)計力學(xué)、行為科學(xué)等多種科學(xué)技術(shù)相互滲透形成的一門橫斷性學(xué)科。 3、教材中提到的幾個控制論中的重要概念 負(fù)反饋調(diào)節(jié)（控制）l鷹擊長空，不但能準(zhǔn)確地?fù)涞焦潭繕?biāo)，甚至連飛速躲避的兔子、老鼠也不能逃脫。 負(fù)反饋調(diào)節(jié)l鷹的眼睛在盯住兔子的同時，也注意到了自己的位置，并把兩者作一個比較，經(jīng)過
5、比較后的信號代表鷹的位置與兔子位置的差距，鷹的大腦根據(jù)這個差距指揮翅膀改變自己的位置，使鷹向著差距減小的方向運動，這個控制過程連續(xù)不斷進行直到差距為零，捉到兔子。在這里，最關(guān)鍵的一點是鷹的大腦作出的決定始終使鷹的位置向減小差距的方向改變?？刂普撝邪堰@類控制過程稱為負(fù)反饋調(diào)節(jié)。負(fù)反饋調(diào)節(jié)的本質(zhì)l負(fù)反饋調(diào)節(jié)的本質(zhì)在于設(shè)計了一個目標(biāo)差不斷減少的過程。l目標(biāo)差：目標(biāo)的位置與實際位置的差距。l調(diào)節(jié)與控制的區(qū)別在于控制的過程存在一個目標(biāo)差不斷減少的過程，稱為調(diào)節(jié)。鷹抓兔子的控制框圖 負(fù)反饋的控制過程有兩個要素l系統(tǒng)一旦出現(xiàn)目標(biāo)差，便自動出現(xiàn)某種減少目標(biāo)差的反應(yīng)。l減少目標(biāo)差的調(diào)節(jié)要一次一次地發(fā)揮作用，使得
6、對目標(biāo)的逼迫能積累起來。l蘇教版的投籃球（P110）與地質(zhì)版的走直線（P110）講的就是這個原理，如果我們能理解這點，在教學(xué)中處理教材可能會輕松一些。正反饋l在反饋的過程中，目標(biāo)差不斷增大這就是正反饋。l紅樓夢中有一段中秋夜黛玉與史湘云在凹晶館賞月聯(lián)句 ：ll寒塘渡鶴影，冷月葬詩魂 談到反饋時要區(qū)分正反饋與負(fù)反饋l在自動控制系統(tǒng)中一般都采用負(fù)反饋。l正反饋并不是絕對不用，電子線路中運用正反饋產(chǎn)生一定頻率的振蕩，核爆炸也是一種正反饋。l在自動控制框圖中負(fù)反饋用負(fù)號表示，不寫負(fù)號表示信號為正。反饋過度 l負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)如果出現(xiàn)反饋過度，都會從一個逐步逼近目標(biāo)的穩(wěn)定過程轉(zhuǎn)化為振蕩過程。 l導(dǎo)彈打飛機
7、，飛機向左，導(dǎo)彈向左過度，飛機就在導(dǎo)彈的右側(cè)了，檢測到飛機在右側(cè)，導(dǎo)彈又向右，如此，反復(fù)不能擊中目標(biāo)，導(dǎo)彈的控制器接收到導(dǎo)彈與飛機的目標(biāo)差之后，做出了過頭的調(diào)節(jié)，從而形成振蕩。在親子關(guān)系中的反饋過度l父母都是愛孩子的，希望孩子有出息，但在與孩子的互動中，表現(xiàn)出過度的關(guān)愛，孩子反感，孩子也是愛父母的，在表達他們的反感時分不清自己真實的感受，情緒化的表達也是反饋過度，于是親子關(guān)系緊張。了解了這一反饋調(diào)節(jié)的控制方法，當(dāng)然會使我們周圍的人際關(guān)系更融洽。 功能模擬方法 l在第二次世界大戰(zhàn)中，根據(jù)實戰(zhàn)的需要，要求設(shè)計一種具有控制功能的高速計算機，控制高炮按照預(yù)測的位置發(fā)射炮彈，使炮彈與正好在空中的某一點相
