4.2-4.3控制系统工作过程课件-2021-2022学年高中通用技术苏教版（2019）必修《技术与设计2》(共44张PPT)
文档属性
| 名称 | 4.2-4.3控制系统工作过程课件-2021-2022学年高中通用技术苏教版（2019）必修《技术与设计2》(共44张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 13.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 通用技术 | ||
| 更新时间 | 2022-04-21 22:47:46 | ||
图片预览
文档简介
(共44张PPT)
【技术与设计2（苏教2019）】
4.2—4.3控制系统的工作过程
走进情境
陈晨设计了家庭雨水收集系统，但每逢雨季，雨水收集池的水位就会随着雨水的不断注入而升高，当水位升到一定高度时，雨水就从溢水口溢出排放出去，造成了雨水资源的浪费。如何避免浪费？
收集屋顶雨水的进水管
潜水泵
出水管
水龙头
溢流管
需要设计一水位报警装置
任务一 理解控制系统
01
报警装置只能提供达到一定水位的消息，提醒家人及时用掉一些水或用其他容器先装一些水，以降低水位，它与溢流孔没有关系。溢流孔是当水池中的水满后，让多余的水沿设定方向流出。
思考：已经有报警装置，为什么还要留溢流孔？
控制系统
在上述报警控制系统装置中，水位是该控制装置的输入，通过水位传感器将信息传送到控制器；当水位达到报警值时，控制器输出信号到报警器，发出声光报警。这样一个系统称为控制系统。
任何控制都要通过若干个环节来实现，这些环节所涉及的装置构成了一个系统，称为控制系统。控制系统是输出与输入之间有一定的对应关系。
2008.4
脚踩的力
（输入）
脚蹬、曲柄、链轮
中轴、链条、飞轮
自行车行驶的速度（输出）
02
任务二 分析开环控制系统工作过程
搭建定时浇水控制系统（课本案例）
思考：
1.该系统如何工作的？
2.若要远程控制该浇水系统，应该怎样调整控制系统？
该控制系统的工作过程：将时间设定到定时浇水控制系统的定时器中，到了设定时间就自动接通潜水泵，开始往水管里抽水，通过调节定时器通电时长，控制滴到植物土壤中的水量。这一控制系统的工作过程可用下面方框图描述。
其中，定时器设定的时间是输入量，水管的出水量是输出量。
若要远程控制该浇水系统，就要用具有网络控制功能的装置代替定时控制器，如采用网络控制器、无线WIFI控制开关等。
开环控制系统
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。
开环控制系统在日常生活中的用途很广，如水位定时控制系统、十字路口的红绿灯定时控制系统、楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动报警控制系统、公园的音乐喷泉自动控制系统等。
输入量：即控制系统的给定量。如设定时间。
控制器：即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件（相当于人的大脑），如定时器，控制电路。
执行器：即直接对被控对象进行控制的装置或元件。如水泵、阀门。
控制量：即执行器的输出信号，如流过水管的水量。
被控对象：即控制系统中所要求控制的装置或生产过程。如出水管。
输出量（被控量）：即控制系统的输出信号，如浇灌的水量。
案例分析
（点火）
输入量
（转动轴3）
（1、2、重锤）
（庙门）
（庙门开或闭）
输出量
控制器
执行器
被控制对象
电机
控制电路
红外传感器
控制量
案例分析：自动门如何实现自动开、关的呢？
（人体红外信号）
输入量
（电机）
（控制电路）
（门）
（门开或闭）
输出量
控制器
执行器
被控制对象
红外传感器器
转动
2008.4
以前，农民种植庄稼，遇到干旱天气，给农田灌溉是件困难的事，有些地方只能“靠天吃饭”。现在，通过引水工程，采用水泵抽水进行灌溉，解决了农田灌溉的难题，告别了“靠天吃饭”的历史。
电机
水泵
水流量
水管
其控制系统的工作过程如下图所示：
案例分析：水泵抽水控制系统
接通电源
水管排水
火灾自动报警系统由火灾探测器、现场报警部件和报警控制器组成。火灾探测器包括感烟探测器和感温探测器；现场报警部件包括警铃、讯响器、报警门灯等；报警控制器按显示方式的不同可分为数码显示和液晶汉显两种不同的类型。
