1、技術與設計2第4單元 控制與設計,25如圖所示為簡化的飛機飛行狀態(tài)控制系統(tǒng)。陀螺儀檢測飛機的飛行狀態(tài)后，將信號送給自動駕駛儀，自動駕駛儀將飛行狀態(tài)與給定狀態(tài)進行比較，根據(jù)偏差值控制舵機運轉，舵機操縱飛機尾翼，調整飛行狀態(tài)。（2008.10高考題）,（1）請根據(jù)上面的示意圖，補充完整飛機飛行狀態(tài)控制系統(tǒng)方框圖。（在“”處填寫相應的內容） （2）陀螺儀將檢測到的飛行狀態(tài)信號傳送到自動駕駛儀與給定狀態(tài)進行比較的過程稱為 。 （3）在飛機飛行過程中，遇到氣流時，飛行狀態(tài)會發(fā)生變化，這種給定狀態(tài)以外引起飛行狀態(tài)變化的因素稱為 。,美國西雅圖12月15日上午10時(北京時間16日凌晨2時)波音787客機從

2、埃弗雷特潘恩機場首次起飛，這標志著9個月的空中測試正式拉開序幕。,新聞點評：回答設計的7個原則及技術試驗(優(yōu)選、模擬、虛擬、強化、移植),波音787是1995年以來波音公司首次推出的全新機型，其設計特征突出碳纖維材料的使用，比傳統(tǒng)的鋁質蒙皮客機更輕，更節(jié)能。波音787是1995年以來波音公司首次推出的全新機型，其設計特征突出碳纖維材料的使用，比傳統(tǒng)的鋁質蒙皮客機更輕，更節(jié)能。,控制與設計章節(jié)概要,控制的手段與應用 控制系統(tǒng)的工作過程與方式 閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋 控制系統(tǒng)的設計與實施,一、控制的手段與應用,控制：人們按照自己的意愿或目的，通過一定的手段，使事物向期望的目標發(fā)展，這就是控制，控

3、制即干預。 理解任何控制現(xiàn)象，都要明確控制的對象是什么，控制要達到什么目的和采取什么控制手段。 案例：大禹治水,控制的基本對象、目標和手段： 對象分靜態(tài)對象和動態(tài)對象； 基本目標有“抑制干擾”和“追蹤目標”：如空調為抑制干擾，導彈為追蹤。 控制的手段有“前饋控制”和“反饋控制”。,一、控制的手段與應用,控制手段：人工控制、自動控制 人工控制又稱手動控制：是在人的直接干預和全程干預下進行的。 自動控制：是指在無人直接參與的情況下，使事物的變化準確地按照期望的方向進行。 特別注意：自動控制系統(tǒng)與自動系統(tǒng)不一樣 詳見案例1說明。,案例1：電風扇控制 在開關初期是“人工控制”。 在運行狀態(tài)是“沒有控制

4、”。,案例2：飛機控制 如紅眼班機中“人”根據(jù)飛機傳感器的信息控制飛機，此時“人”是控制器，而白天“人”駕駛汽車，人即是“傳感器，又是控制器”。 只要人是控制系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)，則是人工控制。 特別提醒：對于部分題目，有些控制并不考慮“人”。,控制分類和應用：,控制分類： 機械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等。,控制應用： 空調溫度控制系統(tǒng)等。,二、控制系統(tǒng)的工作過程與方式：,控制系統(tǒng)： 任何一種控制的實現(xiàn)，都要通過若干個環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)構成一個系統(tǒng)，我們稱之為“控制系統(tǒng)”。,控制系統(tǒng)一般都有“輸入環(huán)節(jié)”+“控制環(huán)節(jié)”+“執(zhí)行環(huán)節(jié)”“輸出環(huán)節(jié)”。,二、控制系統(tǒng)的工作過程與方式：,控制系統(tǒng)分類：

5、 一般分為“開環(huán)控制”和“閉環(huán)控制”。 開環(huán)控制：控制系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控制不產(chǎn)生影響。 閉環(huán)控制：控制系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對控制過程產(chǎn)生影響。,開環(huán)系統(tǒng)的框圖（） ：,幾個注意點： 1.除輸入與輸出量外，其它三個環(huán)節(jié)都用框圖表示； 2.箭頭表示時序。 案例：電子門鈴、噴泉自動控制系統(tǒng)、自動門、賓館自動叫醒服務系統(tǒng),開環(huán)系統(tǒng)的重要說明（） ：,重要說明（請把下面補充到自己資料中，一定！）： 1.輸出量控制量，輸出量=被控量； 2.設定量=輸入量（做題時這點很重要）； 3.控制量：一般是影響被控量變化的因素； 4.控制器：具有決策能力的裝置，至少是一個“二選一”的判斷裝置(如果不能回答，

