专题复习二-控制系统
008通用技术必修2第八讲控制与设计总复习
008通用技术必修2第八讲控制与设计总复习第八讲是关于控制与设计的总复习。
本节课将回顾我们在前几节课中学习的内容，并进一步探讨控制与设计的重要性。
我们将从控制的定义、控制系统的基本概念、控制系统的分类、以及控制系统的设计等方面进行总结和回顾。
首先，我们回顾一下控制的定义。
控制是指通过采取一系列措施使系统或过程保持在所期望的状态，并在遇到干扰或变动时进行调整和修正，以实现预定的目标。
控制的基本原则是通过对系统的输入和输出之间的关系进行监控和调节，使系统能够按照预定的方式运行。
接下来，我们回顾一下控制系统的基本概念。
控制系统由输入、输出、控制器和被控对象组成。
输入是控制系统的指令或命令，用于控制系统执行特定的功能。
输出是控制系统根据输入进行处理后得到的结果。
控制器是控制系统的核心部分，负责对输入和输出进行处理，根据预定的规则和算法进行控制计算。
被控对象是控制系统所要控制或监控的物理过程或设备。
控制系统根据其输入和输出之间的关系可以分为开环系统和闭环系统。
开环系统是指输入和输出之间没有反馈和调节，仅通过事先设定的控制规则来控制系统的运行。
闭环系统则引入了反馈机制，在系统的输出作为系统参数的一部分被反馈到控制器中，用于修正和调节系统的运行。
闭环系统相对于开环系统具有更强的稳定性和鲁棒性。
最后，我们总结一下控制系统的设计。
在控制系统设计中，我们需要了解被控对象的工作原理和特性，并根据所需的控制要求确定输入、输出和控制规则。
然后，我们选择适当的控制器和传感器来实现控制系统的功能。
在具体的设计过程中，我们通常会采用模型预测控制、PID控制等常用的控制算法和方法，根据实际情况进行调整和优化。
总之，控制与设计是通用技术必修2课程中的重要内容。
通过对控制的定义、控制系统的基本概念、控制系统的分类和控制系统的设计进行总复习，我们可以更加全面地理解和应用控制与设计的知识。
在实际应用中，控制与设计可以帮助我们解决各种复杂的控制问题，提高系统的稳定性和性能，推动科技进步和社会发展。
控制工程基础总复习课件
05 控制系统性能评 估与优化
控制系统性能评估方法
阶跃响应法
脉冲响应法
通过分析系统的阶跃响应曲线，评估系统 的稳定性和性能。阶跃响应曲线可以反映 系统的动态特性和稳态误差。
通过分析系统的脉冲响应曲线，评估系统 的动态特性和稳态误差。脉冲响应曲线可 以反映系统对单位脉冲输入的响应过程。
根据系统性能指标和控制器要求，对校正装置的参数进行设计，以 达到最优的控制效果。
校正装置稳定性分析
对校正装置进行稳定性分析，确保校正装置在各种工况下都能保持 稳定。
04 控制系统稳定性 分析
李雅普诺夫稳定性理论
定义
如果一个动态系统在初始条 件扰动下，其状态变量或输 出变量在无限时间范围内趋 于零或保持有限值，则称该
02 根据系统性能指标和被控对象特性，对控制器的参数
进行整定，以达到最优的控制效果。
控制器稳定性分析
03
对控制器进行稳定性分析，确保控制器在各种工况下
都能保持稳定。
校正装置设计
确定校正装置类型
根据系统性能指标和控制器要求，选择合适的校正装置类型，如 反馈控制器、超前校正器、滞后校正器等。
设计校正装置参数
系统是稳定的。
类型
根据初始条件扰动的大小， 李雅普诺夫将稳定性分为小
扰动稳定和大扰动稳定。
方法
李雅普诺夫第一方法和第二 方法，分别通过构造李雅普 诺夫函数来证明系统的稳定 性。
线性系统的稳定性分析
定义
线性控制系统是指系统的动态方程可表示为线性微分 方程或差分方程的形式。
类型
根据线性控制系统的特点，系统的稳定性可以分为平 凡稳定、指数稳定和非平凡稳定。
控制系统基础
控制系统基础引言：控制系统是一种应用广泛的技术，用于调节、指导和管理各种系统的行为和性能。
它在工业生产、交通、航空航天和自动化领域中起着至关重要的作用。
本文将介绍控制系统的基础知识，包括控制系统的定义、组成部分、分类以及控制系统设计的基本原则等内容。
一、控制系统的定义和组成部分（300字）1.1控制系统的定义：控制系统是用来通过传感器、执行器、控制器等元件控制某个系统的行为和性能的一个系统。
1.2控制系统的组成部分：- 传感器：用于检测被控对象的状态或输出信息，并将这些信息转化为电信号。
- 执行器：根据控制信号从控制器，执行某种动作或操作。
