通用技术高三一轮复习 控制与设计

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控制与设计
通用技术高三一轮复习
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。
一、控制的涵义
1、控制的对象是什么
理解控制现象，需要明确：
2、控制要达到什么目的
3、采取什么控制手段
举例：自行车刹车控制过程
控制对象：
自行车
手刹车闸
减速
控制手段：
控制目的：
二、控制的分类
从控制过程中人工干预的情形来分，
人工控制:
自动控制:
有人直接干预
不需要人的直接干预
按照执行部件的不同，控制分为：
机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等
人工纺纱、打开普通自来水龙头，揿按键打开电灯、驾驶汽车等；
数控机床、饮料自动装罐生产线、花房恒温控制、十字路口红绿灯的转换等
控制的应用自古就有，在生产、生活、军事国防等各个领域都有极其广泛的应用。
三、控制的应用
现代网络家电
生活
汽车制造
汽车冲压
汽车油漆
工业生产
汽车制造
汽车混装车间
汽车检测
工业生产
农业生产
水 车
温室
农业生产
农田灌溉
电源
控制室
水泵
农业生产
农田灌溉
折射式微喷
射流式微喷
锤式微灌
农业生产
军事国防
精密制导导弹
神州五号
嫦娥一号
特征：
系统的输出量仅受输入量控制，输入
量到输出量之间的信号是单向传递。
概念：
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。
控制器
执行器
被控对象
控制量
开环控制系统的方框图：
输入量
输出量
四、开环控制系统的基本组成和工作过程
游泳池的定时注水控制系统
(输入)
(输出)
定时器
进水阀门
游泳池
设定注水时间
游泳池的水位
水流量
控制
电路
电机
自动门
转动
红外装置是否检测到人体热辐射发出的信号
门的开/关
控制器
执行器
被控对象
被控量
控制量
【案例分析】
自动门的控制系统
电机
水泵
水管
水流量
接通电源
水管排出水
控制器
执行器
被控对象
被控量
控制量
开环控制系统，信号的传递是单向的。
水泵抽水控制系统
【案例分析】
闭环控制系统的方框图如下：
概念：
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,这种控制系统称为闭环控制系统。
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
与开环控制系统相比，闭环控制系统多了一个由检测装置组成的环节，构成一条闭合回路。
五、闭环控制系统的基本组成和工作过程
控制器：对输入信号（偏差值）进行运算，
并发出控制命令
执行器：根据指令对被控对象直接控制
游泳池水位控制系统
检测装置
控制器
进水阀门
游泳池
给定水位
水流量
比较器
实际水位
五、闭环控制系统的基本组成和工作过程
（输入）
设定亮、灭时序
电脑
时序控
制装置
红绿灯
灯亮、
灭时序
电流
交通路口的红绿灯定时控制系统是怎样控制？
　　
根据车流量自动改变红绿灯
控制系统属于我市首次引进的国外技术，其内容包
括交通信号灯、感应器及信号控制器、主控中心等
各路口都将在地下埋放一种感应线圈，车辆从上面
通过时，路面感应线圈可以计算出车辆的速度和流
量，这些信息输入中心控制室后，由主机电脑统一
计算，然后根据车流大小自动变换红绿灯。比如哪
个方向的车流量大，该方向的绿灯时间自动延长；
没有行人时可以保持一直绿灯，同时也能将同一道
路上各路口的红绿灯实现联网，使“一路绿灯”成为
可能，大大提高车辆通行速度和交通安全
（输入）
设定亮、灭时序
（输入）
给定车
流量
主控中心
（输出）
信号控
制装置
红绿灯
实际车
流量
+
感应线圈
-
交通路口的红绿灯自动控制（根据车流量大小
改变红绿灯时间）系统。请画控制方框图
交通路口的红绿灯是怎样控制？
电脑
（输出）
时序控
制装置
红绿灯
灯亮、
灭时序
电流
小试验：闭上眼睛写控制系统四个字
请写出闭上眼睛写字的控制过程方框图
老师指令
左脑
手
笔
字
（输入量）
（输出量）
这是开环控制系统
思考：闭上眼睛写字与睁开眼睛写字的区别在哪
里？为什么？
睁开眼睛写字具备自动修正的能力
请画出睁开眼睛写字的控制过程方框图
老师指令
左脑
手
笔
字
（输入量）
（输出量）
眼睛
电冰箱的温度控制系统
控制
电路
电机-压缩器组
电冰箱
制冷量
箱内温度
预置温度
检测装置
（热敏电阻）
【案例分析】
【案例分析】
篮球实际投掷的位置
-
篮圈的位置
控制器（大脑）
执行器（手）
被控对象（篮球）
+
