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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、投篮、 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。 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:
由于干扰因素的存在,系统的被控量偏离给定值时;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;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
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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。
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。 6、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 P118 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。 方案筛选 方案呈现 方案构思方案
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设计分析 收集信息
设计对象的特点和问题解决的标准 设计者的技术能力和条件
设计对象具有不同的特点,设计标准有所不同(门锁和玩具) 设计对象受到成本、环境等限制(工程设计等都要有一定的预算) 主观条件,是否具有解决问题所需的知识和技能(专业人员和中学生) 限制
客观条件,要消耗一定的人力、物力、财力以及时间等(材料资料仪器设备) 明确问题, 设立目标 收集资料, 制定方案 分析计算, 评价比较 检验核实, 作出决策
按人工干预来分:人工控制、自动控制
按执行部件来分:机械控制、气动控制、液压控制、电子控制
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