- 控制器：根据传感器的反馈信息和预定的控制策略，产生控制信号，以控制执行器的动作。
二、控制系统的分类（500字）2.1按照系统性质的分类：- 连续控制系统：输入、输出和状态都是连续变量的系统，如温度、压力、速度等。
- 离散控制系统：输入、输出和状态都是离散变量的系统，如开关、数字电路等。
2.2按照系统拓扑结构的分类：- 开环控制系统：控制器的输出不依赖于被控对象的状态反馈信息，常用于简单的控制任务。
- 闭环控制系统：控制器的输出根据被控对象的状态反馈信息进行修正，使系统具有更好的稳定性和精确性。
2.3按照控制方式的分类：- 自动控制系统：系统根据某种控制策略自动地进行调节和控制，无需人工干预。
- 手动控制系统：系统的调节和控制需要人工干预和操作。
三、控制系统设计的基本原则（700字）3.1稳定性：控制系统必须具备稳定性，即使在系统参数变化或外部干扰的情况下，系统的输出也能在可接受范围内保持稳定。
3.2准确性：控制系统应该能够确保被控对象的输出与期望输出尽可能接近，即具备较高的控制精度。
3.3鲁棒性：控制系统应该对系统参数的变化或外界干扰具有一定的抵抗能力，以保证控制系统的稳定性和性能不受影响。
3.4快速性：控制系统应该能够实现较快的响应速度，以适应不同的工况和控制需求。
《自动控制系统》总复习资料整理总结及练习题库
• 8．正弦函数的拉氏变换是（ ）
• A G(s) 1 B
s
G(s) 1
s2 2
•
C
G(s)
s2
2
D
G(s)
s2
s
2
• 9. 一般为使系统有较好的稳定性,希望相角 裕度γ为（ ）
• A.0～15° B.15°～30° C.30°～ 60° D.60°～90°
• 10. 终值定理的数学表达式为（
• 解析：极点为-2和-5，在负实轴上，根据根 轨迹法，为B。
• 5, 某环节的传递函数是 G(s) 5s 3 2 ，则该 环节可看成由（ ）环节串联而组成s。
• A.比例、积分、滞后 B.比例、惯性、微分 C.比例、微分、滞后 D.比例、积分、微分
• 6. 二阶系统的传递函数 尼比ζ是（ ）
A、
B、
C、
D、与是否为单位反馈系统有关
，则该系统的闭环特征方程为
23、闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的：
A、低频段
B、开环增益
C、高频段
D、中频段
24.已知单位反馈系统的开环传递函数为 时，系统的稳态误差是( )
A、 0 ； B、 ∞ ； C、 10 ； D、 20
，当输入信号是
25.关于P I 控制器作用，下列观点正确的有( ) A、 可使系统开环传函的型别提高，消除或减小稳态误差； B、 积分部分主要是用来改善系统动态性能的； C、 比例系数无论正负、大小如何变化，都不会影响系统稳定性； D、 只要应用P I控制规律，系统的稳态误差就为零。
R(s)
_
G1
G4
G2
G3
H1
C(s)
R(s)
计算机控制系统(复习大纲)
OK1.计算机控制系统定义、硬件组成、各部分作用、分类及英文简称。
定义：计算机控制系统又称数字控制系统是计算机参与控制的自动控制系统，即用计算机代替模拟控制装置，对被控制对象进行调解和控制。
硬件组成：主机，输入输出通道、外部设备。
作用：略。
分类及英文简称：直接控制系统（DDC）、监督计算机控制（SCC）、分布式控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）、操作指导系统。
2.画出计算机控制系统的典型结构图并说明工作过程。
P12(图1-9)。
工作过程：检测装置检测当前被控量，计算机启动A/D转换，读转换结果并与给定值比较获得偏差，通过控制量，D/A转换后给执行机构，不断反馈，达到控制被控量的目的。
3.简述计算机控制系统控制过程的三个步骤。
1.实时数据采集对被控量进行采样测量形成反馈信号。
2.实时控制计算根据反馈信号和给定信号按一定的控制规律计算出控制量。
3.实时控制输出向向执行机构发出控制信号实施控制作用。
4.实时、在线方式和离线方式的含义。
1.实时：是指在规定的时间内完成规定的任务。
2.在线方式：是指控制器在控制系统中直接参与控制或交换信息。
3.离线方式：指控制器在控制系统中不直接参与控制或交换信息，而是通过其他媒介传递信息。
5.什么是采样？将模拟信号转换为数字信号的过程称为采样。
6.简述香农(Shannon)采样定理与采样周期的选择。