感烟探
测器
报警控
制器
报警
部件
烟雾
信号
报警
信号
控制量
（电流）
案例分析
马上行动
用方框图说明下列开环控制系统的工作过程，并注明方框中的各个环节的具体内容以及输入量、输出量和控制量。
（1）音乐喷泉的控制；
控制器
执行器
被控制对象
（音乐）
输入量
（水泵）
（声—电转换装置）
（水泵转速）
控制量
（水柱）
（水柱高低）
输出量
控制器
执行器
被控制对象
（按开关）
输入量
（电磁阀）
（控制电路）
（推动活塞）
控制量
（车门）
（车门开或闭）
输出量
用方框图说明下列开环控制系统的工作过程，并注明方框中的各个环节的具体内容以及输入量、输出量和控制量。
（2）公共汽车车门的开关控制
小结
1. 控制系统：任何控制都要通过若干个环节来实现，这些环节所涉及的装置构成的系统。
2. 开环控制系统：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。
组成：控制器、执行器、被控对象
相关量：输入量（给定量）、控制量、被控量（输出量）
3.开环控制系统的方框图
被控对象
执行器
控制器
输入量
控制量
输出量
陈晨家阳台上种植了两种植物－虎皮兰和绿萝。虎皮兰喜热、耐干早，绿萝则喜阴湿、忌干燥。这两种植物不能采用同一定时浇水方式，应该如何改进自动浇灌装置呢？
虎皮兰
喜热耐干早
绿萝
喜阴湿忌干燥
走进情境
03
任务三 分析闭环控制系统工作过程
技术体验 搭建土壤湿度控制系统
土壤湿度情况 电磁阀的状态 花洒的状态
当湿度传感器检测到花盆内土壤湿度不够时
当湿度传感器检测到花盆内土壤湿度达到要求时
观察过程填表
思考：
电磁阀的开启与关闭取决于来自什么装置的信号？
湿度传感器
打开
洒水
关闭
不洒水
在土壤湿度控制系统中，输入是设定的土壤湿度，输出是土壤的实际湿度，湿度传感器是检测器，检测到的土壤的实际湿度信号
返回到控制系统的输入端，通过一具有计算功能的装置，与设定的土壤湿度进行比较。当实际湿度比设定湿度低时，控制器控制电磁阀打开，给植物浇水。当实际湿度达到设定湿度时，控制器发出控制信号关闭电磁阀，停止给植物浇水。
该浇水自动控制过程可用以下方框图表示
闭环控制系统
我们把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。
闭环控制特点：在系统的输入量和输出量之间，还有一条从输出量返回到输入端的反馈环节，它们形成了一条闭合回路，反馈环节使得输出量的改变对控制的过程产生直接影响。信号传递是闭合回路。
闭环控制系统与开环控制系统相比：闭环控制系统多了一个有检测装置和比较器组成的反馈通道。
检测装置
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
控制量
比较器
空调房间温度控制系统方框图如下：
×
设定温度
比较器
控制电路
压缩机
空调房
空调温度检测装置
空调房内温度
制冷量
﹢
﹣
案例分析
在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的液位（水位）进行自动控制。比如自动控制水箱、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量，生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。其系统都为一般的闭环控制系统。
水箱的水位自动控制示意图
×
给定水位
比较器
控制器
进水阀门
水箱
水位检测装置
水箱水位
水流量
﹢
﹣
课本121页马上行动
开环控制系统
输入量
输出量
控制器
执行器
被控制对象
（光感传感器）
（电机）
（控制电路）
（窗帘）
（开或关窗帘）
2. 闭环控制系统
开环控制系统
闭环控制系统
（设定温度）
（设定温度）
（压缩机）
（电冰箱）
（冰箱内温度）
（温度检测装置）
任务一：解析闭环控制系统工作过程
开环控制系统
闭环控制系统
（设定温度）
（压缩机）
（电冰箱）
（冰箱内温度）
（温度检测装置）
声光信号
亮与灭
声光检测控制装置
开关
楼道灯
2. 闭环控制系统
开环控制系统
闭环控制系统
开环控制系统
闭环控制系统
任务一：解析闭环控制系统工作过程
开环控制系统
闭环控制系统
开环控制系统
闭环控制系统
×
给定车流量
比较器
