闭环控制系统方框图
通用技术开环和闭环控制系统
控制系统旳
工作过程与方式
一、控制系统
电风扇旳风速控制是经过变化电机旳转速 来实现旳。给电风扇设定风速挡位，电机就以 一定旳转速带动扇叶转动，输出预定旳风速。 风速挡位是该控制系统旳输入，扇叶转动旳风 速是该控制系统旳输出，一种挡位相应着一种 风速。
电风扇旳控制
输入 风速挡位
输出 电路、电机、扇叶 风速
电饭煲
电源旳电信号 锅内旳温度
脱粒机
电源旳电信号 脱粒旳量
红外线自动水龙头 人手旳红外信号 水龙头旳出水量
2、分类：
开环控制系统 控 （open loop control system） 制 系 统
闭环控制系统 （closed loop control system）
二、开环控制系统
案例分析：自动门
水箱注水控制系统方框图：
设定 时间
控制器
水流量
水箱旳水位
进水阀门
水箱
（输出）
增长反馈后水箱注水控制系统方框图
比较器
给定 + 水位
控制器
水流量 进水阀门
检测装置
水箱
水箱旳水位 （输出）
1、定义：
系统旳输出量返回到输入端并对控制过程产 生影响旳控制系统称为闭环控制系统
2.特征：系统旳输出端与输入端信号之间存在 一种回路——反馈回路。
关闭
请完毕P106旳“立即行动”
1、家用缝纫机旳缝纫速度控制系统（属于开环控制系统）
脚踏
脚蹬、曲柄、链轮
缝纫
力度
中轴、链条
速度
2、电冰箱旳温度控制系统（属于闭环控制系统）
设定 温度
比较器
控制 器
制冷 温度值 温度计 装置
三《闭环控制系统的干扰与反馈》.ppt
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
马上行动
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。
比较器 +
-
控制电路 压缩机 温度检测装置
电冰箱
输出 温度
⑶走道路灯的声控系统
声音
声音 传感器
开关信号
开关电路
灯
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 绿灯停 留时间
比较器 +
-
控制 电路
红绿灯 开关 红绿灯 转换器
车流量检测装置
红绿灯 停留时
间
课堂小结
1.闭环控制系统方框图
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。
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。
拍
西瓜
声音
系统的输入
控制 系统
系统的输出
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 信息学奥赛选手程序
闭环控制系统的方框图27页PPT
闭环控制系统的方框图
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
07自控原理12
其中, 系数a、b 可以是常数, 也可以是时变系数；r(t) 表示输入 ;c(t) 表示输出。 9
线性系统也可细分成两类： 1）系统微分(或差分)方程的系数均为常数,称为线性定常 系统。 定常特性：系统的响应曲线形状, 只取决于具体的输入, 而与输入的时间起点无关。 2）微分(或差分)方程的系数有时间的函数,则称为线性时 变系统. 至少有一个系统组成元件静特性是斜率随时间变化的直线 。
1.系统分析 (1) 建立系统的数学模型。 (2) 分析系统的性能, 计算三大性能指标是否满足要求 (3) 分析参数变化对上述性能指标的影响,决定如何合理 地选取。
20
2. 系统的设计
步骤如下 :
(1)根据要求的性能指标,综合出系统应有的数学模型。
(2)根据已知的被控对象,求出对象的数学模型, 并画出系 统结构图. (3)按结构图与数学模型关系, 根据己知部分和系统应有 的数学模型,求出控制器的数学模型和控制规律。 (4)各部分结构确定后, 按己定结构求出系统数学模型, 进行性能分析, 验证它在各种信号作用下是否满足要求, 以便修正。 (5)结构参数最终确定后, 可进行实验仿真, 若效果理想 即可制作样机。
图1-11典型的自动控制系统方框图 由被控量通过反馈元件所产生的信号, 它是被控量的函数
5
由系 1.2.3 反馈控制系统的组成和术语
