控制与设计复习及练习

专题八控制与设计知识框架复习要点理解控制对象控制目的和控制手段了解控制在生产过程中对压力温度水位光照流量的控制了解生活中电冰箱洗衣机空调机等现代化生活用品的控制技术会分析典型的案例了解手动控制和自动控制的区别了解机械控制气动控制液压控制电子控制的区别熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程能画出一个简单的闭环控制系统的方框图能确定系统的各个环节被控对象执行器控制器反馈环节能确定被控量输出量控制量输入量反馈量偏差量能用箭头表示信息在系统中流动和传递的方向理解其中的控制器执行器比较环节和反馈环节的作用能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素并能分析尽可能避开或抑制干扰因素对控制系统影响的办法能用功能模拟方法黑箱方法对简单控制系统的组成方框及其作用进行分析了解简单的被控对象的基本特性能确定被控量控制量画出控制系统的方框图并形成初步的控制设计的方案能根据开环控制系统的设计方案制作一个控制装置学会调试运行提出改进方案重点提示控制的实现需要通过一定的手段从控制过程中人工干预的情形区分控制可分为人工控制和自动控制按照控制中执行部件的不同控制可分为机械控制气动控制液压控制电子控制等控制方式也可能是综合的控制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成为闭环控制系统与开环控制系统框图不同闭环控制系统中信息流经一个闭合环路将输出信号反传给比较环节我们把这种做法称做反馈没有反馈也就没有闭环没有反馈的控制系统即为开环控制系统在控制系统中除输入量给定值以外引起被控量输出量变化的各种因素称为干扰因素一个控制系统的干扰因素往往不止一个所有控制系统在工作运行过程中都会受到干扰因此设计一个控制系统必须学会分析这个控制系统可能有哪些干扰因素以及这些干扰因素是如何影响系统正常运行的从而尽可能避开或抑制干扰因素对控制系统的影响如果一个控制系统能够很好地避开或抑制干扰我们就认为这个控制系统有较好的抗干扰性对于控制系统的设计方案的形成还必须分析并明确以下一些具体的问题分析被控对象的基本特性了解被控对象在正常的工作状态下其输出量与输入量之间的关系分析控制系统有哪些干扰因素输出与干扰因素有何关系分析被控量与控制量如以分析声控灯系统为例声音是输入信号被控对象是灯泡被控量是灯的亮灭控制量是电流确定控制系统的构成方案在以上分析的基础上根据被控对象的基本特性根据控制精度抗干控制与设计控制的含义控制的含义控制的应用控制的手段简单控制系统的分析开环控制系统的基本组成和工作过程闭环控制系统的基本组成和工作过程控制系统的方框图控制系统的干扰因素简单控制系统的设计功能模拟方法和思维方法控制系统的设计方案扰性经济性等方面确定控制系统是开环控制系统还是闭环控制系统绘制控制系统的框图按确定的设计方案绘制控制系统的框图框图内容的表达要求完整例题解析例普通家用调光台灯的灯光亮度控制属于自动控制电子控制机械控制气动控制答案分析本题考查控制的手段与方法所谓自动控制和手动控制是以控制过程中人工干预的不同情形来区分的家用调光台灯的灯光亮度的调整一般是用转动开关旋钮来实现的故属于手动控制若按照控制系统执行部件的不同来区分控制又可分为机械控制气动控制电子控制等家用调光台灯灯光亮度的调整是通过改变电子元件来实现的故属于电子控制例下列关于控制系统工作过程的说法正确的是信息只能从输入端传至输出端信息只能从输出端传至输入端开环控制系统的信息只能从输入端传至输出端闭环控制系统的信息只能从输出端传至输入端答案分析本题考查控制系统的工作过程与方式控制系统在作过程中若从信息的传输过程分析归类可以把控制系