控制系统的基本组成与工作过程

第四章控制与设计第二节控制系统的基本组成与工作过程什么是控制？

人们根据自己的目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制。回顾知识手段：控制技术控制必备的三个条件：1、控制要达到什么目的；2、控制的对象是什么；3、采取什么控制手段。目的——对象——手段

控制三要素按照控制方式分类：1、人工控制：由人本身通过判断和操作进行控制称为人工控制。如：手按遥控器、人开灯和关灯等2、自动控制：指不需要人工操作，使机器、设备自动地按照预定的规律工作称为自动控制。如：声控电灯、全自动洗衣机、无人驾驶飞机等按照执行部件的不同，控制分为：机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等.对于自动控制按控制方式分为：开环控制、闭环控制和复合控制。控制系统的基本组成简单的控制系统由两部分组成：1、被控对象2、控制装置（包括：传感器、控制器、执行器等）传感器

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。典型控制系统案例分析1、自动门【案例分析】自动门的控制系统：

系统组成：传感器、控制器、执行器（电动机）、被控对象（门）。

工作过程：

当有人到达门前某一距离时，传感器感知，发出“有人”的信号，控制器接到传感器传来的信号后，经变换放大后传给执行器（电动机），电动机根据传来的开门信号转动，门（被控对象）被打开，控制器保持开门信号延时设定的时间后，自动发出关门信号，电动机反转，门重新关闭。与人类比，传感器相当于眼睛，判断有没有人要通过；控制器相当于人脑，根据眼睛传来的信号下达指令；执行器相当于人手，把门打开。

自动门的动作过程当门口没有人时，门是关着的；当有人来到门口时，门自动打开；当人离开门口后一段时间，门又自动关闭。提问：当人站在门口不动，大门会怎样？门的开启人工控制框图大脑手眼睛输入门输出被控对象控制装置自动门的控制过程输入红外装置检测到人体热辐射发出的信号控制电路电机门门的开启或关闭传感器控制器执行器被控对象输出控制装置被控对象人工控制与自动控制的区别输入：开/关眼睛传感器控制器电机大脑手门门人工控制自动控制传感器控制器执行器门门被控对象2、水箱水位控制以抽水马桶水箱为例典型控制系统案例分析水箱水位控制——自动控制水箱水位控制——人工控制系统组成：水箱（包括水箱内的水）、进水阀门、人工作过程：当水面低于设定水位时，人打开阀门放水入水箱，人眼监视水面高度；当水面达到设定的水位时，人关闭阀门。人工控制水箱水位框图给定水位输入大脑判断手阀门水箱输出实际水位眼睛反馈———比较环节水箱水位控制——自动控制系统组成：水箱（包括水箱里的水）、阀门、连杆机构、浮子（俗称水漂）工作过程：1、当水面低于设定水位时，浮子下落，阀门打开，进水；2、浮子监测水面高度，并随着水面升高而浮生；3、当水面达到设定的水位时，浮子传感，通过连杆机构，将阀门关闭。自动控制水箱水位框图（给定水位）输入水位差连杆机构水箱输出（实际水位）浮子反馈—阀门（开度）水位差——信号实际水位——即输出量阀门开度——控制量反馈：将输出信息反传给比较环节的做法，称之为反馈。负反馈：反馈信息与原信息起相反的作用，使总输入量减小。目标偏离减小。（—）正反馈：反馈信息与原信息起相同的作用，使总输入量增大。目标偏离增加。两种控制方式对比环节方式传感器控制器执行器被控对象人工控制人眼人脑与手阀门水箱自动控制浮子连杆机构阀门水箱两种自动控制的比较传感器输入有人否控制器电动机（执行器）门（被控对象）输出开/关（给定水位）输入水位差连杆机构水箱输出（实际水位）浮子反馈—阀门（开度）开环控制系统：闭环控制系统：开环控制系统的特点（１）控制系统的输出量不对系统产生影响；（２）系统的输出量直接受输入量的控制；（３）信号（或信息）的传递是单向的，总是从输入端单向传至输出端；（4）无反馈环节。闭环控制系统的特点（1）信息路径两条：一条自输入端传至输出端，另一条是输出端信息经反馈环节返回到输入端的比较环节，形成一个闭合的环路；（2）有检测装置。有反馈，反馈影响控制。能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据误差及时调整控制作用A.拔动教室电灯开关，灯的亮与不亮与手动有关。B.声光感应开关，当有声音时灯亮。C.红外感应出水龙头，手靠近水龙头出水，离开则不出水。D.宾馆自动门，当有人进入，门自动打开。E.当手靠近自动烘手机时，机器启动；当手离开时，机器关闭。日常生活中的控制：归纳、抽象以上活动的特征:

一个输入信号（如手拔开关）对应着一个输出信号（如灯亮或不亮）。

控制系统的输入输出之间有一定的对应关系。一般的控制过程都有