控制與設計

[知識要點]

一、控制的含義
人們根據自己的目的，通過一定的手段，使事物沿著某一確定的方向發展，就形成了控制。這里的手段就是控制技術。現代控制技術是指自動控制技術。自動控制是科學和技術的一個重要分支。自動控制系統能在無人直接參與的情形下運行，并承擔人的某些職能。
二、控制的意義
控制技術的廣泛應用，提高了產品質量，降低了生產成本，增長了勞動生產率，使人們從繁重或危險的體力勞動和重復的手工操作中解放出來。
三、控制系統典型案例分析
1.自動門
(1) 系統組成
①門
②電動機
③控制器
④傳感器
(2)工作過程
(1)當有人到達門前某 一距離（如1米）時，傳感器感知，并發出“有人”的信號；
(2)控制器接到傳感器傳來的信號后，經變換放大后傳給電動機（這里的電動機叫做執行器，也稱為驅動器）；
(3)電動機根據傳來的開門信號轉動，門被打開（這里的門叫做被控對象，也稱為控制對象，簡稱對象）；
(4)控制器保持開門信號延時（如 10 s）后，自動發出關門信號，電動機反轉，門重新關閉。

2.水箱水位控制
(1)控制方式
①人工控制
②自動控制
(2)系統組成
①人工控制：水箱(包括水箱內的水)、進水閥門。
②自動控制：水箱(包括水箱內的水)、閥門、連桿機構、浮子(俗稱水漂)。
(3)工作過程
①人工控制：當水面低于設定水位時，人打開閥門放水人水箱，人眼監視水面高度。當水面達到設定的水位時，人關閉閥門。
②自動控制：當水面低于設定水位時，浮子下落，閥門打開，進水；浮子監測水面高度，并隨著水面升高而浮升。當水面達到設定的水位時，浮子傳感，通過連桿機構，將閥門關閉。

當水位差（給定水位與實際水位之差）不為零時，此信號經連桿機構使閥門打開，放水入水箱；同時，浮子將實際水位的信號反傳給比較環節，從而形成水位差信號。當水位差為零時，閥門將關閉，不再進水。
四、開環控制與閉環控制
1.含義
案例(水箱水位自動控制)中，信息流經一個閉合環路，這類系統稱為閉環控制系統。閉環控制系統中，將輸出信息反傳給比較環節的做法，稱為反饋。而另一案例(自動門)中，沒有反饋，也就不存在閉環，這類系統稱為開環控制系統。
2.比較
種類 構成 本質 精度 抗干擾 輸出量對輸入的影響
開環控制 無反饋 前向通道 低 弱 無
閉環控制 有反饋 前向通道反饋通道 高 強 有

五、控制系統的基本組成與工作過程
1.控制系統的基本組成
    簡單的控制系統由被控對象和控制裝置兩部分組成，。控制裝置，包括傳感器、控制器、執行器等環節，對于閉環系統來說，還包括反饋環節與比較環節。
2.閉環控制系統的工作過程
對于閉環控制系統來說，輸人信號和反饋環節傳回來的反饋信號相比較，產生偏差信號,控制器根據偏差信號的大小和極性（正或負），產生控制作用，傳給執行器,執行器將此信號放大、變換后，傳到被控對象上,被控對象受執行器傳來的信號（稱為控制信號）的驅動，產生輸出信號；同時，反饋環節又將感知到的被控對象的輸出信號，經變換后產生反饋信號。
六、控制系統框圖
1.繪制框圖的方法
①按下面的順序確定系統各個環節： a——被控對象，b——執行器，c——控制器，d—一反饋環節（對閉環系統而言，以下同）