统分成开环控制系统和闭环控制系统两类开环控制系统的结构和原理比较简单信息只从输入端传至输出端仅有一条路径它的缺点是控制的精确度不高闭环控制系统的结构和原理比较复杂信息流经的路径有两条一条是输入端传至输出端另一条是将输出端信息反传到输入端的比较环节它的优点是有较高的控制精度和较强的抗干扰性能例自动门的工作过程为当门口没有人时门是关闭的当有人来到门口时门自动打开当人离开门口一段时间后门又自动关闭请根据上述的功能要求完成以下设计内容确定自动门的技术要求如何实现自动门的打开和闭合提示可以参照教科书页的齿轮齿条结构提示自动门的技术要求可设计为当人距离门也可其他值时门自动打开在无人走动的情况下门打开延迟也可其他值后门自动关闭门开启的宽度应为两门的宽度之和自动门打开和闭合可选择电动机转动变移动结构来实现工作原理为电动机正转门打开电动机反转门闭合装置结构可采用齿轮齿条结构门开启和闭合的行程还必须有行程开关控制分析本题考查控制系统方案的设计设计一个控制系统需要确定其技术要求自动门的技术要求一般是指当人离门为多少距离时门自动打开门打开延迟多少时间后自动关闭门开启的宽度为多大根据门的结构和重量确定采用执行装置的类型例声控灯适用于多种场合如在公共楼道里安装声控灯既方便又安全它与普通的电灯控制电路相比去掉了手动开关而增设了声传感器控制器和电子开关其中声传感器的灵敏度可调整以适应不同场合使用的需要请根据声控灯的功能分析声控灯控制系统的输入和输出是什么两者的关系怎样声控灯控制系统的被控量和控制量是什么声控灯控制系统为什么可以采用开环控制系统画出声控灯开环控制系统的框图提示声控灯控制系统的输入量是声响输出量是灯泡中的电流两者的关系是声强达到某给定值时灯亮声强达不到某给定值时灯灭声控灯控制系统的被控量是灯的亮灭控制量是电流声控灯控制系统只有灯亮与灯灭两种运行状态不需要对输出量的误差进行控制因此可以采用开环控制系统声控灯开环控制系统的框图如图所示输入声音信号控制器开关执行器灯泡被控对象传感器电流输出灯的亮灭分析本题考查控制系统方案的设计考查的知识点较多声控灯是一个典型的控制系统案例控制系统的输入量就是控制系统的给定量它可以是设定的参数如时间温度等也可以是输入的信号如声音光照等输出量即被控量是指控制系统所要控制的量如水位流量等控制量是指执行器的输出量如电动机的转速阀门的开度等控制系统的控制方式开环或闭环是由控制系统是否需要反馈环节来决定的自主练习一基本题家用空调温度自动控制系统是闭环控制其中反馈环节的作用是减少输入量增加输入量稳定输入量稳定输出量家用电视机最容易受到的影响即干扰因素是环境温度环境湿度风的强度电磁干扰在下面个控制系统中属于闭环控制系统的是电风扇的定时控制系统公共楼道路灯延时控制系统棚室温度恒定控制系统商店自动门控制系统不同的传感器输入的信号是不相同的传感器输出的信号经控制器驱动继电器工作则控制器转换输出的应是温度信号控制器转换输出的应是声音信号控制器转换输出的应是亮度信号控制器转换输出的应是电流信号普通家用电饭锅的保温控制用双金属片开关控温系统为机械控制的闭环控制系统电子控制的闭环控制系统机械控制的开环控制系统电子控制的开环控制系统家用冰箱的温控系统采用闭环控制为了进一步提高其抗干扰的性能设计中采取的措施是增加反馈环节提高压缩机的制冷量提高箱体的隔热性能说明书上建议用户将冰箱远离其他家用电器放置如图所示有这样一个黑箱其输人输出关系的数据见下表则黑箱内部可能是交流变压器电源稳压器日光灯整流器电阻分压器输入直流电压输出直流电压黑箱输入输出分析题公共楼道中使用声控灯控制后在白天有人通过时灯泡也会点亮为了克服这一缺点小黄同学设计一个方案其控制系统方框图如下请分析该方案的控制过程作品评价题简易调光台灯的设计方案是在照明电路中灯泡与可变电阻串联通过调节可变电阻