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第四章控制与设计一、控制的要素：、、。这三个也是理解控制现象必须弄明白的问题。例题1、理解一个控制现象，要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。例如，射击比赛的射手通过瞄准目标，使子弹射中靶心，分析这个过程，其控制的对象是：（）A、人B、枪C、子弹D、靶二、控制的类型：1、从控制过程中人工干预的情形来分：①（手动控制）：（必须在人的直接干预下才能完成控制任务的控制系统。）如人工纺纱、打开普通自来水龙头，揿按键打开电灯、驾驶汽车等；②：（不需要人的干预，就可按期望规律或预定程序进行的控制系统。）例题1、控制系统中属于自动控制系统的是（）A、按钮开关控制B、普通自来水龙头C、花房恒温控制D、汽车驾驶2、从手摇扇到电风扇到空调器的发展过程来看，体现了（）A、从机械控制到电子控制的过程B、从手动到手动控制再到自动控制的过程C、从手动到电动控制的过程D、从自动到手动控制的过程3、下列控制现象是自动控制的是（）A、骑自行车B、舂米C、农用灌溉抽水的控制D、用气筒给自行车的轮胎充气三、控制系统的组成简单的控制系统由两部分组成，即和。其中控制装置，包括、控制器、等环节，对于闭环控制系统来说，还包括反馈环节和比较环节。还要了解简单控制系统的输入量、输出量、控制量、被控制量等。四、控制系统的分类：开环控制与闭环控制（一）开环控制系统（不将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统）1、：是指输出量不对系统的控制产生任何影响的控制系统。如十字路口的红绿灯定时控制系统、楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统等。例题1、下列控制系统中，属于开环控制系统的是（）A、电冰箱的温度控制B、计算机的CPU上的风扇的转速控制C、现代化农业温室的温度控制D、电风扇调速开关系统2、下列不属于开环控制系统的是：（）A、自动门B、自动声控灯C、自动烘手机D、电饭锅温控系统2、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。3、开环控制系统的方框图：（1）输入量：控制系统的给定量，如游泳池进水的设定时间。例题1、箱工作时温度设定在一定的范围值，当箱内温度变化超过设定的范围值时，热敏电阻的阻值也相应地变化，通过热敏电阻的变化电流经过三极管放大器的放大，带动继电器，控制控制量输出量输入量传感器控制器执行器被控对象压缩的启动，实现电冰箱的温度控制。温度的变化量是：（）A、输入量B、输出量C、控制量C、被控量（2）输出量（被制量）：控制系统所要控制的量，也就是说这个系统要控制的是什么量，也是控制系统的输出信号，如游泳池的水位。例题1、投篮的过程中，被控量是：（）A、篮框的位置B、投篮的力度、角度C、篮球的落点D、以上皆是（3）控制量：执行器的输出信号，能对控制被控对象产生作用，从而被控量发生变化的量。如流过阀门的水量。例题1、冰箱工作时温度设定在一定的范围值，当箱内温度变化超过设定的范围值时，热敏电阻的阻值也相应地变化，通过热敏电阻的变化电流经过三极管放大器的放大，带动继电器，控制压缩的启动，实现电冰箱的温度控制。温度的变化量是：（）A、输入量B、输出量C、控制量D、其他量（4）被控对象：控制系统中所要求控制的装置或生产过程，如游泳池。（需要控制的机器、设备或生产过程）例题1、按时间顺序进行控制的“交通路口红绿灯控制系统”的方“图如下。此方框图中，被控对象是()。A、控制电路B、红绿灯C、开关装置D、红绿灯的开关状态2、“皮影戏”是我国的传统的民间艺术，演员只要在屏幕和灯光之间抖动如栓在“小兔”身上的细线，屏幕上就能出现生动活泼的小兔形象，这是一种控制现象，其控制对象是（）A、细线B、“小兔”C、屏幕D、灯光（5）执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件，在控制系统中，将控制器的信号转变成能影响被控对象的信号装置。如进水阀门；例题1、自行车刹车控制过程如下：刹车时，施加一定的握把力，通过杠杆系统，使刹车片压紧车圈（或轮轴），车轮减速。刹车握紧力与车轮转速一一对应。这是一个开环控制系统，其方框图如下。在这个控制系统中执行器是（）A、握把B、杠杆系统C、刹车片D、车轮2、以下的控制系统方框图中，执行器是（）3、自行车速度控制系统中的被控对象和执行器分别是（）A、人和自行车B、自行车和速度C、自行车和刹车片D、刹车柄和刹车片（6）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，如控制电路。