第四单元 控制与设计（第四单元 控制与设计（ Control&DesignControl&Design ））

通古今中外 用现代未来 技神乎其也 术在行动中

4.2控制系统的工作过程与方式

复习巩固：开环控制系统通用方框图

输入量

控制器

执行器

被控对象

输出量

控制量

公共汽车车门的开关控制是气动控制，司机操作开关的装置，电流控制“电磁阀”的启闭，通过电磁阀决定压缩空气的流向，最后由压缩空气推动双向汽缸内的活塞带动连杆机构开门或关门。开关门的按钮开关门的按钮

（输入量）（输入量）电磁电磁

阀阀双向双向汽缸汽缸

汽车汽车车门车门

车门的开关车门的开关

（输出量）（输出量）

位移（控制量）位移（控制量）

巩固练习

一、闭环控制系统开环控制系统给游泳池注水

设定注水的时间

定时器

进水阀门

游泳池

游泳池的水位

输入

输出

水流量

给定水位

控制器

进水阀门

游泳池

水流量

检测装置

× +

-

改成根据水位来确定注水时间

比较器游泳池的水

位

1.闭环控制系统定义

系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。

2.闭环控制系统方框图

给定量

控制器

执行器

被控对象

控制量

检测装置

被控量×

+-

比较器

案例分析 在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对

容器中的液位（水位）进行自动控制。 抽水马桶就是典型的案例：

请尝试画出抽水马桶的控制系统方框图

三、干扰与反馈 在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。

例如：人在逆风中骑自行车

风

应保持的速度 自行车 行车速度

在空调的控制系统中，下列哪些处于干扰因素？ ⑴开门、开窗； ⑵房间里增加人； ⑶打开房间里的吊扇； ⑷房间里的人走动。

马上行动

游泳池水位控制系统的干扰因素

定时器的误差（定时控制系统） 进水阀门水流量的不稳定性

控制系统中，为了克服干扰，保持输出稳定，需要将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较，这种比较过程称为反馈。 闭环控制系统是指在系统的输出端与输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生影响的控制系统。 闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量（输出量）的偏差。

四、闭环控制系统与开环控制系统的比较

比较项目 开环控制系统 闭环控制系统能否自动调整和

补偿 不能 能

控制精度 比较低 高结构 简单 相对复杂

适用场合控制精度要求不高而系统本身的元件又比较稳定的场合

要求高精度和高可靠性的场合

五、黑箱方法

西瓜拍 控制系统

系统的输入 系统的输出

所谓黑箱方法是将要研究的系统作为黑箱，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断系统内部结构及其功能的方法。

声音

马上行动：列举黑箱方法应用的例子，并填写下表。

黑箱方法应用的例子 输入 输出 需要了解的情况

信息学奥赛选手程序 初始数据 运算结果 程序是否正确

⑴ 路灯控制系统 路灯控制系统一般分两种，一种是定时控制，比如下午6 点自动打开，早上 7 点自动关闭；另一种是增加感光电路，当光照低到某个值时自动打开路灯，反之自动关闭。

五 .马上行动

光线光线亮度亮度

感光感光传感器传感器 开关电路开关电路 灯灯 灯的灯的

亮灭亮灭开关信号

设定的设定的时间时间 定时电路定时电路 开关电路开关电路 灯灯

开关信号 灯的灯的亮灭亮灭

⑵ 电冰箱的温度控制系统

设定设定温度温度 控制电路控制电路 压缩机压缩机 电冰箱电冰箱 输出输出

温度温度

温度检测装置温度检测装置

+

-

比较器

⑶ 走道路灯的声控系统

声音声音 声音声音传感器传感器 开关电路开关电路 灯灯

开关信号灯亮灯亮

(4)交通路口红绿灯自动控制（根据车流量大小改变红绿灯时间）系统

设定红设定红绿灯停绿灯停留时间留时间

控制控制电路电路

红绿灯红绿灯转换器转换器

红绿灯红绿灯 红绿灯红绿灯停留时停留时

间间

车流量检测装置车流量检测装置

开关+

-

比较器

课堂小结1.闭环控制系统方框图

给定量

控制器

执行器

被控对象

控制量

检测装置

被控量×

+-

比较器

2. 干扰：在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素

3. 反馈：控制系统中，为了克服干扰，保持输出稳定，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程。

作业1. 路灯控制系统

路灯控制系统一般分两种，一种是定时控制，比如下午6 点自动打开，早上 7 点自动关闭；另一种是增加感光电路，当光照低到某个值时自动打开路灯，反之自动关闭。

2. 电冰箱的温度控制系统3. 走道路灯的声控系统4. 交通路口红绿灯自动控制（根据车流量大小改变红绿灯时间）系统