的大小来实现灯泡亮度的调节请你分析评价该设计方案的优缺点二拓展题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控制系统的控制器是人的大脑控制系统的反馈环节是人的眼睛控制系统的执行器是人的手控制系统的被控量是篮球输入光声信号控制器电控开关灯泡传感器电流输出灯的亮灭比较闭环控制系统和开环控制系统下列判断错误的是开环控制系统的控制精度较低开环控制系统无反馈环节闭环控制系统的抗干扰能力强闭环控制系统和开环控制系统都有比较器为了降低家用抽水马桶水箱水位的高度可采取的措施是增大进水流量减少进水流量调节降低浮球的位置调节升高浮球的位置关于干扰因素对控制系统的作用下列说法正确的是干扰因素仅作用在被控量上干扰因素不会作用于开环控制系统干扰因素的作用都会反映在输出量的变化上干扰因素是不可以利用的在闭环控制系统的调试过程中当输出量达到设计要求并稳定后比较器求出的偏差值等于零比较器求出的偏差值大于零比较器求出的偏差值小于零比较器求出的偏差值大于或小于零分析题如果人从自动门前经过而不进门自动门也会自动打开这个干扰作用于控制系统的哪个环节你有什么改进的方法分析题若抽水马桶的进水阀门漏水会产生什么情况对系统构件有何影响分析题在养鸡场给鸡饮水如采用放在地上的普通水槽容易被鸡踩翻和污染不能保证水槽中的水量为此赵明同学设计了一个挂在空中的鸡用饮水器方案图为其结构原理示意图设饮水盘中的虚线为设计水位当饮水盘水位下降到一定值时饮水盘重量减轻弹簧使水阀控制杆向上运动将出水阀打开水从进水管流入饮水盘当水位达到设计高度后饮水盘重量增加对拉簧的拉力增加使水阀控制杆向下运动关闭水阀因此饮水盘中的水位能自动维持在设计高度上该控制系统中弹簧的作用是什么画出自动饮水机的控制系统框图评价题家用电饭锅因使用方便而被广泛使用请根据你的使用体验对家用普通电饭锅的安全性控制精度从饭的口感判断适应性能否做其他烹饪作出评价并提出改进建议专题八控制与设计普通声控灯在白天有人通过楼道时灯泡也会点亮这是不必要的为了克服这一缺点在声控系统中增加了光控环节光控开关受光信号控制在白天光线强时光传感器将接受的信号传送给光控制器光控制器输出控制信号将光控开关打开这样白天灯泡就不会点亮了简易调光台灯可实现亮度调节的功能工作原理和制作工艺简单工作过程是通过调节可变电阻的大小米改变灯泡两端的电压从而使灯泡亮度变化这是它的优点但由于灯泡与可变电阻串联可变电阻器也要消耗电能且体积较大调节操作不方便安全性差因此日前市场上的调光灯普遍使用电子元件实现调压如果自动门设计的技术要求是人离门的距离内门自动开启则人从自动门前经过并不进门自动门也会自动打开原因是传感器无法确定人走的方向这个干扰因素作用于控制系统的输人环节即传感器上改进的方法是在自动门的两侧加上护栏抗干扰措施使近门的区域内人不能横向通过在自动门前设置台阶若抽水马桶的进水阀门漏水实际水位将超过设定值该系统对这个水位的误差值是不能控制的只有将水箱的水放去井排除进水阀的故障才能使水位重新回到设定值当水箱水位升高以后浮球受到的浮力增加浮球有往上移动的趋势对系统中连杆机构的作用力增加对阀门的压力增加构件有被弯曲和损坏的可能为了防止这种现象和水溢出水箱在抽水马桶的水箱中应装有防溢出水管道弹簧有两个作用一是检测水位的变化二是控制水阀的开和关控制系统的框图如下对家用普通电饭锅的可靠性控制精度适应性作出的评价如下家用普通电饭锅的可靠性较高使用安全在控制电路中均装有热熔断器当出现意外时热熔断器会自动切断电源起到保护作用家用普通电饭锅的控制精度主要决定于磁性温控元件和双金属片温控元件的性能控制精度能满足使用的需求米饭口感好家用普通电饭锅只能用来煮饭没有煮粥的功能适应性一般给定水位输入水位差弹簧控制水阀饮水盘弹簧检测实际水位输出反馈