8、遇。l美國數(shù)學(xué)家維納聯(lián)想起人與機器在控制自己的行為和動作上存在相似性和共同之處，進行了艱苦的努力和探索，突破了傳統(tǒng)思想的束縛，提示了機器中的通信和控制機能與人的神經(jīng)、感覺機能的共同規(guī)律，提出了功能模擬的方法，并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)立了控制論，為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究提供了嶄新的科學(xué)方法。蘇教版P114 功能模擬方法l工程師模擬老鷹抓兔子的辦法解決導(dǎo)彈準(zhǔn)確的打中飛機。工程師們給導(dǎo)彈安上眼睛紅外線裝置，配上大腦電子計算機，同時給它一付可以調(diào)節(jié)的翅膀姿態(tài)控制裝置，這樣導(dǎo)彈就可以向著不斷減少目標(biāo)差的方向運動，直到把飛機擊落。訓(xùn)練飛行員的飛行模擬器 黑箱方法 l將要研究的系統(tǒng)作為黑箱，通過對系統(tǒng)輸入與輸出關(guān)系的研究，
9、進而推斷出系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能的方法，就是黑箱方法。蘇教版P115 黑箱方法l黑箱方法（黑箱理論）是控制論的認(rèn)識論，控制論把人們認(rèn)識和改造的對象看作黑箱。將人與客體事物的關(guān)系歸結(jié)為主體和客體兩部分黑箱方法（黑箱理論）是控制論的認(rèn)識論 二、人工控制、自動控制與手動控制1、人工控制與自動控制2、開環(huán)控制與閉環(huán)控制3、概念的隸屬層次（圖）（澄清概念、有所區(qū)分）二、人工控制、自動控制與手動控制l自動控制的定義l所謂自動控制，是指在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置使被控制對象（如機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程）的某一物理量（或工作狀態(tài)）自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行（或變化）。 自動控制原理南航、北航等校P1自動控
10、制的定義l是指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行。蘇教版P98l人們根據(jù)自己的目的，通過一定的手段，使事物沿著某一確定的方向發(fā)展，就形成了控制。l現(xiàn)代控制技術(shù)通常是指自動控制技術(shù)。自動控制系統(tǒng)能在無人直接參與的情形下運行，并承擔(dān)人的某些職能。地質(zhì)版P1041、人工控制與自動控制l控制：人們按照自己的意愿或目的，通過一定的手段，使事物向期望的目標(biāo)發(fā)展，這就是控制（control）。 蘇教版P97l控制的三個要素：對象、目的、手段 人工控制l人工控制：控制的過程是在人的直接干預(yù)和全程干預(yù)下進行的。 蘇教版P98l對人工控制可以解釋為，人利用簡單的機械（工具），在控制的過程
11、中參與整個過程。從控制的對象、目的和手段上區(qū)分從井中取水 對象 目的 手段 控制方式 人搖動轤轆從水井中打水 水井取水 人力、簡單機械 人利用水泵從井中抽水 電力、水泵及裝置 人工控制自動控制從控制手段上討論人工控制與自動控制將貨物從甲地到搬乙地 對象 目的 手段 控制方式 人騎自行車（三輪車） 自行車（三輪車）運輸 人力、簡單機械 人開汽車 汽車汽油燃燒產(chǎn)生的動力及機械設(shè)備、人的駕駛 人工控制（半）自動控制案例分析討論 （蘇教版P98）l三種消暑方式：手搖扇、電風(fēng)扇、空調(diào)l三種消暑方式的演變表現(xiàn)了隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展控制手段從低級向高級發(fā)展的過程。l用電扇控制室內(nèi)溫度是并非手動控制。l人在控制
