开环控制系统ppt课件

控制系统的工作过程与方式1任何一种控制的实现，都要通过任何一种控制的实现，都要通过若干个环节共同实现，这些环节所涉若干个环节共同实现，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统，称为及的装置就构成了一个系统，称为控控制系统。制系统。控制系统的控制系统的输出输出与与输入输入之间有一之间有一定的对应关系。定的对应关系。任何一种控制的实现，都要通过若干个环节共同实现，这些环节所2电风扇的风速控制是通过改变电电风扇的风速控制是通过改变电机的转速来实现的机的转速来实现的电风扇风电风扇风电风扇风电风扇风速的档位速的档位速的档位速的档位（输入输入输入输入）控制电路、电机、控制电路、电机、控制电路、电机、控制电路、电机、扇叶扇叶扇叶扇叶风速风速风速风速（输出输出输出输出）电路、灯电路、灯“开与关开与关开与关开与关”灯灯灯灯“亮与灭亮与灭亮与灭亮与灭”(输输输输入入入入)(输输输输出出出出)电灯的控制电灯的控制电灯的控制电灯的控制 电风扇的风速控制是通过改变电机的转速来实现的电风3输入量输入量输入量输入量决定决定决定决定输出量，但控制系统的输出量不输出量，但控制系统的输出量不输出量，但控制系统的输出量不输出量，但控制系统的输出量不对系统的控制对系统的控制对系统的控制对系统的控制产生任何影响产生任何影响产生任何影响产生任何影响，这就是开环控制系统。，这就是开环控制系统。，这就是开环控制系统。，这就是开环控制系统。对于开环控制系统，用方框图描述如下：对于开环控制系统，用方框图描述如下：对于开环控制系统，用方框图描述如下：对于开环控制系统，用方框图描述如下：输输输输入入入入量量量量控控控控制制制制器器器器执执执执行行行行器器器器控制量控制量控制量控制量被被被被控控控控对对对对象象象象输输输输出出出出量量量量控制器控制器即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。或元件。执行器执行器即直接对被控对象进行控制的装置或元件。即直接对被控对象进行控制的装置或元件。控制量控制量即执行器的输出信号，如流过阀门的水量。即执行器的输出信号，如流过阀门的水量。被控对象被控对象即控制系统中所要求控制的装置或生产过程。即控制系统中所要求控制的装置或生产过程。输入量决定输出量，但控制系统的输出量不对系统的控制产生任何4电风扇的风速控制系统电风扇的风速控制系统设设定定档档位位控控制制电电路路电电动动机机转速转速电电风风扇扇风风速速电风扇的风速控制系统设定档位控制电路电动机转速电风扇风速5自动门的控制系统v当人走进自动门时，门上方的红外装置检当人走进自动门时，门上方的红外装置检测到人体热辐射发出的红外信息，控制电测到人体热辐射发出的红外信息，控制电路接收到该信号后，便发出相应的指令，路接收到该信号后，便发出相应的指令，启动电动机运转，从而带动门自动开启启动电动机运转，从而带动门自动开启（或者控制启动装置，使门向两边打开）。（或者控制启动装置，使门向两边打开）。当门开启之后，控制电路将作出判断，如当门开启之后，控制电路将作出判断，如果没有人在门四周，就通知电动机做反向果没有人在门四周，就通知电动机做反向运转，使门关闭。运转，使门关闭。自动门的控制系统当人走进自动门时，门上方的红外装置检测到人体6电机电机电机电机自动门自动门自动门自动门控制电路控制电路控制电路控制电路门的开启门的开启门的开启门的开启或关闭或关闭或关闭或关闭红外装红外装红外装红外装置检测置检测置检测置检测人体人体人体人体热辐射热辐射热辐射热辐射发出的发出的发出的发出的信号信号信号信号转动转动转动转动电机控制电路红外传感器控制器控制器控制器控制器执行器执行器执行器执行器控制量控制量控制量控制量输入输入被控对象被控对象输出输出电机自动门控制电路门的开启红外装置检测人体转动电机控制电路红7楼道声光控灯控制系统楼道声光控灯控制系统光线强弱、光线强弱、光线强弱、光线强弱、声音声音声音声音（输入）（输入）（输入）（输入）声电、光声电、光声电、光声电、光电传感器电传感器电传感器电传感器触点延触点延触点延触点延时开关时开关时开关时开关电流电流电流电流灯灯灯灯灯亮、灭灯亮、灭灯亮、灭灯亮、灭（输出）（输出）（输出）（输出）楼道声光控灯控制系统光线强弱、声音声电、光电传感器触点延时开8开环控制系统ppt课件9v(2010)泉州市闽台缘博物馆广场安装了随着泉州市闽台缘博物馆广场安装了随着音乐起伏而变化的音乐喷泉，它是控制技术音乐起伏而变化的音乐喷泉，它是控制技术的一种具体应用。