控制电路
红绿灯
道口
检测装置
（感测装置）
实际车流量
红绿灯亮灭时间
﹢
﹣
04
任务四 辨析反馈在控制系统中的作用
1. 反馈
反馈：在自动控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程
反馈方法：利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法。
在带有反馈的控制系统中，有正向通道和反馈通道，形成一闭合的回路。带有反馈的控制系统就是前面所述的闭环控制系统。由于反馈控制系统是利用偏差信号作为控制信号，自动纠正输出量与其期望值之间的误差，因此可以构成精确的控制系统。
在工程中，反馈控制是自动控制中不可缺少的形式。
2.干扰因素
在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控制量变化的各种因素都可以视为干扰因素。有的干扰因素是由于环境造成的，如影响自行车行驶速度的变化的自然风等；有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。
在控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个。
控制系统在工作过程中必须克服干扰，使被控量稳定。空调器的温度控制系统是闭环控制系统，它能克服室外温度变化这一干扰，当室外温度升高时，空调器监测出干扰引起的室内温度变化，通过启动压缩机降温来克服这一干扰，使室温保持稳定。
3.闭环控制与开环控制系统的比较
开环系统本身不能对被控量的偏差进行调整和补偿,故控制精确度低.但结构简单,成本低.
闭环系统不论何种原因造成系统的输出量偏离给定量,都会产生控制作用来减少这一偏差,故控制精确度高.但结构复杂,成本高.
在开环系统的控制效果不佳情况下，可使用闭环系统
4.黑箱方法
小结
1. 闭环控制系统。
2. 闭环控制系统的反馈。
3. 系统中的干扰因素
工业锅炉是利用重锤进行压力控制的，重锤挂在横杆上，杆的支点在最左端，中间是锅炉的排气孔。请分析它是如何实现压力控制的，画出框图，并且指出横杆的作用是什么。
横杆的作用：给定输入值（即压力的大小）
×
设定压力
比较器
重锤
排气塞
锅炉
重 锤
实际压力
﹢
﹣
学校的打铃系统目前一般都由电脑控制，其控制系统为（ ）
A．机械控制、闭环控制系统
B．电子控制、闭环控制系统
C．机械控制、开环控制系统
D．电子控制、开环控制系统
单选题
D
B
单选题
谢谢观看
【技术与设计2（苏教2019）】
4.2—4.3控制系统的工作过程
走进情境
陈晨设计了家庭雨水收集系统，但每逢雨季，雨水收集池的水位就会随着雨水的不断注入而升高，当水位升到一定高度时，雨水就从溢水口溢出排放出去，造成了雨水资源的浪费。如何避免浪费？
收集屋顶雨水的进水管
潜水泵
出水管
水龙头
溢流管
需要设计一水位报警装置
任务一 理解控制系统
01
报警装置只能提供达到一定水位的消息，提醒家人及时用掉一些水或用其他容器先装一些水，以降低水位，它与溢流孔没有关系。溢流孔是当水池中的水满后，让多余的水沿设定方向流出。
思考：已经有报警装置，为什么还要留溢流孔？
控制系统
在上述报警控制系统装置中，水位是该控制装置的输入，通过水位传感器将信息传送到控制器；当水位达到报警值时，控制器输出信号到报警器，发出声光报警。这样一个系统称为控制系统。
任何控制都要通过若干个环节来实现，这些环节所涉及的装置构成了一个系统，称为控制系统。控制系统是输出与输入之间有一定的对应关系。
2008.4
脚踩的力
（输入）
脚蹬、曲柄、链轮
中轴、链条、飞轮
自行车行驶的速度（输出）
02
任务二 分析开环控制系统工作过程
搭建定时浇水控制系统（课本案例）
思考：
1.该系统如何工作的？
2.若要远程控制该浇水系统，应该怎样调整控制系统？
该控制系统的工作过程：将时间设定到定时浇水控制系统的定时器中，到了设定时间就自动接通潜水泵，开始往水管里抽水，通过调节定时器通电时长，控制滴到植物土壤中的水量。这一控制系统的工作过程可用下面方框图描述。
其中，定时器设定的时间是输入量，水管的出水量是输出量。
若要远程控制该浇水系统，就要用具有网络控制功能的装置代替定时控制器，如采用网络控制器、无线WIFI控制开关等。
开环控制系统
