高中通用技术会考复习用书(全)教材8

第四单元 控制与设计
复习纲要
控制的含义
简单控制系统的分析
简单控制系统的设计
复习内容
控制的含义
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。
结合事例，重点阐明控制的对象是什么；控制要达到什么目的；采取什么控制手段。
控制事例 控制的对象 控制的目的 控制的手段
电风扇扇叶转速快慢的控制 电风扇 调节速度 换档
音响的音量控制 音响 音量的调节 旋钮
燃气热水器温度的控制 热水器 调节出水口温度的高低 改变燃气火头的大小
用喷雾器喷洒农药 喷雾器 给庄稼治病 操作喷雾器的手柄
控制的应用
控制的应用自古就有，并在近代得到迅速发展，在社会生产生活的各个领域都有极其广泛的应用。如：汽车自动化生产线；农业现代化设施；现代网络家电。
3、控制应用的意义。
答：①控制应用到生活中，提高了人们的生活质量，人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境，使之能满足人们的需要。②提高劳动效率，减轻劳动这的劳动强度。③在军事、国防等领域的应用，能对目标进行准确锁定。
简单控制系统的分析
控制的分类：人工控制（控制的过程是在人的直接干预和全程干预下进行的）和自动控制（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）。开环控制和闭环控制。
开环控制和闭环控制
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，称为闭环控制系统。而不将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统，称为开环控制系统。
系统中将控制结果反馈回来的部分，称为反馈环节。闭环控制系统都有反馈环节，所以有时又称闭环控制系统为反馈控制系统。反馈环节是闭环控制系统的重要特征。
判断一个控制系统是否为闭环控制的简单方法是：考察分析当控制效果发生变化时，例如给被控对象或被控量施加一些干扰，控制系统能否作出相应的调整去改变控制的效果，以减少控制误差，如果能，则为闭环控制，否则是开环控制。
控制系统的组成
以投掷飞镖和骑自行车为例子，可分别用下图描述它们的控制过程。
期望值 落点
投掷飞镖的控制过程
期望值 行驶方向
骑自行车的控制过程
一个工程领域的控制系统的控制过程与人进行控制的过程是相似的，两者都有控制指令的发出者、控制指令的执行者，如果是闭环控制，还都存在反馈环节。控制系统的基本构架是相似的，我们引入控制器与空置量、被控对象与被控量等概念。
①在上图中，人的大脑都是控制命令的发出者，我们把这一部分称为控制系统的控制器。
②控制系统都有确定的控制目的。骑自行车要控制的是自行车的行驶方向；投掷飞镖的目的是击中靶心，即控制飞镖的落点。所以自行车的行驶方向、飞镖的落点就是这两个控制系统中的被控量。
③要对被控量进行调整，在骑自行车的例子中，是通过对自行车的控制实现的，而在投掷飞镖的例子中，是通过对飞镖的控制实现的。自行车和飞镖就是指两个控制系统中的被控对象。
④有时，控制器发出的命令并不能直接对被控对象产生影响。在骑自行车和投掷飞镖的过程中，大脑发出的生物信号，并不能直接影响自行车或飞镖的状态，而是要通过肢体去控制自行车和飞镖。这种将控制器发出的信号转换成能影响被控对象的信号的装置，称为执行器。上图中人的肢体就是执行器。
⑤肢体动作能够控制自行车和飞镖的状态，实际上是对它们施加了一定的力。这种能对被控对象产生作用，从而使被控量发生变化的量，称为空置量。
4、控制系统的框图表示
给定值 控制量 被控量
开环控制系统结构框图
比较器
控制量 被控量
给定值
闭环控制系统结构框图
简单控制系统的设计
1、控制系统设计的步骤：
第一步是确定控制的目的。
第二步是确定系统的被控量，即控制系统要控制什么。一般情况下，系统的控制目的就是系统的被控量，如速度控制系统的被控量是速度，温度控制系统的被控量是温度。
第三步是明确系统被控量应达到的精度指标，如速度、温度的精度指标。
第四步是选定控制系统的结构。控制系统有开环和闭环，系统的控制精度、造价指标，将知道我们选择控制系统的类型（开环或闭环）及闭环控制中对反馈环节的要求。
第五步是建立系统各个环节的模型。大型、复杂控制系统分析和仿真都依赖于模型的建立，对于简单的控制系统可不建立模型而直接通过实验检验系统的性能。