其工作过程是由的一种具体应用。其工作过程是由“声声电电转换装置转换装置”将起伏的音乐强度转换为随之而将起伏的音乐强度转换为随之而变化的电信号，这种电信号驱动电动机带动变化的电信号，这种电信号驱动电动机带动水泵转动。音乐信号强，水泵转速快，喷头水泵转动。音乐信号强，水泵转速快，喷头压力就大，喷出的水柱就高；反之，喷出的压力就大，喷出的水柱就高；反之，喷出的水柱就低。音乐信号的强弱与喷泉的水柱一水柱就低。音乐信号的强弱与喷泉的水柱一一对应。一对应。音乐信号音乐信号音乐信号音乐信号（输入）（输入）（输入）（输入）声声声声-电转电转电转电转换装置换装置换装置换装置电动机电动机电动机电动机电流电流电流电流喷头喷头喷头喷头喷泉水喷泉水柱高度柱高度（输出）（输出）（输出）（输出）(2010)泉州市闽台缘博物馆广场安装了随着音乐起伏而变化的10游泳池注水控制系统的工作过程游泳池注水控制系统的工作过程游泳池的水位只受设定注水时间的控制游泳池的水位只受设定注水时间的控制设定设定设定设定注水注水注水注水的时的时的时的时间间间间（输输输输入入入入）定定时时器器进进水水阀阀门门水流量水流量水流量水流量游游泳泳池池游泳池游泳池游泳池游泳池的水位的水位的水位的水位（输出输出输出输出）游泳池注水控制系统的工作过程游泳池的水位只受设定注水时间的控11二、闭环控制系统二、闭环控制系统游泳池注水控制系统如果由时间控制进水游泳池注水控制系统如果由时间控制进水阀门会产生什么问题？阀门会产生什么问题？如果由设定注水时间改为设定游泳池水位行如果由设定注水时间改为设定游泳池水位行不行？不行？二、闭环控制系统 游泳池注水控制系统如果由时间控制12游泳池的注水控制的改进游泳池的注水控制的改进水位检测装置水位检测装置控制器控制器v检测装置把检测到的实际水位返回到输入端，与检测装置把检测到的实际水位返回到输入端，与给定水位相比较，再由控制器决定进水阀门是否给定水位相比较，再由控制器决定进水阀门是否开启与关闭。开启与关闭。v游泳池的游泳池的实际水位实际水位决定了进水决定了进水阀门的开关，阀门的开关，也就也就是说输出量对控制过程有影响。是说输出量对控制过程有影响。游泳池的注水控制的改进水位检测装置控制器检测装置把检测到的实13给定水位给定水位给定水位给定水位比较器比较器比较器比较器控控控控制制制制器器器器进进进进水水水水阀阀阀阀门门门门游游游游泳泳泳泳池池池池水位检测水位检测水位检测水位检测装置装置装置装置游泳池水游泳池水游泳池水游泳池水位位位位水流量水流量水流量水流量给定水位比较器控制器进水阀门游泳池水位检测装置游泳池水位水14闭环控制系统就是把系统的输出量闭环控制系统就是把系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统。控制系统。给定量给定量给定量给定量比较器比较器比较器比较器控控控控制制制制器器器器执执执执行行行行器器器器被被被被控控控控对对对对象象象象检测装置检测装置检测装置检测装置被控量被控量被控量被控量控制量控制量控制量控制量简单闭环控制系统的方框图如下：简单闭环控制系统的方框图如下：闭环控制系统就是把系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生15闭环控制系统方框图闭环控制系统方框图被控对象被控对象执行器执行器控制器控制器给定量给定量控制量控制量被控量被控量检测装置检测装置比较器比较器-+检测装置：检测装置：测量出被控量并返回到系统的输入端；比较器：比较器：将给定量与所测的被控量被控量进行比较，求出偏差值控制器：控制器：将这一偏差值进行运算处理，并向执行器下达指令执行器：执行器：根据指令对被控对象进行控制，从而使被控量稳定在一定范围内。闭环控制系统方框图被控对象执行器控制器给定量控制量被控量检测16闭环控制系统闭环控制系统我们把系统的输出量返回到输入我们把系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统端并对控制过程产生影响的控制系统称为称为闭环控制系统。