一、控制的含义:
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,这就是控制。
二、控制的应用:
生产中往往需要对温度、湿度、压力、速度及加工动作等进行控制。生活中的控制例子:教室的电灯,同学制作的台灯,声光控路灯,教室的门,银行的自动门,肯德基的感应出水龙头。
注意:理解任何控制现象,都要明确控制的对象是什么,控制要达到什么目的和采取什么控制手段。
例如:人骑自行车的方向控制问题,其控制对象是自行车,控制目的是让自行车按正确路线行驶,控制的手段是通过双手扭动车把从而改变车的前进方向。我们通过眼睛观察,把路面情况和行车路线反馈给大脑,如果行车出现偏差,大脑会指挥我们的手和脚对自行车行驶进行纠正。
三、控制的方式:手动控制和自动控制
(1)手动控制——是在人的直接干预和全程干预下进行的。手动控制又称人工控制。(如教室的电灯)
(2)自动控制——是指在无人直接参与的情况下,使事物的变化准确地按照期望的方向进行。(如声光控楼梯灯)
任何一种控制的实现,都要通过若干个环节,这些环节构成一个系统,我们称之为控制系统。一般的控制过程都有一个输入和一个输出,控制系统的输入输出之间有一定的对应关系。
案例1:电灯开关控制过程
教室的电灯开关控制过程: 一个输入信号(如手拔动开关),对应着一个输出信号(如灯亮或灯熄)。
四、控制的工作过程:开环控制和闭环控制
1. 开环控制系统分析:
2. 闭环控制系统分析:
3. 控制系统方框图分析:
在控制系统中,为了分析的方便,常采用方框来表示系统的环节,用单向信号线来表示系统信号传递的方向,这种图称为控制系统的方框图。如下图
开环控制系统框图:
闭环控制系统框图:
投掷飞镖的开环控制框图:

骑自行车的闭环控制框图:
以“游泳池进水控制系统”为例分析控制系统方框图
工作原理及要求:游泳池要保持一定水位。通过设定水位后,水位检测装置检测水位,当水位低于设定水位时,控制装置打开进水阀门给游泳池注水,当水位达到设定水位时停止注水。
被控量
被控量(有些控制系统被控量与输出量相同)——控制者最终的控制目标量(即控制目的),也就是控制系统的输出信号。如游泳池的水位;
输入量
输入量——即控制系统的给定量,又叫基准值或希望值。如游泳池的水位设定;
控制器
控制器——控制命令的发出者,即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。如控制电路;
执行器
执行器——执行控制器输出的指令,并把其转换成物理量,直接控制(或推动、改变)被控对象的装置。如电磁阀或电机;
被控对象
被控对象——执行器实施控制的物体,被控制时它的状态一定会改变,如方向、角度、速度、高度、温度等等的改变。如进水管阀门;
控制量
控制量——为了改变被控对象状态而输出的信号。如进水阀门输出的水。
输出量
输出量——由被控对象输出, 它的输出积累迭加, 并直接造成导致被控量的改变。如流过阀门的水。
比较器
比较器——将给定量与比较量进行比较,得到差值,并转换成另一种量送到控制器。
反馈环节
反馈环节——系统中将控制结果反馈回来的部分,称为反馈环节。反馈环节把反馈回来的信号输送给检测装置(比较器)。
案例2: 瓦特式离心调速器:
五、开环、闭环控制系统的优缺点:
(1)闭环控制系统:
①优点:当控制结果出现偏差时,能够对其进行修正。所以其控制效果好,精度高。
②缺点:结构复杂,成本较高。
(2)开环控制系统
①优点:结构简单,成本低廉。
②缺点:不能自动修正被控制量的误差、系统参数的变化或外来未知干扰都会影响系统精度。
六、控制中的干扰
一个控制系统在运行过程中,常常会受到一些变化不定的因素的影响。在控制系统中,除输入量(给定值)以外,引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。它们的系统框图如下:
1、开环控制系统

2、闭环控制系统

就干扰的性质来说,有些干扰是可以避免的(如室内投飞镖时风对飞镖的干扰),这些干扰我们可以采取消除、减弱的办法克服;而有些干扰是不可以避免的(如风对飞行中的飞机的干扰),这些干扰我们只能在提高控制系统的性能上下功夫。
七、开环控制与闭环控制的再辨识: 点击进入(注册登录可见)
八、控制系统干扰因素的再辨析:点击进入(注册登录可见)
九、控制系统习题:
1.控制方式及控制过程3、4、5、6题:点击进入
2.控制框图及控制优化1、2、3、4题:点击进入
3.控制及期设计习题8、10题:点击进入