是希望 也称校正元件或控制 典型的自动控制系统一般都是由参考输入元件、比较元件、控 的响应 器、调节器.由于作 也称希望的响 制元件、执行元件、被控对象以及反馈元件六个基本单元组成 值(理 用误差往往十分微弱 应值, 它是理 .每个基本单元都用一个方块表示, 信号传递方向用箭头表示, 想输出 , 一般需要进行幅值 想化系统所产 传递方向都是单向不可逆的, 指向方块的箭头表示输入信号 )与被 和功率的放大, 并将 生的理想响应 离开方块的箭头表示输出信号 控量之 它转换成适于执行机 差 . 构工作的信号; 另外 cr(t) (t) + 理想化系统 由于对系统性能的要 控制元件的输出作用到执行元件, 系统 参 求, 需对作用误差信 执行元件再直接作用于被控对象, 考 比较输入 误差 号进行运算处理.在 输 使被控对象随参考输入而变化如阀 入 一般的控制系统中, r(t) 偏差 控制 门、伺服电动机等 执行 参考输 控制器常采用 PID + 被控对象 c(t) 元件 入元件 b(t) e(t) 元件 控制器 被 指系统中被控制的设备或过程, 主 控 反 它能完成特定的动作或生产任务 量 反馈元件
一、控制系统框图的绘制方法
给定值 -
控制器
执行器
被控对象
被控量
反馈环节
闭环控制系统框图
控制系统 反馈环节 控制精度
应用范围
结构
成本
闭环
有
精度高
高精度、 高可靠、
结构复杂 成本高
开环
无
精度较低 控制精度
结构简单 成本低
要求不高
系统框图绘制技巧
输入量 控制器
控制量
输出量
执行器
被控对象
给定值 -
开环控制系统框图
控制器
执行器
被控对象
被控量
反馈环节
闭环控制系统框图
给定值 -
控制系统框图
控制器
执行器
被控对象
反馈环节
被控量
• 绘制技巧P112：
从右往左画：先画 被控对象 再画 执行器 再画 控制器
再画 反馈环节
最后画
夏天房间温度控制系统
给定值ห้องสมุดไป่ตู้+
-
夏天房间温度控制系统
控制器
执行器
被控对象
被控量
反馈环节
设定的 温度
闭环控制系统框图
学习目标：
1. 掌握开、闭环控制系统的组成，理解它们的区别。 2. 掌握系统框图的组成部分。 3. 学会用框图描述控制系统，并掌握绘图技巧。
案例分析：自动门
• 自动门的动作过程是怎样的？
– 当门口没有人时，门是关着的 ；当有人来门口时， 门1打1开 ；当人离开门口后一段时间，门关闭 。
• 自动门的功能和技术要求：
设定注水的时间 定时器
水流量
进水阀门
游泳池
游泳池的水位
开环控制系统
开环闭环控制系统方框图
开环控制系统方框图20例1、水泵抽水控制系统2、家用窗帘自动控制系统3、宾馆自动门控制系统4、楼道自动声控灯装置5、游泳池定时注水控制系统控制量 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量6、十字路口的红绿灯定时控制系统7、公园音乐喷泉自动控制系统8、自动升旗控制系统9、宾馆火灾自动报警系统10、宾馆自动叫醒服务系统11、活动猴控制系统12、公共汽车车门开关控制系统控制量控制量 控制量 控制量 控制量（压缩空控制量控制量13、家用缝纫机缝纫速度控制系统14、根据车流量大小自动改变红绿灯时间控制系统15、普通全自动洗衣机控制系统16、手电筒控制装置17、宾馆自动门加装压力传感器防意外事故自动控制系统控制量控制量控制量 控制量输入量 （压力传感器是否测到压力异常信号） 控制量18、可调光台灯控制系统19、电吹风控制系统20、普通电风扇控制系统闭环控制系统方框图12例1、家用压力锅工作原理控制量控制量 控制量给定量给定量2、投篮3、供水水箱的水位自动控制系统4、加热炉的温度自动控制系统5、抽水马桶的自动控制系统被控量给定量被控量给定量被控量给定量被控量给定量6、花房温度控制系统7、夏天房间温度控制系统8、家用电饭锅保温控制系统9、家用电冰箱温度控制系统给定量被控量房内实给定量被控量控制量被控量 冰箱实给定量 给定量被控量—80℃） 控制量10、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统11、粮库温、湿度自动控制系统12、自动保温电热水壶控制系统被控量给定量 控制量被控量 粮库内给定量（设定控制量 给定量。
高中通用技术苏教版 必修2课件 闭环控制系统的工作过程
• 执行器：直接对被控对象进行操作的装置或元件。 • 控制量：执行器的输出信号。 • 输出量：（被控量）控制的结果。 • 比较器：将输出量与输入量进行比较。 • 检测装置：检测被控量，送给比较器。
闭环控制在日常生活中应用
----空调
比
较
热量或
实
设定 器
加热器和 冷气
际
温度
输出量：实际水压
闭环控制系统
判断下列控制中属于什么控制系统?
