第四章 控制装置

山东省昌乐一中 2011级通用技术导学案主要编制人：王爱军、李玉松、吴巧燕审核：审批：第四章控制与设计一《通用技术课程标准》要求：（1）理解控制的含义及其在生产和生活中的应用。

（2）分析典型的案例，了解手动控制、自动控制，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。

（3）能画出一个简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器等环节的作用，熟悉反馈环节的作用。

（5）了解简单的被控制对象的基本特性，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。

（6）能根据开环控制系统的设计方案，制作一个控制装置；或者能根据简单闭环控制系统的设计方案进行实施或模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。

【学习目标】知识与技能：1、理解控制的涵义及其应用2、能画出简单的闭环控制系统方框图3、结合实例，会分析控制系统过程与方法：通过具体案列进行分析理解。

情感态度与价值观：激情投入，高效学习，养成勤于思考及善于归纳的习惯。

【重点、难点】重点：开环控制与闭环控制系统的理解与应用难点：控制系统的设计与应用【使用说明】1、通览本章所有知识内容，完成自主学习部分。

2、小组成员积极讨论，踊跃展示。

3、激情投入，高效学习。

班级 姓名 编号 时间：2013年3月16日【自主学习】1、如果我们希望某一事物按照自己的意愿发展，就要对其进行 ，这种根据自己的目的，通过 ，就形成了控制。

2、能将控制的结果（即比较量）反馈回来与希望值（即基准量）进行比较，并根据它们的误差及时调整控制作用的系统，称为 。

3、 的系统，成为开环控制系统。

4、系统中将控制结果反馈回来的部分，成为 。

是闭环控制系统的重要特征。

5、按照执行部件的不同，控制分为： 、气动控制、 、电子控制等。

6、对于自动控制，按控制方式分为： 、 和复合控制等。

7、控制系统必须在 才能完成控制任务。

这种控制系统我们称之为 。

8、在控制的过程中 的控制系统称为自动控制。

控制与设计一、考点（1）了解控制的含义及其在生产和生活中的应用。

（2）通过典型的案例了解手动控制、自动控制，了解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。

（3）能识别简单的闭环控制系统的方框图，了解其中的控制器、执行器等环节的作用，了解反馈环节的作用。

（4）了解影响简单控制系统运行的主要干扰因素。

（5）了解简单的被控制对象的基本特性，了解被控量、控制量。

二、知识点1、控制：人们根据自己的目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展就形成了控制。

控制技术的广泛应用，提高了产品质量，降低了生产成本，增长了劳动生产率，使人们从繁重或危险的体力劳动和重复的手工操作中解放出来。

2、手动控制：控制过程是在人的直接干预和全程干预下进行的。

自动控制：指在无人直接参与的情况下，事物的变化准确地按照期望的方向进行。

3、控制系统的输出量不对系统控制产生任何影响，这种控制称为开环控制系统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是闭环控制系统4、干扰因素：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成为干扰因素。

控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个，有的是人为的，有的是由于环境造成的。

5、在正常工作状态下，其输出与输入之间的关系，输出与干扰之间的关系称为被控对象的基本特性。

被控量：就是输出量；通过控制量来实现对被控量的控制。

三、例题1、如图所示为某种抽水马桶水箱的结构示意图：浮球和连杆用螺纹连接，通过调节连杆长度来设置给定水位，当水位上升到给定水位时，浮球带动连杆装置关闭进水阀。

如果往进水阀方向调节浮球，缩短连杆长度，那么产生的后果是A．降低给定水位高度B．增加给定水位高度C．不影响给定水位高度D．降低实际水位高度解析：如果向进水阀方向调节浮球，缩短连杆长度，那么浮球位置将上升。

依据杠杆原理，要关闭进水阀，浮球的位置将会上升的更高。

所以向进水阀方向调节浮球，也就增加了给定水位，那么在稳定状态下水箱的实际水位也变高了。

《过程装备控制技术及应用》（本）课后复习题第一章控制系统的基本概念一、填空题1、评定过渡过程的性能指标主要有。

2、自动控制系统按设定值的不同形式可分为、、等控制系统。

3、过程控制系统基本组成是、、和等环节。

二、判断题1、系统的过渡时间短，则调节系统能及时克服干扰作用，调节质量就越高。

（）2、余差是指调节过程结束后，被调参数稳定值与测量值之差。

（）三、选择题1、系统的衰减一般为时最好。

A．20︰1 B. 8︰1 C. 4︰12、系统过渡过程中的最大偏差是指调节过程中出现的最大差值。

A．被调参数指示值与给定值的 B. 被调参数指示值与测量值的C. 新的稳定值与给定值的四、简答题1、在阶跃扰动作用下，自控系统的过渡过程有哪些基本形式？其主要品质指标有哪些？2、化工自动化主要包括哪些容？3、自动控制系统主要由哪些环节组成？4、图1-1为某列管式蒸汽加热器控制流程图。

