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更新日期:2019-2-7    作者:浙江宁波考试第一线    编辑:admin    点击量:7754

第四单元  控制与设计

一、控制的手段与应用

1.控制的含义:b

人们按照自己的意愿或目的,通过一定的手段,使事物向期望的目标发展,这就是控制。

2.控制的手段:a

3.控制的应用:b

1)生活:控制应用到生活中,提高了人们的生活质量,人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境,使之满足人们的需要。

2)生产:生产中往往需要对温度、湿度、压力、速度及加工动作等进行控制,控制在生产中得到了极为广泛的应用。

3)军事国防:控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。

二、控制系统的工作过程与方式

1.简单开环控制系统的基本组成和工作过程:c

概念:控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响的控制系统。

例:红绿灯定时控制系统、防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统、

红外线自动门控制系统、普通电风扇风速控制系统、可调光台灯控制系统等。

特征:系统的输出量仅受输入量控制,输入量到输出量之间的信号是单向传递。

方框图:

输入量:控制系统的给定量。

控制器:对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。

执行器:直接对被控对象进行控制的装置或元件

控制量:执行器的输出信号。

被控对象:控制系统中所要控制的装置或生产过程

输出量:控制系统所要控制的量。

2.闭环控制系统的基本组成:b

概念: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。

例:供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的温度自动控制系统、花房温度控制系统、家用电饭锅保温控制系统、家用电冰箱温度控制系统等。

基本组成:与开环控制系统相比,闭环控制系统多了检测装置、比较器。

3.闭环控制系统的方框图:c

4.控制器和执行器的作用:c

控制器:对输入信号(偏差值)进行运算处理,并发出控制命令。

执行器:根据指令对被控对象直接控制。

三、闭环控制系统的干扰与反馈

1.干扰因素:c

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。

有的干扰因素是环境造成的,如影响自行车行驶速度的变化与自然风等;

有的干扰因素是人为原因所致,如影响飞机导航信号的手机信号等。

2.反馈的含义:b

控制系统中,将输出量通过适当的检测装置,返回到输入并与输入量进行比较的过程,就是反馈。

例:投篮、自动电水壶

3.反馈环节的作用:a

通过将输出量通过适当的检测装置,返回到输入并与输入量进行比较,从而减少输出量的偏差,稳定输出量。

4.闭环控制系统的工作过程:a

1)闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控制量(输出量)的偏差。

2)工作过程:

①由于干扰因素的存在,系统的被控量偏离给定值时;②闭环控制系统中的反馈环节能及时检测出被控量的值,并迅速反馈到输入端,与给定值进行比较;③控制器根据比较得到的偏差信号进行调节,从而是系统的被控量接近给定值,达到精确控制的目的。

例:供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的温度自动控制系统

5.功能模拟方法:a

以功能和行为的相似性为基础,用“模型”模拟“原型”的功能和行为的方法,就是功能模拟方法。

6.黑箱方法:a

把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,进而推断出系统内部结构及其功能的方法,就是黑箱方法。

例:通过输入图像、电或声音信号,观测、分析脑电波的输出反应,研究人脑对视觉或听觉信息的传递、变换和处理功能,得知人脑内部结构的细节,就是黑箱方法的运用。

7.开环控制系统与闭环控制系统的比较:

开环控制系统一般结构简单,适用于控制精度要求不高而系统本身的元件又比较稳定的场合。

闭环控制系统设计比较麻烦,结构相对复杂,构成控制系统的成本较高。闭环控制系统是自动控制中广泛采用的一种方式,用于要求高精度和高可靠性的场合。

四、控制系统的设计与实施:c

1.控制系统设计的一般思路

系统要达到的目标?控制的对象?被控对象的特性?被控量和控制量?外界的主要干扰因素?怎样的方案既达到目的、又经济、易于实现?设备和元件?

2.开环控制系统的设计(书本P119案例分析:电吹风控制系统的设计)

开环控制系统的设计相对比较简单,在明确设计要求,明确被控对象、被控量和控制量后,即可考虑具体控制系统的方案。

3.闭环控制系统的设计(书本P120案例分析:抽水马桶水箱的自动控制系统的设计)

基本要求:

第一、一个闭环控制系统要正常工作,首先必须是稳定的。

第二、控制系统的控制精度必须符合要求,即系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内。

第三、闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。

在进行闭环控制系统的设计时,几项控制要求之间往往会产生矛盾,需要结合具体问题全面解决或有所侧重地解决。

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