12、過程中，只是起了一個按電鈕、設(shè)置定時時間的作用，并沒有直接參與控制的過程，人是享受者。l電扇的定時、轉(zhuǎn)頭控制也是自動控制的。討論l蘇教版教師參考書P94對教材P98“馬上行動”的舉例 ：l人工控制：人工紡紗，普通自來水龍頭，撳按鈕打開電燈，拖地清潔地板，駕駛汽車l自動控制：數(shù)控機床，飲料自動裝罐生產(chǎn)線，花房恒溫控制，十字路口紅綠燈（根據(jù)車流量大小改變紅綠燈時間）的轉(zhuǎn)換，遙控電視更換節(jié)目頻道，聯(lián)合收割機割麥子手動控制屬于自動控制的范疇2、開環(huán)控制與閉環(huán)控制l開環(huán)控制、閉環(huán)控制與復(fù)合控制的區(qū)分是在自動控制技術(shù)的范疇劃分的 。l閉環(huán)控制是將控制論的反饋調(diào)節(jié)原理運用到工程技術(shù)中，從控制系統(tǒng)的框圖上看信
13、號的流通途徑形成一個封閉的環(huán)而命名，用這種框圖來描述信號的流通方式是在自動控制技術(shù)范疇?wèi)?yīng)用的。 討論l有些開環(huán)控制系統(tǒng)加上人的控制因素，這個系統(tǒng)就會變成閉環(huán)控制系統(tǒng)，如自行車速控制系統(tǒng)。 蘇教版教師參考書P100l人調(diào)節(jié)可調(diào)光臺燈的旋鈕定義為“人工閉環(huán)控制”（這是自己造的詞） 蘇教版教師參考書P104 討論l我建議只對自動控制系統(tǒng)討論開環(huán)與閉環(huán)控制問題。在其他范圍我們可以討論存在不存在反饋調(diào)節(jié)。l自動控制中閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計正是依據(jù)控制論中功能模擬方法模擬人的作用實現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)的。l上述的說法把本來簡單的事情搞復(fù)雜了。l在討論自動控制系統(tǒng)時，我們要把人和設(shè)備（控制裝置）分開。討論l對于自動控制系統(tǒng)，
14、區(qū)別系統(tǒng)是開環(huán)控制還是閉環(huán)控制的關(guān)鍵就是：系統(tǒng)的設(shè)計中是不是運用了反饋調(diào)節(jié)的控制方式。 l蘇教版P103所舉的三個例子中均不存在反饋調(diào)節(jié)的控制方式，因此是開環(huán)的。lP105活動猴的控制過程中有人參與，不屬于自控控制的范疇，但是用線固定小猴四肢，雖然有人的參與但是人沒有反饋調(diào)節(jié)的余地，因此不存在反饋調(diào)節(jié)的過程?？刂聘拍畹碾`屬層次控制論負(fù)反饋調(diào)節(jié)功能模擬黑箱方法工程控制論生物控制論經(jīng)濟控制論社會控制論人工控制自動控制開環(huán)控制閉環(huán)控制復(fù)合控制自動手動操作操作理論信息通道操作三、自動控制的基本概念1、系統(tǒng)2、自動控制的基本方式開環(huán)控制、閉環(huán)控制、復(fù)合控制3、控制系統(tǒng)的功能方框圖4、控制系統(tǒng)方框圖的繪制
15、5、自動控制系統(tǒng)的分類三、自動控制的基本概念1、系統(tǒng)l自動控制系統(tǒng)中系統(tǒng)的定義是系統(tǒng)論中的“相對孤立系統(tǒng)”的概念，并非是包羅萬象的系統(tǒng)。 相對孤立系統(tǒng) l在我們研究問題時，忽略那些影響概率足夠小的因素，把它看作系統(tǒng)所受的干擾和系統(tǒng)之外的。一個相對孤立系統(tǒng)盡可能是閉合的互為因果網(wǎng)絡(luò)，并且，根據(jù)我們的研究目的和系統(tǒng)變化的時間尺度抓住主要的互為因果變量，構(gòu)造出系統(tǒng)模型。系統(tǒng)不是存在的實體，是人們的一種規(guī)定 自動控制理論對系統(tǒng)的規(guī)定l自動控制系統(tǒng)是指能夠?qū)Ρ豢刂茖ο蟮墓ぷ鳡顟B(tài)進行自動控制的系統(tǒng)。它一般由控制裝置和被控制對象組成。l注意：這個系統(tǒng)中不包括人。l被控對象：是指要求實現(xiàn)自動控制的機器、設(shè)備或