闭环控制系统。闭环控制系统的特点：（1）系统输出量对控制作用有直接影响。（2）有反馈环节，并应用反馈减小误差。（3）当出现干扰时，可以自动减弱其影响。闭环控制系统 我们把系统的输出量返回到输入17比较器比较器比较器比较器设设设设定定定定的的的的水水水水位位位位(给给给给定定定定量量量量)连连连连杆杆杆杆机机机机构构构构进进进进水水水水阀阀阀阀门门门门马马马马桶桶桶桶水水水水箱箱箱箱浮球浮球浮球浮球实实实实际际际际水水水水位位位位(被被被被控控控控量量量量)水流量水流量水流量水流量抽水马桶水位控制系统抽水马桶水位控制系统比较器设定的水位(给定量)连杆机构进水阀门马桶水箱浮球实际18案例分析：空调器温度控制系统案例分析：空调器温度控制系统炎炎夏日，人们采取各种消暑措施消暑，空调炎炎夏日，人们采取各种消暑措施消暑，空调炎炎夏日，人们采取各种消暑措施消暑，空调炎炎夏日，人们采取各种消暑措施消暑，空调是第一选择。那么，空调器是如何控制温度的呢？是第一选择。那么，空调器是如何控制温度的呢？是第一选择。那么，空调器是如何控制温度的呢？是第一选择。那么，空调器是如何控制温度的呢？它的工作过程又如何呢？它的工作过程又如何呢？它的工作过程又如何呢？它的工作过程又如何呢？如设定温度为如设定温度为如设定温度为如设定温度为25252525o o o oC C C C，室内温度如果高于，室内温度如果高于，室内温度如果高于，室内温度如果高于25252525o o o oC C C C，那么空调通过比较，控制电路发出信号促使压缩机那么空调通过比较，控制电路发出信号促使压缩机那么空调通过比较，控制电路发出信号促使压缩机那么空调通过比较，控制电路发出信号促使压缩机进行工作；当温度达到设定温度时，控制电路发出进行工作；当温度达到设定温度时，控制电路发出进行工作；当温度达到设定温度时，控制电路发出进行工作；当温度达到设定温度时，控制电路发出信号，压缩机停止工作，风扇照常工作。因此，空信号，压缩机停止工作，风扇照常工作。因此，空信号，压缩机停止工作，风扇照常工作。因此，空信号，压缩机停止工作，风扇照常工作。因此，空调温度控制系统中有从输出端返回到输入端的信息调温度控制系统中有从输出端返回到输入端的信息调温度控制系统中有从输出端返回到输入端的信息调温度控制系统中有从输出端返回到输入端的信息反馈，它是闭环控制系统。反馈，它是闭环控制系统。反馈，它是闭环控制系统。反馈，它是闭环控制系统。问题：根据空调器的工作过程，试画出问题：根据空调器的工作过程，试画出其其温度控制系统温度控制系统的方框图。的方框图。案例分析：空调器温度控制系统炎炎夏日，人们采取各种消暑措施19空调器温度控制系统方框图如下：空调器温度控制系统方框图如下：设定温度设定温度设定温度设定温度比较器比较器比较器比较器控控控控制制制制电电电电路路路路压压压压缩缩缩缩机机机机空空空空调调调调器器器器检测装置检测装置检测装置检测装置输出温度输出温度输出温度输出温度空气温度空气温度空气温度空气温度空调器温度控制系统方框图如下：设定温度比较器控制电路压缩机20开环控制系统与闭环控制系统比较控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象输入量输入量输出量输出量控制量控制量被控对象被控对象执行器执行器控制器控制器给定量给定量控制量控制量被控量被控量检测装置检测装置比较器比较器-+开环控制系统开环控制系统:闭环控制系统闭环控制系统:开环控制系统与闭环控制系统比较控制器执行器被控对象输入量输21游泳池的注水两种控制方式的比较游泳池的注水两种控制方式的比较给定水位给定水位进水阀门进水阀门游泳池游泳池实际水位实际水位水流量水流量控制器控制器检测装置检测装置+-定时器定时器设定注水的时间设定注水的时间进水阀门进水阀门游泳池游泳池游泳池的水位游泳池的水位水流量水流量开环控制系统开环控制系统闭环控制系统闭环控制系统游泳池的注水两种控制方式的比较给定水位进水阀门游泳池实际水位22开环控制系统和闭环控制系统的比较开环控制系统和闭环控制系统的比较从信息传递过程上从信息传递过程上从构成上从构成上：闭环控制系统比开环控制系统多了一个检测输出量的装置从定义上：从定义上：开环控制系统：信息的传递是单向的。