（对被控对象车轮转速握紧力刹车片握把、杠杆系统车轮控制电路开关装置红绿灯开╱关状态设定时序(时间信号)起控制作用的设备总体，即控制装置。）例题1、小朋友在玩用筷子夹乒乓球的游戏，这个过程的被控对象、控制器和执行器分别是：（）A、筷子、大脑、手B、筷子、眼睛、手C、乒乓球、手、筷子D、乒乓球、大脑、手（7）传感器：监测元件。感知信号并传递信号至下一环节。（二）闭环控制系统1、：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。例题1、[齐鲁名校2008-2009高三质量监测]卫生间的抽水水箱，当放水冲刷时，水箱水位下降，浮球也随之下沉，这时与浮球以杠杆相连接的活塞式进水阀门打开，开始注水。水位升高，浮球上升，进水阀门逐渐关小，浮球升到一定位置，进水停止。这种控制系统是（）A、闭环控制系统B、开环控制系统以C、浮球控制系统D、活塞控制系统2、学校的打铃系统目前一般都由电脑控制，其控制系统为（）A机械控制、闭环、控制系统B、电子控制、闭环控制系统C机械控制、开环控制系统D、电子控制、开环控制系统2、特征：系统的输出端与输入端信号之间存在一个回路——反馈回路。这类控制系统的结构较为复杂，信息流经的路径有两条，一条自输入端传到输出端，另一条是输出端信息反传到输入端的比较环节。它可以有较高控制精度和有较强的抗干扰性能。3、简单闭环控制系统的方框图：①：比较器它将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值；②反馈环节：监测装置检测装置测量出被控量并返回到系统的输入端。③反馈：控制系统中，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，就是反馈。即，将输出信息反传给比较环节的做法。利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法，称为反馈方法。如自动电水壶具有当水沸腾时自动切断电源的功能。例题1、用者虽然不一定懂得电机内部的构造和机理，却知道按哪个开关打开它，调整哪些开关可以得到清晰稳定的画面效果，判断什么情况下大概出了什么故障等等。这是（）方法的一种具体应用。A、功能模拟法B、黑箱方法C、反馈方法D、控制方法被控量输出量干扰信号控制量给定量﹢输入量控制器执行器被控对象反馈环节（检测装置）—反馈量偏差量比较器反馈环节④干扰信号：干扰因素。在控制系统框图中，干扰作用一般表示在上。⑤控制系统的干扰因素：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。有的干扰因素是由于环境造成的，如影响自行车行驶速度的变化的自然风等；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。在控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个。如战士在大风大雨中进行射击练习，风和雨都是子弹命中准确度的干扰因素。控制系统在工作中必须克服干扰，使被控量稳定。例题1、在空调器的温度控制系统中，下列不属于影响其温度控制的干扰因素的是（）A、打开门窗B、空调器所在的房间温度由200C变到320CC、市电压不稳定D、房间内人数增加2、在电冰箱的温度控制系统中，下列情况不属于影响其温度控制的干扰因素有（）A、打开冰箱门B、电冰箱所在房间的温度从20℃变到32℃C、热菜或饭菜放入电冰箱中D、在电冰箱外放一盆冷水3、普通的家用燃气热水器在使用的过程中往往会出现出水温度不稳定的现象，最有可能的干扰因素是：（）A、燃气热水器周围通风不畅B、进入到燃气热水器的液化气气压不稳定C、燃气热水器喷气口有脏物使喷气不畅D、有人在附近开关水笼头导致水压不稳定(三)开环控制与闭环控制的简单区分在分析一个系统是开环控制系统还是闭环控制系统，首先要分清所给出的系统是指的哪段过程或者是系统的哪一部分。1.通过观察开环控制框图和闭环控制框图来区分：闭环控制框图有“比较器”和“反馈环节”，开环控制没有；闭环控制框图形成一个闭合回路，而开环控制框图不是。2.看“传感器”感知的量，闭环控制中的“反馈环节”就是“传感器”，感知的是输出量；而开环控制中的“传感器”感知的是输入量。3.看是否存在“反馈环节”：闭环控制中的“输出量”会通过“反馈环节”反馈到输入端与“输入量”进行比较，而开环控制中的输出量不会被反馈。4.看输出量是否对控制过程产生影响：开环控制系统，输出量不对控制过程产生任何影响（类似物理电路中开路）；闭环控制系统，输出量对控制过程产生影响（类似物理电路中的闭合回路）。