一、控制的含义:控制是人们按照自己的意愿或目的,通过一定的手段,使事物向期望的目标发展。
师:师生分析控制的三要素:有目的、有对象、有手段
举例:一群孩子一块玩,有一人想控制其他 遥控器、电灯开关……
大禹治水:[目的]泄洪 [手段] 疏通河道,泄洪为主 禹的父亲鲧(gǔn)
二、控制的分类
人工控制:人工纺纱、普通自来水龙头,旋转按钮打开电灯、驾驶汽车等;
自动控制:数控机床、饮料自动装罐生产线、花房恒温控制、十字路口红绿灯的转换等 ,按照执行部件的不同,控制分为:机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等 ;
对于自动控制,按控制方式分为:开环控制、闭环控制
1、开环控制——我行我素(学生理解的用成语表达开环控制系统的特点,有趣)
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。如:红绿灯、电风扇的速度控制
联系《算法与程序设计》,是顺序结构
[实例]自动门的控制系统:人走近门时,门上方的红外装置检测到人体热辐射发出的红外信息,控制电路接收到该信号后,便会发出相应的指令,启动电机运转,从而带动门自动开启,当门开启后,控制电路将做出判断,如果没有人在门四周,就通知电机做反向运转,使门关闭。
[分析]输入量(给定量):红外装置是否检测到人体热辐射发出的信号;控制器:电路;执行器:电机;被控对象:自动门;输出量:门开启或关闭
2、闭环控制——随机应变、见风使舵
把系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响。
联系《算法与程序设计》,是循环结构
实例:饮水机
简单的自动水位控制装置
在工厂化的家禽饲养中,由于饲养的空间很小,家禽密度很高,饮水槽不可以做的很大,否则将被家禽践踏而使引水受到污染。但又要保持有充足的水量,不断的自动补充新鲜的饮水。解决这个矛盾的办法就是需要一套自动水位控制系统,使得很小、很浅的饮水槽中始终有水而且水位维持不变。
这个水位控制系统其实非常的简单,基本结构如下图所示
由于蓄水桶上方密闭的空间气压比外界大气压强低,所以能够保持蓄水桶中的水位高于水槽中的水位,当水槽中的水被饮用之后,外部的空气将通过蓄水桶的下方桶口进入到桶上方的密闭区域中,增加了密闭区的压强,蓄水桶中的水位降低,补充了水槽中的水,直至水槽中的水平面高过蓄水桶下方的桶口。
这个水位控制系统,非常可靠,而且极其简单,似乎没有如前所述的检测装置和反馈环节。
其实,这个系统巧妙地利用了空气压力的变化作为“检测信号”,蓄水桶下部桶口的边缘高度就是水位的“给定量”; 进入到桶上方的密闭区域中的空气就是“反馈信号”,通过空气的反馈,达到控制水位的目的,非常巧妙的设计。
三、干扰的概念
1.
【涵义】:干扰就是对控制系统的行为造成影响的有害的信号及扰动,即除给定量外,引起被控量量值变化的各种因素。
要点:系统行为、被控量量值变化;引起变化的各种因素。
干扰因素
真正的控制系统在运行的过程中还会存在很多的因素影响。在控制系统中,除输入量以外,引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。
(1)在电冰箱的温度控制系统中,下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素:
[拓展知识]通过讲解冰箱工作原理帮助学生理解电冰箱所在房间的温度从20℃升高到30℃是干扰因素;热菜或热饭不能放入冰箱,蜂蜜本身具有抑制细菌生成的功能,所以不必将其放入冰箱内。
(2)骑自行车的干扰因素:逆风、上坡路……
四、反馈:(比较容易理解)出现在闭环控制系统中,举例机器人扑灭蜡烛
【思考与分析】
(1)在出现干扰的情况下,开环控制系统和闭环控制系统哪种受干扰的影响小?为什么?
是开环控制系统,它本身不能对被控量的偏差进行调整和补偿
(2)举出一些由于干扰而使控制系统受到影响的例子。
大雪天出行、病毒攻击、手机干扰、飞机
手机辐射较大时的几种情况:
A 一格电时 B 充电时 C 刚接电话的瞬间 D 开关机的瞬间
五、控制系统设计
功能模拟法(人机对奕)
黑箱方法(中医“望闻问切”、挑西瓜)
六、跟踪练习
题目中涉及到ATM自动取款机:联系“许霆案”,和学生讨论当你到自动取款机取款,遇到类似的情况,怎样处理?学生很感兴趣,多数学生对法院判其无期徒刑不理解,顺势给学生讲了已经构成盗窃国家金融机构罪。
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