闭环控制系统：信息的传递是一条闭合的回路。开环控制系统：系统的输出量不对系统的控制产生任何影响闭环控制系统：系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响。开环控制系统和闭环控制系统的比较从信息传递过程上从构成上：闭23开环控制系统：开环控制系统：相对较低，一般结构简单，适用于控制精度要求不高而系统本身元件又比较稳定的场合。闭环控制系统：闭环控制系统：控制精度高，设计比较麻烦，结构也相对复杂，成本较高，适用于要求高精度和高可靠性的场合开环控制系统和闭环控制系统的比较开环控制系统和闭环控制系统的比较控制精度上：控制精度上：开环控制系统：相对较低，一般结构简单，适用于控制精度要求不高24闭环控制系统与开环控制系统的比较闭环控制系统与开环控制系统的比较控制系统控制系统反馈反馈控制精度控制精度结构结构成本成本应用范围应用范围闭环闭环开环开环有反馈有反馈无反馈无反馈精度高精度高精度较低精度较低结构复杂结构复杂结构简单结构简单成本高成本高成本低成本低高精度、高精度、高可靠、高可靠、系统本身系统本身不稳定的不稳定的应用领域应用领域控制精度控制精度要求不高要求不高本身很稳本身很稳定的应用定的应用闭环控制系统与开环控制系统的比较控制系统反馈控制精度结构成本25判断以下控制系统是开环控制系统还是闭环控制系统 开环控制系统开环控制系统闭环控制系统闭环控制系统电冰箱的温度控制系统走道路灯的声光控制系统交通路口红绿灯控制系统粮库的温度、湿度控制系统闭环开环开环闭环判断以下控制系统是开环控制系统还是闭环控制系统开环控制系统26电冰箱的温度控制系统比较器比较器比较器比较器设设设设定定定定的的的的温温温温度度度度(给给给给定定定定量量量量)控控控控制制制制装装装装置置置置电电电电机机机机-压压压压缩缩缩缩器器器器组组组组电电电电冰冰冰冰箱箱箱箱感温装置感温装置感温装置感温装置（热敏电阻）（热敏电阻）（热敏电阻）（热敏电阻）实实实实际际际际温温温温度度度度(被被被被控控控控量量量量)制冷量制冷量制冷量制冷量电冰箱的温度控制系统比较器设定的温度(给定量)控制装置电机27走道路灯的声光控制系统光线强弱、光线强弱、光线强弱、光线强弱、声音声音声音声音（输入）（输入）（输入）（输入）声电、光声电、光声电、光声电、光电传感器电传感器电传感器电传感器触点延触点延触点延触点延时开关时开关时开关时开关电流电流电流电流灯灯灯灯灯亮、灭灯亮、灭灯亮、灭灯亮、灭（输出）（输出）（输出）（输出）走道路灯的声光控制系统光线强弱、声音声电、光电传感器触点延时28交通路口红绿灯控制系统设定亮、灭设定亮、灭设定亮、灭设定亮、灭时序时序时序时序（输入）（输入）（输入）（输入）电脑电脑电脑电脑时序控时序控时序控时序控制装置制装置制装置制装置电流电流电流电流红绿红绿红绿红绿灯灯灯灯灯灯灯灯灯亮、灭灯亮、灭灯亮、灭灯亮、灭（输出）（输出）（输出）（输出）交通路口红绿灯控制系统设定亮、灭时序电脑时序控制装置电流红绿29粮库的温度、湿度控制系统温度、湿度温度、湿度检测装置检测装置控制器控制器降温、除湿降温、除湿装置装置粮库粮库设定设定的温的温度、度、湿度湿度比较器比较器实际实际温度、温度、湿度湿度粮库的温度、湿度控制系统温度、湿度检测装置控制器降温、除湿装30闭环控制在日常生活中应用 闭环控制在日常生活中应用 31普通电饭煲煮普通电饭煲煮饭温度控制系饭温度控制系统统 普通电饭煲的做饭控制中，首先输入普通电饭煲的做饭控制中，首先输入“做饭指令做饭指令”，按，按下开关按钮，电热盘工作，煮饭开始，当内锅温度上升到限下开关按钮，电热盘工作，煮饭开始，当内锅温度上升到限制温度（制温度（103）时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下和永）时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下和永磁体分开，触点开关分离，电热盘停止工作，电饭煲的做饭磁体分开，触点开关分离，电热盘停止工作，电饭煲的做饭工作过程结束，电饭煲进入保温控制。工作过程结束，电饭煲进入保温控制。