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。
开环控制系统在日常生活中的用途很广，如水位定时控制系统、十字路口的红绿灯定时控制系统、楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动报警控制系统、公园的音乐喷泉自动控制系统等。
输入量：即控制系统的给定量。如设定时间。
控制器：即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件（相当于人的大脑），如定时器，控制电路。
执行器：即直接对被控对象进行控制的装置或元件。如水泵、阀门。
控制量：即执行器的输出信号，如流过水管的水量。
被控对象：即控制系统中所要求控制的装置或生产过程。如出水管。
输出量（被控量）：即控制系统的输出信号，如浇灌的水量。
案例分析
（点火）
输入量
（转动轴3）
（1、2、重锤）
（庙门）
（庙门开或闭）
输出量
控制器
执行器
被控制对象
电机
控制电路
红外传感器
控制量
案例分析：自动门如何实现自动开、关的呢？
（人体红外信号）
输入量
（电机）
（控制电路）
（门）
（门开或闭）
输出量
控制器
执行器
被控制对象
红外传感器器
转动
2008.4
以前，农民种植庄稼，遇到干旱天气，给农田灌溉是件困难的事，有些地方只能“靠天吃饭”。现在，通过引水工程，采用水泵抽水进行灌溉，解决了农田灌溉的难题，告别了“靠天吃饭”的历史。
电机
水泵
水流量
水管
其控制系统的工作过程如下图所示：
案例分析：水泵抽水控制系统
接通电源
水管排水
火灾自动报警系统由火灾探测器、现场报警部件和报警控制器组成。火灾探测器包括感烟探测器和感温探测器；现场报警部件包括警铃、讯响器、报警门灯等；报警控制器按显示方式的不同可分为数码显示和液晶汉显两种不同的类型。
感烟探
测器
报警控
制器
报警
部件
烟雾
信号
报警
信号
控制量
（电流）
案例分析
马上行动
用方框图说明下列开环控制系统的工作过程，并注明方框中的各个环节的具体内容以及输入量、输出量和控制量。
（1）音乐喷泉的控制；
控制器
执行器
被控制对象
（音乐）
输入量
（水泵）
（声—电转换装置）
（水泵转速）
控制量
（水柱）
（水柱高低）
输出量
控制器
执行器
被控制对象
（按开关）
输入量
（电磁阀）
（控制电路）
（推动活塞）
控制量
（车门）
（车门开或闭）
输出量
用方框图说明下列开环控制系统的工作过程，并注明方框中的各个环节的具体内容以及输入量、输出量和控制量。
（2）公共汽车车门的开关控制
小结
1. 控制系统：任何控制都要通过若干个环节来实现，这些环节所涉及的装置构成的系统。
2. 开环控制系统：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。
组成：控制器、执行器、被控对象
相关量：输入量（给定量）、控制量、被控量（输出量）
3.开环控制系统的方框图
被控对象
执行器
控制器
输入量
控制量
输出量
陈晨家阳台上种植了两种植物－虎皮兰和绿萝。虎皮兰喜热、耐干早，绿萝则喜阴湿、忌干燥。这两种植物不能采用同一定时浇水方式，应该如何改进自动浇灌装置呢？
虎皮兰
喜热耐干早
绿萝
喜阴湿忌干燥
走进情境
03
任务三 分析闭环控制系统工作过程
技术体验 搭建土壤湿度控制系统
土壤湿度情况 电磁阀的状态 花洒的状态
当湿度传感器检测到花盆内土壤湿度不够时
当湿度传感器检测到花盆内土壤湿度达到要求时
观察过程填表
思考：
电磁阀的开启与关闭取决于来自什么装置的信号？
湿度传感器
打开
洒水
关闭
不洒水
在土壤湿度控制系统中，输入是设定的土壤湿度，输出是土壤的实际湿度，湿度传感器是检测器，检测到的土壤的实际湿度信号
返回到控制系统的输入端，通过一具有计算功能的装置，与设定的土壤湿度进行比较。当实际湿度比设定湿度低时，控制器控制电磁阀打开，给植物浇水。当实际湿度达到设定湿度时，控制器发出控制信号关闭电磁阀，停止给植物浇水。
该浇水自动控制过程可用以下方框图表示
闭环控制系统
我们把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。
闭环控制特点：在系统的输入量和输出量之间，还有一条从输出量返回到输入端的反馈环节，它们形成了一条闭合回路，反馈环节使得输出量的改变对控制的过程产生直接影响。信号传递是闭合回路。