光控路灯的控制
开环控制系统
自动感应门的控制
开环控制系统
自动烘手机
开环控制系统
红外自动水龙头控制 红绿灯的控制
开环控制系统 开环控制系统
音乐喷泉
开环控制系统
电热饮水机
闭环控制系统
农业大棚内的湿度控制
闭环控制系统
归纳总结
1、开环控制系统 控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，
开环控制系统的方框图
输入量 控制器 (给定量)
执行器 控制量 被控对象 被控量 (输出量)
闭环控制系统的方框图
输量
比较器 +
控制器
(给定量) -
执行器
控 制 量
被控对象
被控量 (输出量)
检测装置
闭环控制系统的组成
被控对象： 根据控制系统的名称，就可以确定。 输入量： 正式操作的第一步。 • 控制器：接收输入量，经过计算与决策，
输出量（被控量）： 控制的结果
给游泳池注水。
• 方法1：使用定时器控制进水管。时间到，就关闭
进水管 • 控制过程由时间决 输出（实际定水。位）不影响控制过程。
• 方法2：使用水位探测装置控制进水管。 • 当实际水位达到设定的水位，就关闭进水管；否
三、闭环电子控制系统的设计和应用 课件(21张PPT)
感器
水位传感器
干簧管 力敏传感器
导电探头
晶 闸继 管电
器 、
执
触 发
行器
三 极 管
水器
泵
控制
55 5 芯 片
电 电路
压 比 较 器
（二）方案构思：
水位传感器
干簧管 力敏传感器
导电探头
晶 闸继 管电
器 、
执
触 发
行器
三 极 管
水器
泵
控制
55 5 芯 片
电 电路
压 比 较 器
R1 R2 R3 C1 V2
任务一：设计水箱定位加水控制系统
（一）设计分析：2.控制方式转变
设定时上 限间水位
核心
电水位子定电位 路控制控电制路
继电器 和水泵
水箱中 的水
反馈
水位检
测装置
控制过程构成反馈，该控制系统是闭环电子控 制系统。
（二）方案构思： 运用形态分析法选择控制（处理）部分的控
制电路、输出部分的执行器、检测部分的传
干
48
簧
N
6
管
S
555
2
3M
15
马上行动：试用上图的电子元器件，设计水位 控制电路。
J
J-1
V1
220V
（三）方案呈现：
磁性浮子
干
上限水位
簧
管
水
水
水泵M
源
塔
控制思想方案图的呈现
干 R2
簧
N
管
S
01
R1
V2
48
6
555
R3
2
J-1
V1
220V
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闭环控制系统方框图12例
1、家用压力锅工作原理
2、投篮
3、供水水箱的水位自动控制系统
4、加热炉的温度自动控制系统
控制器
执行器
被控对象
被控量
（输出量）
给定量
（输入量）
检测装置
控制量
比较器
控制器
（重锤）
执行器 （出汽孔） 被控对象
（压力锅）
被控量
（锅内压力）
给定量
（重锤重力）
检测装置
（重锤）
控制量
（出汽量）
比较器
控制器
（大脑）
执行器
（手）
被控对象
（篮球）
被控量
（篮球位置）
给定量
（篮圈位置）
检测装置
（眼睛）
控制量
（投掷力）
比较器
控制器
（机械或电
气控制装置）
执行器
（阀门）
被控对象
（水箱）
被控量
（水箱水位）
给定量
（设定的水位高度）
检测装置
（浮球或液位传感）
控制量
（进水量）
比较器
控制器
（电子或微
机控制装置）
执行器
（加热器）
被控对象
（加热炉）
被控量
（炉内温度）
给定量
（设定的温度）
检测装置
控制量
（电压）
比较器
5、抽水马桶的自动控制系统
6、花房温度控制系统
7、夏天房间温度控制系统
8、家用电饭锅保温控制系统
控制器
（连杆机构）
执行器
（进水阀门）
被控对象
（水箱）
被控量
（水箱水位）
给定量
（设定的水位）
检测装置
（浮球）
控制量
（进水量）
比较器
给定量
（设定的温度）
控制器
（控制装置）
执行器
（制冷装置）
被控对象
（空调房间）
被控量
（房内实
际温度）
检测装置
（空调测温装置）
控制量
（制冷量）
比较器
给定量
（设定的温度）
控制器
（控制电路）
执行器
（加热或
制冷元件）
被控对象
（花房）
被控量
（花房温度）
检测装置
（温度传感器）
控制量
（制冷制
暖量）
比较器
给定量
（设定的温度）
控制器
（温控装置）
执行器
（电热盘）
被控对象
（电饭锅）
被控量
（电饭锅温度
65——103℃）
控制量
（加热
时间）
比较器
9、家用电冰箱温度控制系统
10、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统
11、粮库温、湿度自动控制系统
12、自动保温电热水壶控制系统
控制器
（控制电路）
执行器
（加热器）
被控对象
（水箱）
被控量
（水温）
给定量
（设定的水温）
检测装置
（感温装置）
控制量
（加热时间）
比较器
控制器
（控制装置）
执行器
（制冷装置）
被控对象
（电冰箱）
被控量
（冰箱实
际温度）
给定量
（设定的温度）
检测装置
（冰箱温控装置）
控制量
（制冷量）
比较器
控制器 （控制装置） 执行器 （降温除湿装置）置 被控对象 （粮库） 被控量 （粮库内温、湿度） 给定量
（设定的
温、湿度）
检测装置
（感温、湿装置）
控制量
（降温除湿时间）
比较器
给定量
（设定的温度）
控制器
（温控装置）
执行器
（加热器）
被控对象
（水壶）
被控量
（水温）
检测装置
（测温装置）
控制量
（加热时间）
比较器
检测装置