16、 生產(chǎn)過程。l控制裝置：指對被控制對象起控制作用的設(shè)備總體?？刂蒲b置被控對象自動控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的方框圖（方塊圖）環(huán)節(jié)或元部件輸入輸出信號線，箭頭表示信號傳遞的方向，指向信號線，箭頭表示信號傳遞的方向，指向方框為方框為輸入輸入，離開方框為，離開方框為輸出輸出方框方框2、自動控制的基本方式l開環(huán)控制：開環(huán)控制是指控制裝置與被控對象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程。 l洗衣機、微波爐、產(chǎn)品生產(chǎn)流水線、交通指揮的紅綠燈轉(zhuǎn)換（非智能）一般都是開環(huán)控制。案例分析：仿型銑床的控制控制功能框圖：X軸(Y軸與X軸相同)加工指令（輸入）控制器放大器X軸電動機滑板跟蹤頭X方向位移（輸出）開環(huán)控制系統(tǒng)控制器
17、、執(zhí)行器、被控對象加工指令（輸入）X方向位移（輸出）被控對象：滑板（不是被加工的零件）執(zhí)行器：放大器、電動機控制器：計算機系統(tǒng)控制裝置被控對象控制器放大器X軸電動機跟蹤頭滑板閉環(huán)控制l閉環(huán)控制：指控制裝置與被控對象之間既有順向作用，又有反向聯(lián)系的控制過程。 l即系統(tǒng)的輸出反向?qū)斎氘a(chǎn)生影響，所以，閉環(huán)控制系統(tǒng)具有對輸出量的檢測環(huán)節(jié)。l閉環(huán)控制就是負(fù)反饋控制原理在工程上的應(yīng)用。案例分析：某大門的自動控制給定電位計放大器電動機絞盤大門反饋電位計開門或關(guān)門的指令大門的位移控制裝置 被控對象環(huán)境摩擦力開環(huán)控制與閉環(huán)控制的比較l一般來說，開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、工作穩(wěn)定。但由于開環(huán)控制不能自動修正被
18、控制量的偏離，當(dāng)系統(tǒng)的元件參數(shù)變化以及外來的未知擾動時，對控制精度影響較大。l閉環(huán)控制具有自動修正被控制量出現(xiàn)偏離的能力，控制精度較高，但由于存在反饋，也就存在振蕩的可能性（反饋過度）復(fù)合控制 （按干擾補償）l將開環(huán)控制與閉環(huán)控制方式適當(dāng)結(jié)合起來可以組成復(fù)合控制系統(tǒng)。l以地質(zhì)版人體溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)為例，說明一種復(fù)合控制的方式。（因為工程上的例子比較復(fù)雜）復(fù)合控制（按輸入補償）給定電位計放大器電動機絞盤大門反饋電位計開門或關(guān)門的指令大門的位移3、控制系統(tǒng)的功能方框圖一般不用把給定裝置表示出來以大門控制系統(tǒng)為例環(huán)境摩擦力放大器電動機絞盤大門電橋開門或關(guān)門的指令大門的位移3、控制系統(tǒng)的功能方框圖控制器執(zhí)
19、行器被控對象檢測裝置環(huán)境摩擦力歸納：閉環(huán)控制系統(tǒng)的功能框圖4、控制系統(tǒng)方框圖的繪制（蘇教參P110） 方框圖的基本要素方框圖的基本要素 信號線信號線：帶有箭頭的直線，箭頭表示信號傳遞的方向，信號線上一般標(biāo)注信號的名稱，用正、負(fù)號表示信號的正負(fù)，正號一般省略不標(biāo)。信號一般指物理量（位移、速度、電流、電壓、溫度、壓力等）或指令。信號的傳遞具有單向特性，只能按箭頭方向通過。4、控制系統(tǒng)方框圖的繪制（蘇教參P110）l 比較點比較點：也叫綜合點，表示對信號進行代數(shù)運算?？梢杂袃蓚€以上指向比較點的信號，只能有一個離開比較點的信號（運算的結(jié)果只能是唯一的）。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，可以有多個比較點方框圖的基