试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

图1-1 某列管式蒸汽加热器控制流程图[P16，图1-17]5、在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？6、图1-2为一组在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线。

⑴指出每种过程曲线的名称。

⑵试指出哪些过程曲线能基本满足控制要求？哪些不能？为什么？图1-2 过渡过程曲线7、试画出衰减比分别为n<1,n=1,n>1,n→∞时的过度过程曲线？五、计算题某化学反应器工艺规定操作温度为(800±10)℃。

为确保生产安全，控制中温度最高不得超过850℃。

现运行的温度控制系统，在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图1-3所示。

⑴分别求出最大偏差、余差、衰减比、过渡时间(温度进入按±2%新稳态值即视为系统已稳定来确定)和振荡周期。

⑵说明此温度控制系统是否满足工艺要求。

图1-3 温度控制系统过渡过程曲线第二章过程装备控制基础一、填空题1、按对象静态特性选择调节参数时，调节通道放大倍数越大，则克服干扰能力就越。

第四章舰船操纵性试验舰船操纵性是舰船用其舵等控制装置改变或保持航向、航速、航行状态的性能，它是舰船重要的航海性能之一。

实船操纵性试验所得到的结果，具有重要的意义。

它综合地和直观地反映出了各种因素的影响，可直接供舰船操纵使用，同时又给设计和研究提供了客观依据，可改进设计和操纵性预报，可修正模型试验和实船试验的相关性系数。

舰船操纵性控制装置包括舵装置、导管装置、横推（侧推）装置等，种类很多。

本章中所介绍的主要是舵装置。

第15届国际船模试验水池会议的操纵性委员会提出了舰船操纵性分为舰船的固有操纵性和控制操纵性两种概念。

前者是指舰船在部分相关条件下，自身固有的操纵特性，它不依赖于外界环境条件，如风、浪、流等扰动及航道限制影响，也不依赖驾驶者（或自动驾驶仪）的技术水平。

后者是指舰船在全部相关条件下，考虑外界环境的影响及驾驶员技术水平时的操纵性能。

舰船操纵性指标是指能以定量的数值来评价舰船操纵性能好坏的判据。

舰船固有操纵性指标可分为两类。

一类称为“直接判据”，它是用试验中所测定的一些直观的运动参数，直接来判断舰船的操纵性能，如回转试验的纵距、横距、战术回转直径及稳定回转直径等；Z形操舵试验的执行操舵时间、航向超越角速度等等。

另一类称为“间接判据”或“分析判据”，它是根据试验结果分析计算而求出的，如静稳定指数、K、T判据及P指数等。

§4－1舰船操纵性试验的目的和项目舰船操纵性的好坏以及是否满足设计要求，需由实船操纵性试验确定，对于舰船的操纵人员来说（如船长、舵手），必须确切了解舰船操纵运动的诸参数（如回转直径、横距、纵距等），以便正确操船避免事故。

由于舰船操纵性与舰船的使用者有明确的联系，因此第14届国际船模试验水池会议操纵性委员会规定了八种试验方法来测定舰船的固有操纵性，即回转试验、回舵试验、零速启动回转试验、Ｚ形试验、螺线试验和逆螺线试验、变航向试验、制动及横推试验。

我国水面舰船实船操纵性试验项目一般包括：回转试验、Z形操纵试验、回舵试验、制动（惯性）试验、变航向试验、正螺线试验、逆螺线试验、倒航试验、侧向推力装置试验、舵杆扭矩测定试验。

第四章控制与设计（一）本章重点知识阐述：（1）控制是人们根据自己的目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展。

