通用技术开环和闭环控制系统

第四单元控制及其设计第2节开环控制系统的工作过程[学习目标]（1）简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程（2）闭环控制系统的基本组成（3）简单的闭环控制系统的方框图（4）控制器和执行器的作用[课前预习]1、控制的含义2、控制的分类3、控制的应用（1）、人们按照自己的，通过一定的，使事物向，这就是控制。

（2）、理解一个控制现象，要明确、和。

如汽车方向驾驶，控制对象是，控制目的是，控制手段是。

（3）、按照执行部件的不同，控制分为、和。

[课堂导学]【任务一】——理解控制系统【技术体验】搭建雨水收集池水位报警装置工作过程分析：一、控制系统1、 含义：任何一种控制的实现，都要通过若干个环节共同实现，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统，称为控制系统。

2、控制系统通常又分为 控制系统和 控制系统。

【任务二】——分析开环控制系统工作过程【技术体验】搭建定时浇水控制系统模型二、开环控制系统1、含义：控制系统的 不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。

2、开环控制系统的方框图输入量：控制系统的给定量，即控制系统为达到设定目标所需要的输入信号，作用于控制对象或系统输入瑞，并可便系统具有预定功能或预定输出的物理量。

输出量：控制系统所要控制的量，使系统要达到的设定目标，表现于控制对象或系统输出端，并要求实现自动控制的物理量。

控制器：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。

执行器：接受控制器输出的控制信号，产生具体的控制效果，使输出量产生预期的改变，是控制系统实现目标达成的主要工作部件，直接对被控对象进行控制的装置或元件。

控制量：执行器的输出信号，一般也可为执行器所做的功的形式。

被控对象：控制系统中所要控制的装置或生产过程3、简单的开环控制系统工作过程控制器接收到输入信号，命令执行器工作，执行器做功输出控制量，使被控对象状态变化，从而输出既定目标。

实例说明：火灾报警控制电路基本组成如下面方框图所示：【学生活动】1、用方框图说明下列开环控制系统的工作过程，并注明方框图中的各个环节的具体内容以及输入量、输出量和控制量。

⾼中通⽤技术课程开、闭环控制系统的区分2019-08-24在⾼中通⽤技术课程的《技术与设计2》中，我认为对学⽣来说，最⼤的重难点应该就是开环控制系统和闭环控制系统的判断与分析。

在教材中，对开、闭环控制系统分别是这样定义的：“控制系统的输出量不对系统的控制产⽣任何影响，这种控制系统称为开环控制系统；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称为闭环控制系统。

”从定义来看，闭环控制系统⽐开环控制系统多了⼀个检测输出量并返回输⼊端⽐较的过程，也就是反馈环节，因此，判断有没有反馈环节，就是我们区分开、闭环控制系统的⼀个最明显的标志，也是最确切的办法。

但是我发现学⽣在⾯对⼀个控制系统的时候，却经常不能很好地判定到底有没有反馈。

尤其有的同学经常把检测输⼊信号的装置当成了反馈环节中检测装置，以致把开环控制系统误判成了闭环控制系统。

⽐如⾃动门控制系统，系统中有⼀个检测装置，但这是⽤来检测有没有⼈站到门⼝的装置，⽽不是检测输出量并返回到输⼊端的装置。

因此，不能以此来判定这⾥有⼀个反馈环节，这是⼀个闭环控制系统。

在教学过程中，根据我⾃⼰对开、闭环控制系统的理解，我让学⽣可以再⽤以下⼏种⽅法来辅助区分这两者：1. 看输⼊量与输出量开、闭环控制系统的输⼊量与输出量之间都是有⼀定关系的。

⾸先，在不考虑⼲扰因素的情况下，开环控制系统的输⼊量与输出量应该是⼀⼀对应的。

⽽闭环控制系统系统则是⼀个输⼊量对应多个输出量；其次，因为闭环控制系统的输⼊量与输出量要在⽐较器中进⾏⽐较，所以必须是同⼀种量。

只要把握好这两种关系，我们就可以⽐较容易地判断出⼀部分开环控制系统。

⽐如，电风扇控制系统，⼀个挡位对应⼀个风速，改变挡位，风速就要随之变化，输⼊量与输出量不是同⼀种量且⼀⼀对应，这肯定是⼀个开环控制系统。

2. 看该系统的输出量是不是⾃动维持在某个状态上详细⼀点说，就是看这个系统在⼯作过程当中，⼀旦输出量发⽣了变化，会不会⾃动、及时地进⾏调整，把输出量维持在原来的状态上。