20、本要素 引出點引出點：表示信號的引出。引出的信號在數(shù)值和性質(zhì)上與原信號完全相同，同一個信號可以多次引出。 方框方框：方框表示系統(tǒng)的環(huán)節(jié)或元部件。指向方框的箭頭表示輸入信號，離開方框的箭頭表示輸出信號。系統(tǒng)中的重要信號 給定量給定量（參考輸入，輸入量，輸入信號，給定值）：指作用于自控系統(tǒng)輸入端并作為控制依據(jù)的物理量或指令。自動控制系統(tǒng)的任務(wù)就是以預(yù)定的精度確保被控量等于給定值。 被控量被控量（自控系統(tǒng)的輸出量）：被控對象中要求保持給定數(shù)值或按給定規(guī)律變化的物理量。如：水位、位移、溫度、轉(zhuǎn)速等。系統(tǒng)中的重要信號 干擾量干擾量（擾動，干擾）：除給定值外，凡能引起被控量變化的外界變量或因素都是干擾量。
21、控制量也能引起被控量變化，在沒有確定控制方案前也是擾動，當(dāng)確定了控制方案后，其屬于系統(tǒng)內(nèi)部因素，不是擾動。 系統(tǒng)中的重要信號 偏差量偏差量：給定量與反饋量的差。注意偏差與誤差的區(qū)別。誤差，表示系統(tǒng)的控制精度（準(zhǔn)確度）。控制系統(tǒng)將給定量與反饋量的偏差值，輸入給控制器作為調(diào)節(jié)的指令，使控制系統(tǒng)向減少偏差的方向調(diào)節(jié)。負(fù)反饋系統(tǒng)或閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制機制從本質(zhì)上說就是按偏差調(diào)節(jié)。系統(tǒng)中的重要信號 控制量控制量：能夠直接引起被控量向減少偏差的方向改變的物理量。直觀上看是執(zhí)行器的輸出。 反饋量反饋量：將被控量測量后送回到輸入端進行計算比較的物理量。 往往，反饋量與被控量并不是同一類型的物理量。比如：大門控制
22、系統(tǒng)，測量的是位移，反饋給輸入端的是電壓。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成 被控對象被控對象：自動控制系統(tǒng)需要進行控制的機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程。（是系統(tǒng)的主體） 檢測裝置檢測裝置（反饋元件）：其功能是對輸出量進行測量并反饋到輸入端提供給比較環(huán)節(jié)與輸入信號進行比較。 比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)：對系統(tǒng)的輸出量與反饋量進行比較計算，得出偏差信號。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成 放大元件放大元件 ：進行信號的幅值或功率的放大。 執(zhí)行元件執(zhí)行元件：根據(jù)放大后的偏差信號對被控對象執(zhí)行控制任務(wù)，實現(xiàn)被控量達到希望值。注意： 元件的功能和名稱不是絕對的，一些裝置可能具有多種功能，一些功能可能由多個元件來實現(xiàn)的，這時可按其主要的作用來