普通电饭煲煮饭温度控制系统 普通电饭煲的做饭控32 普通电饭煲的做饭控制中，首先输入普通电饭煲的做饭控制中，首先输入“做做饭指令饭指令”，按下开关按钮，电热盘工作，煮，按下开关按钮，电热盘工作，煮饭开始，当内锅温度上升到限制温度饭开始，当内锅温度上升到限制温度（103）时，感温磁体失去磁性，在弹簧作）时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下和永磁体分开，触点开关分离，电热盘用下和永磁体分开，触点开关分离，电热盘停止工作，电饭煲的做饭工作过程结束，电停止工作，电饭煲的做饭工作过程结束，电饭煲进入保温控制。饭煲进入保温控制。普通电饭煲的做饭控制中，首先输入“做饭指令”33当内锅温度下降到保温点（当内锅温度下降到保温点（65）时，实施保温）时，实施保温控制，内锅温度继续下降时，双金片发生变形，控制，内锅温度继续下降时，双金片发生变形，触点开关接通，电热盘工作，内锅温度上升；触点开关接通，电热盘工作，内锅温度上升；当内锅温度升到保温点（当内锅温度升到保温点（65）时，双金片又）时，双金片又发生变形，触点分离，电热盘停止工作，这样发生变形，触点分离，电热盘停止工作，这样电饭煲就达到了保温的目的。电饭煲就达到了保温的目的。当内锅温度下降到保温点（65）时，实施保温控制，内锅温度继34当内锅温度下降到保温点（当内锅温度下降到保温点（65）时，实）时，实施保温控制，内锅温度继续下降时，双施保温控制，内锅温度继续下降时，双金片发生变形，触点开关接通，电热盘金片发生变形，触点开关接通，电热盘工作，内锅温度上升；当内锅温度升到工作，内锅温度上升；当内锅温度升到保温点（保温点（65）时，双金片又发生变形，）时，双金片又发生变形，触点分离，电热盘停止工作，这样电饭触点分离，电热盘停止工作，这样电饭煲就达到了保温的目的。煲就达到了保温的目的。当内锅温度下降到保温点（65）时，实施保温控制，内锅温度继35思考与讨论：思考与讨论：v电饭煲的做饭控制系统和保温控制系统分别是开环控制还是电饭煲的做饭控制系统和保温控制系统分别是开环控制还是闭环控制？闭环控制？做饭控制系统是开环；保温控制系统是闭环 画画出它们的控制系统方框图出它们的控制系统方框图?思考与讨论：电饭煲的做饭控制系统和保温控制系统分别是开环控制36浮球浮球控制器控制器阀门阀门水箱水箱预设预设水位水位进水量进水量比较器比较器供水水供水水供水水供水水箱的水箱的水箱的水箱的水位自动位自动位自动位自动控制系控制系控制系控制系统统统统水位水位浮球控制器阀门水箱预设水位进水量比较器供水水箱的水位自动控制37v(2013)如图所示是水箱液位控制系统，当水箱出水时，水位下降浮子下沉，带动活塞偏离进水口位置，此时进行补水直到水箱的水位上升到给定水位，浮子上浮，活塞归位。在这个系统中，浮子、活塞以及两者之间的连杆机构组成一个杠杆系统。试回答以下问题：v（1）该控制系统是开环控制系统还是闭环控制系统？（4分）v（2）该控制系统的输入量和输出量分别是什么？（5分）v（3）该控制系统中浮子起什么作用？（4分）v（4）画出该控制系统的框图。（5分）(2013)如图所示是水箱液位控制系统，当水箱出水时，水位下38控制器控制器（连连 杆杆机构）机构）执行器执行器（活塞）（活塞）被被 控控对象对象（水水箱）箱）被控量被控量（水水 箱箱实实 际际 水水位）位）给定量（设定的水位）检测装检测装置置（浮子）（浮子）控制量控制量（进进水水量）量）比比较较器器控制器执行器被控对象被控量给定量检测装置控制量比较器39热电偶热电偶控制器控制器加热器加热器加热炉加热炉设定温度设定温度比较器比较器加热炉的加热炉的加热炉的加热炉的温自动控温自动控温自动控温自动控制系统制系统制系统制系统热量热量温度温度热电偶控制器加热器加热炉设定温度比较器加热炉的温自动控制系统40作业作业课本（课本（P107P107）：工业锅炉是利用重锤）：工业锅炉是利用重锤进行压力控制的，重锤挂在横杆上，杆的进行压力控制的，重锤挂在横杆上，杆的支点在最左端，中间是锅炉的排气孔。请支点在最左端，中间是锅炉的排气孔。请分析它是如何实现压力控制的，横杆的作分析它是如何实现压力控制的，横杆的作用是什么。用是什么。作业课本（P107）：工业锅炉是利用重锤进行压力控制的，重41