闭环控制系统与开环控制系统相比：闭环控制系统多了一个有检测装置和比较器组成的反馈通道。
检测装置
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
控制量
比较器
空调房间温度控制系统方框图如下：
×
设定温度
比较器
控制电路
压缩机
空调房
空调温度检测装置
空调房内温度
制冷量
﹢
﹣
案例分析
在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的液位（水位）进行自动控制。比如自动控制水箱、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量，生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。其系统都为一般的闭环控制系统。
水箱的水位自动控制示意图
×
给定水位
比较器
控制器
进水阀门
水箱
水位检测装置
水箱水位
水流量
﹢
﹣
课本121页马上行动
开环控制系统
输入量
输出量
控制器
执行器
被控制对象
（光感传感器）
（电机）
（控制电路）
（窗帘）
（开或关窗帘）
2. 闭环控制系统
开环控制系统
闭环控制系统
（设定温度）
（设定温度）
（压缩机）
（电冰箱）
（冰箱内温度）
（温度检测装置）
任务一：解析闭环控制系统工作过程
开环控制系统
闭环控制系统
（设定温度）
（压缩机）
（电冰箱）
（冰箱内温度）
（温度检测装置）
声光信号
亮与灭
声光检测控制装置
开关
楼道灯
2. 闭环控制系统
开环控制系统
闭环控制系统
开环控制系统
闭环控制系统
任务一：解析闭环控制系统工作过程
开环控制系统
闭环控制系统
开环控制系统
闭环控制系统
×
给定车流量
比较器
控制电路
红绿灯
道口
检测装置
（感测装置）
实际车流量
红绿灯亮灭时间
﹢
﹣
04
任务四 辨析反馈在控制系统中的作用
1. 反馈
反馈：在自动控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程
反馈方法：利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法。
在带有反馈的控制系统中，有正向通道和反馈通道，形成一闭合的回路。带有反馈的控制系统就是前面所述的闭环控制系统。由于反馈控制系统是利用偏差信号作为控制信号，自动纠正输出量与其期望值之间的误差，因此可以构成精确的控制系统。
在工程中，反馈控制是自动控制中不可缺少的形式。
2.干扰因素
在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控制量变化的各种因素都可以视为干扰因素。有的干扰因素是由于环境造成的，如影响自行车行驶速度的变化的自然风等；有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。
在控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个。
控制系统在工作过程中必须克服干扰，使被控量稳定。空调器的温度控制系统是闭环控制系统，它能克服室外温度变化这一干扰，当室外温度升高时，空调器监测出干扰引起的室内温度变化，通过启动压缩机降温来克服这一干扰，使室温保持稳定。
3.闭环控制与开环控制系统的比较
开环系统本身不能对被控量的偏差进行调整和补偿,故控制精确度低.但结构简单,成本低.
闭环系统不论何种原因造成系统的输出量偏离给定量,都会产生控制作用来减少这一偏差,故控制精确度高.但结构复杂,成本高.
在开环系统的控制效果不佳情况下，可使用闭环系统
4.黑箱方法
小结
1. 闭环控制系统。
2. 闭环控制系统的反馈。
3. 系统中的干扰因素
工业锅炉是利用重锤进行压力控制的，重锤挂在横杆上，杆的支点在最左端，中间是锅炉的排气孔。请分析它是如何实现压力控制的，画出框图，并且指出横杆的作用是什么。
横杆的作用：给定输入值（即压力的大小）
×
设定压力
比较器
重锤
排气塞
锅炉
重 锤
实际压力
﹢
﹣
学校的打铃系统目前一般都由电脑控制，其控制系统为（ ）
A．机械控制、闭环控制系统
B．电子控制、闭环控制系统
C．机械控制、开环控制系统
D．电子控制、开环控制系统
单选题
D
B
单选题
谢谢观看