6、則此部分寫控制器)； 5.控制對象：取決于控制目標，往往是實際空間物； 6.執(zhí)行器：實施控制決策的裝置（輸入是信息，輸出往往是實際一個動作或物理量，如門轉動角度）；,開環(huán)系統(tǒng)的案例學習：,通過案例學習畫方框圖： 案例1：某游泳池具有定時進水控制系統(tǒng)，當進水達到一定時間后，定時器將自動關閉進水閥門。請畫出此案例中的開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖。 案例2：有一賓館自動門，當人靠近時，紅外線傳感器就能自動檢測到人體熱輻射信號，控制電路帶動電動機轉動，自動門打開。,答案：,游泳池定時上水系統(tǒng),賓館自動門,閉環(huán)系統(tǒng)（） ：,閉環(huán)控制：控制系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對控制過程產(chǎn)生影響。 核心：有檢測裝置，并能反饋信

7、號，達到減少輸出量的偏差的作用。但它有無不是開閉條件。 7.傳感器：是提供決策的依據(jù)（輸入量是具體物理量，輸出是信息），它是信息的轉換裝置。,閉環(huán)系統(tǒng)重要說明 ：,在實際系統(tǒng)中，控制器、傳感器和執(zhí)行器在物理上可以是一體的，在功能上我們把它們分開，所以答題時如果沒有明確分開物時，我們有時可以只寫“控制器”、“執(zhí)行器”等。 另外，框圖只是“功能描述圖”，并非物理器件組成圖。,閉環(huán)系統(tǒng)案例學習（） ：,案例1：冰箱往往有自動溫度控制系統(tǒng)，它可以通過溫度傳感器檢測溫度，并把相關信息報告給溫度控制電路，最后通過制冷機保證冰箱中冷凍箱的溫度處于一個使用希望的溫度。 案例2：OK廳中的嘯叫。 要求每個同學畫

8、方框功能圖。,閉環(huán)系統(tǒng)案例學習（） ：,案例3：水箱的水位自動控制系統(tǒng),被控對象： 被控量： 執(zhí)行器： 控制器： 檢測器： 輸入量： 輸出量：,閉環(huán)系統(tǒng)案例學習（） ：,案例4：加熱爐,被控對象： 被控量： 執(zhí)行器： 控制器： 檢測器： 輸入量： 輸出量：,開閉環(huán)背誦要點,1.熟記開閉環(huán)系統(tǒng)各功能方框圖； 2.熟記各方框圖中的實際內容，如被控對象往往是一個實際“物體”，如冰箱溫度控制系統(tǒng)中的“冷凍箱”； 熟記的最終目標是： 會分析方框圖中各環(huán)節(jié)！ 課堂會安排一次識記考試，要求每個同學過關。,三、閉環(huán)系統(tǒng)干擾與反饋（） ：,干擾：引起被控量變化的各種因素稱為干擾因素。 干擾可能是好的，也可能是壞

9、的。 干擾因素在一個閉環(huán)控制系統(tǒng)中可能有一個，也可能有多個。 干擾因素在開環(huán)控制系統(tǒng)中也可能存在。 控制系統(tǒng)的其中一個作用：克服干擾！,三、閉環(huán)系統(tǒng)干擾與反饋（） ：,反饋：將輸出量通過適當?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程。 如ok廳中的嘯叫。 如自動電水壺具有當水沸騰時自動切斷電源的功能，就是運用反饋實現(xiàn)自動控制。,案例：水箱的水位自動控制系統(tǒng),被控對象： 被控量： 執(zhí)行器： 控制器： 干擾因素： 檢測器：,閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較,開環(huán)控制系統(tǒng)一般結構簡單，適用于控制精度要求不高而系統(tǒng)本身的元件又比較穩(wěn)定的場合。 閉環(huán)控制系統(tǒng)設計比較麻煩，結構相對復雜，構成控制系統(tǒng)的成本較高。閉環(huán)控制系統(tǒng)是自動控制中廣泛采用的一種方式，用于要求高精度和高可靠性的場合。 閉環(huán)控制系統(tǒng)都是自動控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)不一定是閉環(huán)控制系統(tǒng)。,這里面有什么？,你的判斷依據(jù)？,功能模擬方法、黑箱方法：,功能模擬方法：以功能和行為的相似性為基礎，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法，就是功能模擬法。 黑箱方法：把將要研究的系統(tǒng)作為黑箱，通過對系統(tǒng)輸入與輸出關系的研究，進而推斷出系統(tǒng)內部結構及其功能的方法，就是黑箱方法。 黑箱方法提供了一種不