第六步是确定待调参数。不管是对模型进行仿真还是进行系统实际实验，我们都要找出最能影响系统性能的一些参数作为仿真或实验时观察、调整的对象，通过对它们的调整，使系统达到最佳的性能。
设计的最后步骤是分析、实验系统的性能。
2、控制中的干扰
在实际的控制系统中，常常会有一些变化不定的因素对系统的行为造成不利影响，这种有害的因素我们称其为干扰。
3、克服干扰的基本方法
闭环控制系统比开环控制系统有更好的抗干扰能力。另外，就干扰的性质来说，有些干扰是可以避免的，而有些干扰是不可避免的，要分析干扰的性质，然后“对症下药”。
4、控制系统设计的思路和闭环控制系统设计的基本要求。
Ⅰ、要设计好一个控制系统：①明确这个系统要达到的目的是什么；②所要控制的对象是什么；③被控对象有哪些重要的特性；④被控量和控制量分别是什么；⑤外界的主要干扰因素有哪些；⑥选择怎样的设计方案既能达到目的，又经济、易于实现；⑦如何选择设备和原件。Ⅱ、对于简单的闭环控制系统，有以下基本要求：①一个闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定的；②控制系统的控制精度必须符合要求，即系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内；③闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。
复习习题
1、按时间顺序进行控制的“交通路口红绿灯控制系统”系统中被控对象是 ( )
A、控制电路 　B、 红绿灯 C、开关装置 D、路面车辆
2、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
3、干扰对控制系统的影响是 ( )
A、使控制系统的输出量发生变化 B、使控制系统的输入量发生变化
C、使控制系统的控制量发生变化 D、使控制系统的输出量和输入量同时发生变化
4、在空调、自动升降国旗、光控路灯、音乐喷泉，这四个控制系统中．哪个一定是闭环控制系统？( ）
A．空调 B．自动升降国旗 C．光控路灯 D．音乐喷泉
5、下列控制系统中，不属于闭环控制系统的是（ ）
A．抽水马桶水箱的自动控制系统 B．加热炉的温度自动控制系统
C．红外线自动门控制 D．学校供水水箱的水位自动控制系统
6、自行车刹车控制过程如下：刹车时，施加一定的握把力，通过杠杆系统，使刹车片压紧车圈（或轮轴），车轮减速。刹车握紧力与车轮转速一一对应。这是一个开环控制系统。 在这个控制系统中执行器是（　　）
A．握把 B．杠杆系统 C．刹车片 D．车轮
7、理解一个控制现象，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，射击 比赛的射手通过瞄准目标，使子弹射中靶心，分析这个过程，其控制的对象是（ ）
A．人 B．枪 C．子弹 D．靶
8、如果将某人通过电话叫对方干某事的过程，看成是一个控制，那么线路中的噪声及通话环境的嘈杂声，可以称作是控制环节中的（ ）
A、给定值 B、被控对象 C、被控量 D、干扰
9、在电冰箱的温度控控制系统中下列情况不属于影响其温度控制的干扰因素：( )
A .冰箱门 B.电冰箱所在房间的温度从20摄氏度变到32摄氏度
C、电热菜或热饭放入电冰箱中 D、在电冰箱外放一盆冷水
10、下列不属于开环控制系统的是：（ ）
A、自动门 B、自动声控灯 C、自动烘手机 D、电饭锅温控系统
11、王大伯盖了一个具有自动调节温度的小型花房，
花房的温度冬季一般控制在18℃左右，夏季一般控制在25℃左右。
请分析它可能的工作过程，并画出花房温度控制系统的方框图。
提示：该花房温控设备包括控制器、
加热元件和制冷元件、检测装置、比较器等。
12、如图所示是水箱液位控制系统，当水箱出水量大时,水位下降浮子下沉，带动活塞偏离进水口位置，此 时进行补水直到水箱里的水位上升到给定水位，浮子上浮，活塞归位。在这个系统中，浮子、活塞以及两者之间的连杆机构组成一个杠杆系统。试回答以下问题：
（1）该控制系统是开环控制还是闭环控制？
（2）该控制系统的输入量和输出量分别是什么？
（3）该控制系统中浮子起什么作用？
（4）画出控制系统的框图。
参考答案：BDAAC CBDDD
11、
12、（1）该控制系统是闭环控制系统（2）该控制系统的输入量给定水位，输出量是实际水位（3）该控制系统中浮子起反馈调节作用，当水位下降时浮子下沉通过杠杆系统将活塞下拉，使水位回升到给定值。
飞镖
肢体
大脑
自行车
肢体
大脑
眼睛
被控对象
执行器
控制器
被控对象
执行器
控制器
反馈环节