这里所说的手段就是控制技术。

（2）简单的控制系统由两部分组成，即被控对象和控制装置。

其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括反馈环节和比较环节。

（3）闭环控制系统是信息流经一个闭合环路，在其系统中将输出信息反传给比较环节的做法，称之为反馈。

开环控制系统是信息总是自输入端单向传至输出端，不存在信息逆向流动，也就不存在闭环。

（4）干扰就是控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响，这种影响越小越好。

分析一个控制系统的干扰因素要分析控制系统易受到其外部环境或条件中的哪些因素的影响。

（5）控制系统的运行调试通常有以下几方面的内容，即：系统的试运行、系统参数的调整、其他问题的发现与解决。

（6）控制系统的评价与优化通常有以下几个方面内容，即系统方案的评价与优化，系统制作水平的评价与优化，系统的总体评价与优化等。

（二）基础知识再现：1、信息流经一个闭合环路，这类系统称之为。

此系统中将输出信息反传给比较环节的做法，称之为。

2、闭环控制系统与开环控制系统，是两类不同的系统。

从构成形式上看，二者的不同表现为。

从本质上讲，二者的不同在于。

3、简单的控制系统由两部分组成，即和。

其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括环节与环节。

4、开环控制系统的结构和原理比较简单，信息从输入端传到输出断，仅有一条路径。

它的最大缺点是不高；闭环控制系统的结构较为复杂，信息流经的路径有两条，它可以有较高的和较强的性能。

5、控制系统框图中，信息流经的路径叫做，对于闭环控制系统来说，有两个基本通道，那就是和。

6、在控制系统中，将控制器的信号转换成能影响被控对象的信号的装置，称为。

7、在人体温度控制系统中，皮肤相当于。

8、就是控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响。

《过程控制原理及应用》阶段练习题—3第三章 过程检测技术3.1 检定一只量程为5A 的电流表，结果如下：（1）试求仪表各示值的绝对误差﹑ 实际相对误差﹑示值相对误差和引用误差。

（2）确定仪表的精度等级。

解：（1）取ΔI 为绝对误差， δI 为相对误差， δIr 为示值相对误差，q 为引用误差。

相应各值如下表所示：（2）由于 q max =q 1=2.0 因此该仪表的精度等级为2。

3.2 某台测温仪表的测温范围为0~500℃，校验该表时得到的最大绝对误差为±3℃。

试确定该仪表的精度等级。

解：该仪表的最大引用误差为：国家规定的精度等级中没有0.6级仪表，而该仪表的最大引用误差超过了0.5级仪表的允许误差，故该台仪表的精度等级应为1.0级。

3.3 现有精度等级为1.5级，2.0级各2.5级的三块仪表，测量范围分别为0~ 100 ℃，-50~550 ℃和-100~500 ℃。

现需测量500 ℃左右的温度，要求测量的相对误差不超过2.5%，选用哪块仪表比较合适？%6.05003%100max max ±=±=⨯∆=N x δ解 ： 测量所允许的最大误差为Δt max =500×2.5%=12.5℃1.5级仪表测量范围上限只有100 ℃，直接排除之。

2.0级仪表所允许的最大误差为Δt max,2=（550+50）×2.0%=12℃2.5级仪表所允许的最大误差为Δt max,3=（500+100）×2.5%=15℃故只有2.0级满足Δt max,2＜Δt max 的情况。

因此，测量500℃左右的温度，应选2.0级量程是-50~550 ℃的仪表。

3.4 已知被测压力在范围0.7~1MP 内波动，要求测量的绝对误差不得超过0.02MPa ，试选定弹簧管压力计的量程和精度等级。

可供选用的压力计量程系列为：0~0.6MPa ；0~1MPa ；0~1.6MPa ； 0~2.5MPa. 解：因为压力有波动，故仪表上限应大于最大工作压力的3/2，即MPa N 5.1)2/3(1=⨯>为了满足测量精度的要求，被测压力的最小值不应低于满量程的1/3，即MPa N 1.237.0=⨯<故应选择量程范围为0~1.6MPa 的压力表。

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试题1：第一章概述题号一二三四五合计分值20 40 40 100实得分一、简答题（每题5分，共20分）1、电梯的产生过程？2、制约我国电梯行业发展的因素有哪些？3、我国未来电梯行业发展的有利因素？4、在今后一段时间内电梯技术发展趋势是什么?5、电梯使用永磁同步无齿曳引机的优点有哪些？二、填空题（每空1分，共40分）1、年，世界第一台被工业界普遍认可的安全升降机得以诞生。

年，英国人汤姆逊制成了世界上第一台液压升降机。

年，奥的斯公司在纽约安装了世界第一台客运升降机；年奥的斯公司制成使用了世界上第一台以直流电动机驱动的升降机。

年制造出微调节自动平层的电梯；年安装了第一台信号控制系统；年开发并安装了集选控制电梯；年在电梯上使用群控方式。

世界上最高电梯速度已经达到 m/s；一般将电梯的速度限制在m/s以下。

年法国、德国、日本三国共同研制的直线电机电梯。

（11分）2、目前国际电梯市场基本奥的斯、通力、迅达、蒂森、三菱、东芝、日立、富士达等八大名牌垄断，他们的销售服务网点遍布世界各地广大中心城市，合计销量占到全球总销量的 %以上。

（5分）3、目前市场份额中，外资品牌占国内电梯市场的 %左右的份额，民族自主品牌约占 %的市场份额。

4、我国电梯整机及零部件的制造基本集中在、，其中长三角地区电梯生产总量占全国的 %以上。

5、电梯生产企业需强制执行《》(GB7588-2003)及《》（GB16899－2011）等行业标准。

6、奥运会、世博会等一系列国际盛会以来，在国内掀起一场以“，，”为导向的电梯革命。

7、电梯行业中应用的控制系统主要是控制与控制，其中微机控制仍是主流的控制方案。

8、电梯的驱动方式包括驱动、驱动、驱动、电机等，目前变频器已经成为应用最广泛的电梯驱动。