检测装置（眼睛）
一般控制系统中，干扰因素是需克服的。
（1）消除干扰：
（2）减弱干扰:
(3)提高控制系统性能:
而在有些情况下，却可以利用干扰因素实现某种目的。
如在飞机上不能使用通信设备
如电器在使用时要远离其他电子设备
如采用闭环控制系统
六、干扰因素
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,就是反馈
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，称为反馈方法。
七、反馈
八、功能模拟方法
功能模拟法：以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟“原型”的功能和行为的方法。
飞行中的飞机
卡斯帕罗夫VS“小森”
西瓜
看听拍
生或熟
控制系统
系统的输入
系统的输出
九、黑箱方法
黑箱
黑箱
黑箱方法：将研究的系统作为黑箱，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部及其功能的方法
判断生熟鸡蛋
中医
闭环控制系统是指在系统的输出端与输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生影响的控制系统。
闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量（输出量）的偏差。
十、闭环控制系统的工作过程
控制器
阀门
水箱
预设水位
进水量
比较器
1、供水水箱的水位自动控制系统
水位
检测装置
热电偶
控制器
加热器
加热炉
设定温度
比较器
2、加热炉的温自动控制系统
热量
温度
思考：在加热炉的温度控制系统中，可能有哪些干扰因素，系统是如何克服干扰使炉温稳定在给定范围内的？
主要干扰因素：加热炉外的环境温度变化、加热器电压的波动等；
系统通过检测装置检测炉内温度值，并于给定温度值进行比较，将偏差传给控制器进行控制，从而克服干扰使温度在给定范围内。
热电偶
控制器
加热器
加热炉
设定温度
比较器
2、加热炉的温度自动控制系统 P113
热量
温度
思考：在加热炉的温度控制系统中，可能有哪些干扰因素，系统是如何克服干扰使炉温稳定在给定范围内的？
主要干扰因素：加热炉外的环境温度变化、加热器电压的波动等；
系统通过检测装置检测炉内温度值，并于给定温度值进行比较，将偏差传给控制器进行控制，从而克服干扰使温度在给定范围内。
闭环控制系统与开环控制系统的比较
开环控制系统 闭环控制系统
能否自动调整和补偿 不能 能
控制精度 比较低 高
结构 简单 相对复杂
适用场合 控制精度要求不高而系统本身的元件又比较稳定的场合 要求高精度和高可靠性的场合
十一、控制系统设计的一般思路
控制系统设计
↑
←
→
明确控制的目的
控制系统的调试运行和评价
分析被控对象的主要特性
确定被控量，控制量
分析主要干扰因素
系统成分分析
实施控制系统所需的设备和元件
……
↓
↘
↖
↗
↙
↖
控制系统的方案选择
1、开环控制系统的设计
例：普通电风扇控制系统的设计
被控对象——电风扇；
被控量——电风扇输出的风速；
控制量——电机的转速；
定时器
电机
电风扇
设定时间
风速
转速
例：电吹风控制系统的设计
被控对象——电吹风；
被控量——风的速度和温度；
控制量——电机的电压；
干扰因素——房间温度、电源电压的波动；
1、开环控制系统的设计
闭环控制系统的基本要求：
1，闭环控制系统必须是稳定的；
2，系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内；
3，要有较好的抗干扰性能；
2、闭环控制系统的设计
例：抽水马桶水箱的自动控制系统的设计
2、闭环控制系统的设计
杠杆比较
进水阀门
水箱
预设水位
进水量
水位
浮球
一、明确设计目的
二、确定设计方案
三、选择实现方法
四、完成设计
五、评估
简单控制系统的设计过程：
后面为专题八练习答案
开环控制系统
水泵抽水控制系统
水管排 出水
接通电源
电机
水泵
水管
水流量
饭熟保温
接通电源
电饭煲
电热盘
内锅
温度
普通家用电饭煲的煮饭控制
遥控器控制电视系统
节目
遥控器发出红外线
电视机
换台装置
显示器
操纵
闭环控制系统
篮球实际投掷的位置
-
篮圈的位置
控制器（大脑）
执行器（手）
被控对象（篮球）
+
检测装置（眼睛）
篮球比赛运动员投篮工作过程
控制器
阀门
水箱
预设水位
进水量
比较器
水位
浮子
供水水箱的水位自动
控制系统
人体温度控制系统
实际体温
-
正常体温
大脑中枢
循环系统
人体（包括皮肤）
+
检测装置
传感器
常开接点
电灯
灯亮/灭
有/无声响
声控灯系统