1.定义：为了不失真的恢复模拟信号，采样频率不小于模拟信号频谱中最高频率的2倍。
实际应用中，所采取的采样频率往往比2fmax大，通常取f=(5-10)fmax.2.采样周期越小，对系统的控制就越及时，对控制系统的动态性能就越有利，但若选得过小，会增加计算机的计算量，使计算机在规定时间内无法完成计算，不能满足系统实时性的要求，采样周期过大会导致采样与控制的不及时，影响系统的动态品质，甚至导致系统不稳定。
7.数字控制器的设计方法有哪两种？模拟化设计。
离散化设计。
8.数字PID算法是采用哪种方法实现的？模拟化设计。
《控制系统的》课件
能源管理
控制系统用于电力网、发电厂和 能源分配。
控制系统的发展趋势
人工智能
越来越多的控制系统开始融合人工智能技控制系统被广泛应用于可持续能源领域，如太阳能 和风能。
物联网
控制系统与物联网的结合，实现设备之间的智能互 联。
模块化设计
模块化设计使得控制系统更加灵活、可扩展和易于 维护。
控制系统的案例分析
案例一 案例二 案例三 案例四
自动驾驶汽车 智能家居系统 航空飞行控制系统 医疗设备控制系统
控制系统的定义和概念
控制系统是由输入、输出和反馈组成的系统，通过对输出进行监控和调整， 以实现所需的系统行为和性能。
控制系统的分类
连续控制系统
使用连续信号进行控制，例如电压、电流等。
开环控制系统
没有反馈，只根据输入进行控制。
离散控制系统
使用离散信号进行控制，例如数字信号。
闭环控制系统
有反馈，根据反馈和输入进行控制。
控制系统的基本组成部分
传感器 执行器
控制器 反馈回路
控制系统的工作原理
控制系统通过传感器获取输入信号，经过控制器进行处理和决策，然后通过 执行器转化为输出信号。反馈回路用于监测输出，并对系统进行修正和调整。
控制系统的应用范围
工业生产
控制系统用于自动化生产线、机 器人和工艺控制。
交通运输
控制系统用于交通信号灯、自动 驾驶和航空航天系统。
控制系统
PLC种类外观典型I/O点数范围典型应用 微型PLC固定I/O点，砖块式 <32点替代继电器，分布式I/O 小型PLC砖块式，模块式 33பைடு நூலகம்128点工业机器开关控制和商业用途 中型PLC模块式，小机架 129-512点复杂机器控制和一些分布式系统 大型PLC大机架 >513点分布式系统，监控系统 PC插卡式PLC ISA或PCI总线卡式 >129点机器控制，监控系统 PC兼容控制器模块式，大或小机架 >129点机器控制，监控系统
因为数据通信标准牵涉到网络结构、通信介质（信道）、通信协议、IEEE802.4令牌总线传输方式和 IEEE802.5令牌环网传输方式的通信协议在DCS系统中应用最广，是否能够成为今后DCS的通讯标准，还有待观察。
DCS所存在的问题，主要集中在3个方面： 1、即系统开放性问题; 2、与现场传感器、变送器、执行器的接线问题； 3、价格较贵问题。 这些问题在第三代DCS中已开始得到解决。在21世纪，新一代的DCS应满足用户这方面的需求。 在DCS应用行业分布上，如对DCS产品进行改造，是可以保持其在这些行业中的地位的。
关于DCS控制站的系统软件，包括实时操作系统、编程语言及编译系统、数据库系统、自诊断系统等，只是 完善程度不同而已。第二代DCS控制站开始有面向过程语言和高级语言；第三代DCS控制站的系统软件可以完成离 线组态及在线修改控制策略。为了完成控制策略，对于顺序控制和批量控制组态编程，各种DCS控制站采用不同 的方法。
自动控制的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导与控制系统等。在航天、航空和航海方面， 除了各种形式的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和各种仿真器。
其他
在办公室自动化、图书管理、交通管理乃至日常家务方面，自动控制技术也都有着实际的应用。随着控制理 论和控制技术的发展，自动控制系统的应用领域还在不断扩大，几乎涉及生物、医学、生态、经济、社会等所有 领域。
自动控制系统控制系统复习要点
运动控制系统复习要点一期末考试的题型与交流拖动控制系统比较，直流拖动控制系统是重点；考试内容各占50%左右。
而直流电机控制的要求则是掌握，是以计算，分析，证明题方式出现；交流的要求是了解和一般掌握，交流电机则以选择、判断、填空、简述的方式出现。