23、命名。系統(tǒng)的框圖不是唯一的。閉環(huán)控制系統(tǒng)的功能框圖控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對象被控對象檢測裝置檢測裝置返回給定電位計放大器電動機絞盤大門反饋電位計開門或關(guān)門的指令大門的位移控制裝置 被控對象環(huán)境摩擦力5、自動控制系統(tǒng)的分類l按照描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不同，可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)或定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)；l按照系統(tǒng)傳送信號的性質(zhì)，可分為連續(xù)時間系統(tǒng)和離散時間系統(tǒng)；l按照系統(tǒng)元件類型，可分為機電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等；l按照系統(tǒng)的功用分類，則有溫度控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)等；l按照系統(tǒng)輸入信號的變化規(guī)律不同，則有隨動系統(tǒng)和恒值系統(tǒng)之分。討論：地質(zhì)版P120表43分類依據(jù)控制種類特征教材
24、中的實例信息流的傳遞方式開環(huán)控制信號傳遞是從輸入到輸出的單一傳遞方向自動門閉環(huán)控制信號傳遞既有從輸入到輸出的方向，也有從輸出經(jīng)反饋回到輸入的方向。形成一個封閉的環(huán)。 水箱水位人體溫度飛機俯仰姿態(tài) 給定量的特點 恒值控制 給定量是一個定值或范圍。 自動門（開關(guān)位置）水箱水位控制人體溫度控制隨動控制 輸入信號的變化規(guī)律可以是時間的任意函數(shù)。飛機俯仰姿態(tài)控制？四、控制系統(tǒng)功能方框圖繪制練習(xí)l案例一：抽水馬桶的控制系統(tǒng)(蘇教版P120）l被控對象：抽水馬桶的水箱l被控量：水箱水位l給定量：由杠桿浮球共同設(shè)定的希望水位l計算比較由杠桿、浮球來完成（被控量是否達到希望水位）l控制量：直接引起水箱水位向減少
25、偏差的方向改變的量是進水流量（注意進水流量與進水量的區(qū)別）l控制器：主要完成計算比較的杠桿l測量裝置（反饋元件）：主要是完成測量任務(wù)的浮子。l執(zhí)行元件：進水閥門。執(zhí)行計算比較之后的任務(wù)。l干擾量：水箱的出水流量。分析清楚系統(tǒng)中各元件的功能和重要的物理量，系統(tǒng)的控制框圖就完成了 案例二：飛機俯仰姿態(tài)的控制（地質(zhì)版P116）l被控對象是飛機l被控量是飛機的實際俯仰角l給定值是希望的俯仰角，通過給定電位器來設(shè)定的給定電位l控制器是放大器l執(zhí)行器是舵機、舵面l反饋元件是垂直陀螺儀和反饋電位器。l控制量是舵機使舵面偏轉(zhuǎn)的角度，這個量直接使飛機改變俯仰角。方框圖：練習(xí)電冰箱制冷控制系統(tǒng) l冰箱的溫度控制盒
26、通過雙金屬感溫元件，測量箱內(nèi)的溫度，并與要求的溫度進行比較，當(dāng)箱內(nèi)溫度過高時，接通繼電器，給壓縮機供電，壓縮機使氟里昂在蒸發(fā)器與冷卻器之間循環(huán)達到制冷的目的。l該系統(tǒng)中 是被控對象， 是被控量， l是執(zhí)行機構(gòu)， 起到測量、比較、變換的作用。l 是給定裝置， 是干擾信號。試畫出系統(tǒng)功能方框圖，并指出基本控制方式。電冰箱的控制方框圖討論：被控對象：高壓鍋（鍋體）被控量：鍋內(nèi)的壓力（溫度是通過壓力間接控制的）給定值：由安全閥上的重錘的重量來設(shè)定對應(yīng)著一個確定的安全壓力。（一定的壓力也對應(yīng)著一定的溫度。）計算比較：通過作用在重錘上的重力與鍋內(nèi)壓力實現(xiàn)比較執(zhí)行元件：放氣孔和安全閥測量元件：反饋通過安全閥上的重錘隨時測量著鍋內(nèi)的壓力討論：建立信心，熟能生巧l以上內(nèi)容只是一家之言，僅供參考，很愿意與各位老師一同探討。l感謝各位老師耐心的聆聽l感謝基教研所孟老師、吳老師的支持l感謝聯(lián)大生化學(xué)院蔡老師的幫助
通用技術(shù)專題 第四單元 控制與設(shè)計