开环控制闭环控制通用技术开环控制和闭环控制是控制系统中常用的两种技术手段，它们在不同的应用场景下具有各自的特点和优势。

本文将从开环控制和闭环控制的基本概念、原理、特点以及应用等方面进行探讨，旨在探究开环控制和闭环控制的通用技术。

一、开环控制的基本概念和原理开环控制（Open Loop Control）是指在控制过程中，输出信号不受系统的实际状态或反馈信息的影响，仅依靠预先设定好的控制策略进行控制。

开环控制不考虑系统的实际状态和误差，只根据预先设定的输入信号和系统模型进行控制。

开环控制的原理可以用以下简单的模型来描述：输入信号经过系统处理后，得到输出信号。

在开环控制中，输入信号和输出信号之间没有直接的联系，输出信号的质量和精度依赖于系统本身的性能。

二、开环控制的特点和应用1. 特点（1）开环控制简单直观，易于实现和调试；（2）开环控制没有反馈环节，不受外界干扰和系统变化的影响；（3）开环控制的稳定性和精度较低，容易受到误差积累的影响。

2. 应用（1）开环控制常用于一些简单的、不需要高精度的控制系统，如电风扇、电灯等；（2）开环控制也常用于一些实时性要求较高、但对控制精度要求不高的系统，如机器人的简单动作控制。

三、闭环控制的基本概念和原理闭环控制（Closed Loop Control），又称反馈控制，是指在控制过程中，输出信号通过传感器测量得到的反馈信息作为输入信号的一部分，用于调整和修正控制系统的工作状态。

闭环控制通过不断的比较实际输出和期望输出之间的误差，采取相应的控制措施来调整系统的工作状态，从而实现对输出信号的精确控制。

闭环控制的原理可以用以下简单的模型来描述：输入信号经过系统处理后，得到输出信号，并经过传感器测量得到的反馈信息与期望输出进行比较，计算出误差信号。

根据误差信号，控制系统采取相应的控制策略，调整系统的工作状态，使输出信号逐渐趋近于期望输出。

四、闭环控制的特点和应用1. 特点（1）闭环控制具有较高的稳定性和精度，能够有效抑制系统中的干扰和误差；（2）闭环控制能够适应系统的变化和外界的干扰，具有较强的鲁棒性；（3）闭环控制的设计和调试相对较复杂，需要对系统的动态特性进行建模和分析。

第二节控制系统的基本组成与工作过程导学案一．学习目标1．分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程；2．熟悉闭环控制系统的基本组成，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、执行器的作用。

二．学习过程我们先来分析两个典型控制案例，旨在了解控制系统是怎样构成的，以及它们是怎样实现控制的。

【案例1】自动门自动门的动作过程是：当门口没有人时，门是关着的(图1)；当有人来到门口时，门打开(图2)；当人离开门口后一段时间，门又关闭。

功能(1)无人时，常关；(2)有人时，开门。

技术要求(1)当人距门l m(也可设为其他值)时，门即打开；(2)门打开后，延时10 s(也可设为其他值)后关门。

门是怎样实现自动开、关的呢?我们来看一看自动门(实际上是自动门系统，简称自动门)的组成和工作过程。

系统组成①门；②电动机；③控制器；④传感器。

工作过程(1)当有人到达门前某一距离(如1 m)时，传感器感知，并发出“有人”的信号；(2)控制器接到传感器传来的信号后，经变换放大后传给电动机(这里电动机叫做执行器，也称驱动器)；(3)电动机根据传来的开门信号转动，门被打开(这里的门叫做被控对象，也称为控制对象)；(4)控制器保持开门信号延时(如10 s)后，自动发出关门信号，电动机反转，门重新关闭。

上述的系统组成与工作过程，可以用图3表示。

在图3中，从左往右看：当门口有人时，即有输入，传感器感知并形成信号。

信号先后经过控制器、电动机的变换与传递，直到把门打开，叫做有输出(门动作，打开)。

没有人，则无输入，不发生信号传递，当然没有输出(门无动作，常关)。

【问题思考】当有人一直站在门口时，自动门会怎样动作？为什么？【案例2】水箱水位控制再来看水箱的水位控制。

当水箱内的水没有达到设定的水位(水箱内的“△”所示)时，水箱的水龙头打开，向水箱内放水；当水面达到设定位置，水龙头关闭。

它有两种控制方式：一为人工控制(图4)；一为自动控制(图5)。