10级考试题型及分数分配1 判断题（15-20分，10~20小题）范围广，2 选择题（15-20分，10~20小题）范围广3 填空题（10分，10~20小题）内容深，细节区分3 设计题（10分，1小题）4 简述题（10-15分，3小题）5 设计题（10-15分，2小题）6 分析与计算题（15-20分，4小题）7 证明题(10-15分，2小题)二考试内容主要依据教材中的作业和例题和复习题。
三课程内容复习纲要直流拖动系统（掌握）控制系统课程贯穿着一个基本方法：理论联系实际来分析问题解决问题。
具体来说就是系统思想和模型化、工程化方法。
本书的基本结构是以学科历史发展过程或者说实际问题为逻辑起点，而一般的理论课程如物理、数学实际上是与科研实际过程相反的，以学习者的知识结构为逻辑起点，从定义、概念、定律再到定理。
这是因为理论的发展意味着概念的创新。
控制系统是一门技术理论课程，它是从技术角度来总结的。
正因为是技术角度出发的，具有综合性和实践性的特点。
所以对学习者来说，必须具备一定的实践基础和专业理论基础。
对初学者来说，表现出有一定的难度是不奇怪的，而且，每一部分内容都仅是打下基础，深入的细节方面的知识，需要更进一步地查阅其它书籍和资料，从另一方面来看，这也给大家留下了自学和实践的空间。
从电压平衡方程式，导出调速方法，从反馈控制原理和静态参数的要求导出闭环控制系统；从静态与动态性能的矛盾分析了P调节器和I调节器，发展到PI调节器；从单闭环的调速系统无法控制起、制动动态电流，导出了带饱和非线性的PI调节器构成双闭环的系统结构，而双闭环的结构可以说交直流电动机控制的基本结构；从单向开关的晶闸管不能实现反转和回馈制动导出了可逆系统结构，又从可逆系统引起的环流问题导出有环流和无环流控制策略；再从调压调速的限制和宽调速范围的要求引出带弱磁控制的非独立弱磁控制系统。
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通用技术会考专题复习-控制系统
G19．如图所示为自动火炮控制系统示意图。
当雷达检测到飞机后发出信号给跟踪系统，跟踪系统操纵火炮，调整火炮角度，该系统中被控对象是
A．火炮B．跟踪系统C．雷达D．飞机
【知识点】
1、闭环控制系统的方框图
是系统的给定量；
即控制系统所要控制的量，也是控制系统的输出信号；
即控制系统中所要求控制的装置或生产过程；
即直接对被控对象进行控制的装置或元件；
即执行器的输出信号；
即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件；
是将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值；
2、在控制系统中，除（给定值）以外，引起变化的各种因素称为干扰因素。
3、在控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与进行比较的过程，就是。
4、开环闭环控制系统的判断方法：
（1）按输出量判断
如果一个控制系统的输出是一个持续变化的量，如温度、水位等，如水箱水位控制系统、电冰箱温度控制系统，则可判断是一个闭环控制系统，反之如果控制系统的输出量是状态，则可判断是开环控制系统，如红绿灯的定时控制、电风扇风速控制等。
（2）判断是否有检测装置
如果一个控制系统的有检测装置，且检测装置检测的是控制系统的输出量，则可判断是一个闭环控制系统，反之判断是开环控制系统。
（3）按输出量的变化对控制系统的影响判断
如果一个控制系统的输出量发生变化时，该控制系统的则会重新进入新工作状态并调整输出量保持与输入量一致，则可判断是一个闭环控制系统，反之判断是开环控制系统。
5、在一个开闭环控制系统中，控制对象的确定很重要。
以投篮过程为例，把投篮过程看成是一个系统，篮球是这个控制过程的控制对象，而篮球是由手直接控制的，那么手就是执行器，而手则是由大脑控制的，那么大脑就是控制器；一般在确定控制对象后，由后往前推导，依次分别确定执行器与控制器，而很多的案例只要与它进行对照即可推导出控制对象等。
6、控制器与执行器的关系是控制器直接控制执行器，一个控制者，一个是被控制者。
【巩固练习】
1．观察下图，图中的人起到控制过程中什么的作用（）
A、传感器
B、控制器
C、执行器
D、被控对象
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
