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1、第四章、控制与设计,一、了解控制,“勇气”号火星登陆车,实际上，如果我们希望某一事物按照自己的意愿发展，就要对其进行干预，这种根据自己的目的，通过一定的方法使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制。,开环控制和闭环控制,能将控制的结果（即比较量）反馈回来与希望值（即基准值）进行比较，并根据他们的误差及时调整控制作用的系统，称为闭环控制系统。而不将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统，称为开环控制系统。系统中将控制结果反馈回来的部分，称为反馈环节。闭环控制系统都有反馈环节，所以有时又称闭环控制系统为反馈控制系统。反馈环节是闭环控制系统的重要特征。,手动控制和自动控制,控制系统必须在人的干预下才
2、能完成控制任务。这种控制系统，我们称之为手动控制系统。而在控制的过程中如果不需要人的干预，就可按期望或预定程序进行的控制系统称为自动控制系统。,第二节,一、控制系统的组成,控制系统的组成和描述,案例1、投掷飞镖,大脑,肢体,飞镖,期望值,落点,命令发出者,命令执行者,命令的作用对象,大脑,肢体,飞镖,投掷飞镖的控制过程包括了下面几个组成部分：,案例2、骑自行车的控制过程,大脑,肢体,自行车,期望值,行驶方向,眼睛,命令发出者：,命令执行者：,命令的作用对象：,自行车,大脑,肢体,想一想：,联系前面所学的控制系统的相关知识，两个例子有什么异同？,图1：投掷飞镖的控制过程,大脑,肢体,自行车,期望
3、值,行驶方向,眼睛,图2：骑自行车的控制过程,反馈环节,输入,输出,构成闭合回路：,反馈环节,小练习,1、如果将我们的身体看成是一个控制系统，在你从书架上拿出一本你想要的书的过程中，身体各部分分别完成什么功能？,大脑,手,书本,眼睛,女红的基本功“穿针引线”！,大脑,手,针、线,眼睛,“穿针引线”过程中,2、电冰箱工作原理,预置温度,微型电脑,继电器,压缩机,温度传感器,比较器,冷藏室,结果,指令,控制,制冷,微型电脑,继电器、压缩机,冷藏室,温度传感器,概念化：,给定量,期望值,命令发出者,命令执行者,命令的作用对象,反馈环节,控制目的,对控制对象所产生作用,控制器,执行器,被控对象,反馈环
4、节,被控量,控制量,描述性语言,概念,大脑,肢体,飞镖,期望值,落点,给定量,控制器,执行器,被控对象,被控量,试一试：,说出骑自行车控制过程的给定量、控制器、执行器、被控对象、反馈环节、被控量、控制量。,大脑,肢体,自行车,期望值,行驶方向,眼睛,杠杆比较,进水阀门,浮球,水箱,进水管,抽水马桶中的水位控制,控制系统的,框图表示,1、控制系统的组成,组成：控制器、执行器、被控 对象、反馈环节,相关量：给定量、控制量、被 控量,框图表示,1、开环,2、闭环,框图表示,小练习：用方框图将下面的几个控制系统表示出来。,热电偶,控制器,加热器,加热炉,设定温度,比较器,1、加热炉的温自动控制系统,热
5、量,温度,眼睛,大脑,手、阀门,容器,给定值,比较器,2、人工调节液面,液体输出量,液面位置,第三节 简单控制系统的设计,一、明确设计目的,控制的对象是什么,系统要达到的控制效果,定时翻转的广告牌,二、确定设计方案,工作的基本原理,开环？闭环？,手动？自动？,方案1,将需要展示的画面（广告）连在一起，然后卷在两根轴上，当同时转动两根转轴时，画面就可以依次显示。,手动控制 自动控制,实例：自动换画灯箱,内部结构包括照明、机械传动、微电脑控制系统。机械传动系统为微电脑控制驱动下的高性能电机，驱动上下,（或左右）卷画轴旋转，从而使卷绕在卷画轴上的画面有规律的往复运动；,方案2,三棱柱的每一面对应一幅
6、画的一部分，当所有三棱柱同时转动时，可将三幅图像顺序显示出来。,这类广告牌拥有三个版面，是由电脑控制，在固定的时间旋转。广告商只要在广告牌上打广告，就可以看到三个不同的画面出现在同一个广告牌上。,实例：三面翻转广告,确定设计方案：选择方案1中的自动控制系统,三、选择实现方法,1、电动机转速快，需减速。,设计减速装置,使用定时控制器、继电器,2、准确控制电动机转动、停止的时间，使电动机停止期间，画面显示完整。,减速装置,控制系统的设计框图,定时控制器,继电器电动机减速器,广告牌,给定值,转动/停止,转速,四、完成设计,1.找材料；2.加工处理；3.组装。,五、评估,1.是否到达预期效果；2.其他
7、人的评价；3.如何改进。,小结,简单控制系统的设计过程：,一、明确设计目的,二、确定设计方案,三、选择实现方法,四、完成设计,五、评估,控制中的干扰,一、复习与回顾,控制分类,控制系统的组成,开环控制和闭环控制,手动控制和自动控制,控制器 执行器 被控对象 反馈,小游戏,1、在正常条件下降落。,2、在有侧风的条件下降落：,问题：如果按正常条件下的降落方式 还能正中目标吗？为什么？,干扰的涵义：,对控制系统的行为造成影响的有害的信号及扰动，即除给定量外，引起被控量量值变化的各种因素。,控制器,执行器,被控对象,给定值,被控量,干扰,反馈环节,控制器,执行器,被控对象,给定值,被控量,干扰,比较器
8、,二、干扰对控制功能的影响,1、现实生活中的例子：,外界光线对投影效果的干扰,对汽车驾驶的干扰,2、思考与分析,（1）在出现干扰的情况下，开环控制系统和闭环控制系统哪种受干扰的影响小？为什么？,闭环控制系统受影响较小，因为闭环控制系统能不断修正控制效果。,（2）举出一些由于干扰而使控制系统受到影响的例子。,雨天交通 病毒攻击 手机干扰飞机,2、思考与分析,三、克服干扰的基本方法,1、消除干扰2、减弱干扰3、提高控制系统功能,想一想：如何消除侧风对羽毛球下落的 干扰？,克服的基本方法：,讨论,分析下列控制中的干扰，讨论如何克服该控制系统中的干扰：,轮船行使；,汽车驾驶；,汽车驾驶,1、控制系统的克服措施：刹车、转向、鸣喇叭；,2、针对干扰源的措施：加强国民交通意识；,3、管理措施：交通部门设立道路隔离带、交通法加 重对违章的处罚；,轮船行使,1、环境因素：选择风平浪静的天气；,2、轮船本身设计：改变轮船的长宽比、增加减摇鳍、船艏设计；,综合分析：,闭环控制系统比开环控制系统具有更好的抗干扰能力，那么是否都应该用闭环控制代替开环控制？,是否采用闭环控制主要看对控制系统的要求（如成本、控制要求）。例子：空调和风扇的使用选择,小结,1、干扰的概念2、克服干扰的基本方法,