3、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
4、把在体育课上练习投篮看成一个控制系统，则下列判断错误的是（）
A、控制系统的控制器是人的大脑
B、控制系统的反馈环节是人的眼睛
C、控制系统的执行器是人的手
D、控制系统的被控量是篮球
G25．如图所示为简化的飞机飞行状态控制系统。
陀螺仪检测飞机的飞行状态后，将信号送给自动驾驶仪，自动驾驶仪将飞行状态与给定状态进行比较，根据偏差值控制舵机运转，舵机操纵飞机尾翼，调整飞行状态。
（1）请根据上面的示意图，补充完整飞机飞行状态控制系统方框图。
（在“▲”处填写相应的内容）
（2）陀螺仪将检测到的飞行状态信号传送到自动驾驶仪与给定状态进行比较的过程称为▲。
（3）在飞机飞行过程中，遇到气流时，飞行状态会发生变化，这种给定状态以外引起飞行状态变化的因素称为▲。
【巩固练习】
1．为了保证奥运期间北京的交通顺畅有序，北京启用了一种智能化的地感线圈，通过它能够感应车流量的多少，使红绿灯指挥更加智能化。
在交通路口，如果地感线圈感应的通过车辆超过100辆，或者车辆排队长度超过80米，
就说明进入流量饱和状态了，这时，控制端就会自动给路口的信号机发出指令，加长绿灯的放行时间。
反之，缩短绿灯时间，从而保证路口的通行效率。
请回答下列问题：
（1）此红绿灯控制系统是▲（填开环或闭环）控制系统。
（2）请补充完整该红绿灯控制系统的方框图。
如果是开环控制系统，则检测装置和比2、如下图，是一种多功能充气机的工作原理图，即可以给充高压（给汽车轮胎充气），也可
以充低压（给排球篮球等充气）试回答以下问题：
（1）该控制系统是开环控制还是闭环控制？（1分）
（2）该控制系统中的控制量和输出量分别是什么？（3分）
（3）画出控制系统的方框图。
（6分）
3．小黄对办公室饮水机进行了仔细的观察，发现饮水机热胆内的水是以“烧烧停停”的方式保温的。
⑴小黄画出了饮水机保温自动控制系统的部分框图（如图甲所示），请你帮助他完成该方框图，在图甲有“▲”处填上相应内容。
⑵该系统是▲（选填“开环”或“闭环”）控制系统；
⑶小黄发现办公室的饮水机经常在没人时电源还开着。
为了解决这一问题，他尝试设计一⊗+给定水温比较器控制器（控制电路）执行器（加热器）被控制对象①（▲）输出量②（▲）
检测装置
-
图甲热水机保温自动控制系统
输入量
（①）
控制器
（②）
被控对象
（④）
输出量
（⑤）
执行器
（③）
检测装置（⑥）
比较器
+
-
常开触点
~电源
控制电声音传感灯灯泡
个能自动控制电源的控制系统，通过红外线传感器获取几米以内的人体热辐射信号来控制电源的开启或关闭。
小黄设计的控制系统方框图如图乙所示，继电器内有一开关，开关的打开或闭合由控制电路控制，该开关可以控制220V 电源的通断。
请在图乙上有“ ▲ ”处填上相应的内容。
4．案例分析题 下面两图分别是瓦特蒸汽机的工作原理图和蒸汽供给控制原理图。
如右下图所示，套筒与阀门连在一起，当蒸汽机的转速较高时，飞球离心力增大，套筒向上移动，阀门通孔截面积减少，蒸汽流速降低，蒸汽机汽缸内压力减少使其转速下降。
(8分)
(1) 蒸汽机的转速控制系统属于 （选填开环或闭环）控制系统。
(2) 请补充完整蒸汽机转速自动控制系统方框图。
6．下图是声控灯系统组成示意图，根据你的理解和认识回答下列问题。
（1）该控制系统的被控对象和输出量是什么？
（2）画出声控灯的系统框图
输入量 ①（▲）
控制器 ②（▲）
执行器 （继电器）
被控对象
（电源）
输出量 ①（▲）
饮水机
打开、闭合
图乙 人体热辐射电源自动控制系统方框图
控制电路
1、上、下课自动打铃控制系统的控制过程如下：首先，接通系统工作电源，校对控制装置内时钟的时间（北京时间）。
然后，依照课程表设定各时段的“打铃时刻”，此时，系统中的”微电脑时控器”根据设定时刻，每到一时刻就指令其“触点开关”通电吸合（即动触点与静触点相接合），电铃系统工作并输出铃声，铃声延时6—10秒后，“触点开关”的触点分离，铃声停息。
系统又进入下一时刻打铃预备状态。
自动打铃控制系统的铃声输出与设定的“打铃时刻”相互对应。
请回答下列问题：
〔1〕本控制系统属于开环还是闭环控制系统？（1分）
（2）本控制系统中的“控制器”和“被控对象”分别是什么？（2分）
（3）请画出该控制系统的方框图。
（3分）。