技术与设计2 第四章 控制与设计
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第四章 控制与设计
长春市永春职业学校
长春市实践教育学校 冯启花
技术与设计2
【本单元与其他单元的联系】
结构是设计的基础，流程是设计的方法，系统是设计的保障，控制是设计的关键。
技术与设计2
结构与设计
流程与设计
系统与设计
控制与设计
控
制
与
设
计 了解
控制 控制的含义及应用
认识控制系统（开环、闭环控制系统和自动与手动控制系统）
控制系统的分析 开环控制系统的基本组成和工作过程
闭环控制系统的基本组成和工作过程
控制系统的方框图
控制系统的干扰因素
控制系统的设计 控制系统的设计步骤
控制系统设计方案
学习目标：
理解控制的涵义及其在生产和生活中的应用。
了解控制系统的类型，熟悉简单控制系统的基本组成和工作过程。
了解并能确定控制系统的主要参量。
能画出简单控制系统的方框图，理解其中各环节的作用。
能设计、制作、调试和改进简单的控制装置。
了解 探究 设计 提高
一部分： 理论学习
活动建议
一部分： 设计制作
教学课时：8课时
了解控制
木牛流马图
希罗的自动门
控制在现代的应用
GPS（全球卫星定位系统）
全球卫星定位系统能够提供精确的地理位置信息，在航海、航空和城市交通管理等领域有着广泛的应用。
控制在现代的应用
电视制导导弹
控制在现代的应用
希望某一事物按照自己的意愿发展，就要对其进行干预，这种根据自己的目的，通过一定的方法使事物沿着某一确定方向发展，就形成了控制。
控制的含义
①控制的对象是什么？
②控制要达到什么目的？
③采取什么控制手段？
控制的三要素
控制
人工干预的情形
手动控制系统
自动控制系统
开环控制系统
闭环控制系统
有无反馈
开环控制系统：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。
闭环控制系统：能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，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。
系统中将控制的结果反馈回来的部分，称为反馈环节。
反馈环节是闭环控制系统的重要特征。
控制与设计
自动控制
手动控制
闭环控制
开环控制
控制的分类
知识提纲：
1、控制系统的组成：控制器、执行器、被控对象。
2、控制系统的分类：开环控制系统、闭环控制系统。
3、控制系统框图：各环节、输入量、输出量。
教学思路：
1、组成结构。
2、开环分析。
3、闭环分析。
4、两环比较。
5、习题巩固。
二、控制系统的组成与描述
大脑
肢体
飞镖
落点
期望值
控制器
执行器
被控对象
被控量
控制系统的组成与描述
图1 投掷飞镖的控制过程
眼睛
大脑
手、阀门
容器
给定值
比较器
人工调节液面
液体输出量
液面位置
控制器
执行器
反馈环节
被控对象
控
制
量
被控
量
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
控制量
开环控制
闭环控制
反馈环节
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
控制量
比较器
控制框图
干
扰
电动机
气缸
电磁铁
液压缸
阀门
扬声器
路灯
水管
执行器
控制量
控制器
反馈环节
被控量
被控
对象
抽水马桶的水位控制
水泵抽水
路灯黑夜/白天自动开关控制
电风扇机械定时开关控制
电风扇
电风扇的开关
路灯的开关
路灯
水管
水箱水位
出水
定时器
连杆机构
或杠杆
控制电路
电机
水泵
电磁继电器
进水阀门
电路的接通
或断开
转动
水流量
机械开关或
电磁继电器
电路的接通
或断开
水箱
浮球
小试身手
1、分析控制系统的工作原理
2、根椐方框图找出相应的量（控制器、执行器、被控对象、检测装置）
3、用简练的语言回答问题
“析”
“找”
“答”
控制系统处理方法：
练习1
原理：随着音乐起伏而变化的音乐喷泉是控制技术的一
种具体应用。其工作过程是由 “声－电转换装置”将起伏的音乐强度转换为随之而变化的电信号，这种电信号驱动电动机带动水泵转动。音乐声信号强，水泵的转速就快，喷头的压力就大，喷出的水柱就高。反之，喷出的水柱就低。音乐信号的强弱与喷泉水柱的高低一一对应。请回答以下问题：
1、是开环控制系统还是闭环控制系统？
2、输入量和输出量分别是什么
音乐
信号
声电转
换装置
和电机
水泵
喷头
水柱
高低
转速
⑵如果声控灯的附近并没有来人，而
出现意外的声响，如楼上或隔壁有人高声说话或以动作发出声响，灵敏度高的声控灯也会应声而亮。为避免这种情况你有什么好办法？
⑶画出声控灯的系统框图。
练习2
如图是声控灯系统组成示意图，根据你的理解和认识回答下列问题：
答案提示：⑴ 开环，关键词：方便、节电 。
⑵ 把传感器的灵敏度调小一点。
⑶：
⑴此系统是开环还是闭环，声控灯的优点有哪些？
案例分析：自动门
自动门的动作过程是怎样的？
当门口没有人时，门是关着的；当有人来门口时，门打开；当人离开门口后一段时间，门又关闭。
自动门的功能实现方案：
方案一：自动开门（无防夹功能）
方案二：自动开门（有防夹功能）
方案三：密码开门
自动门如何实现自动开、关的呢？
电机
自动门
控制电路
门的开启
或关闭
人体
热辐射
转动
电机
控制电路
红外传感器
控制器
执行器
控制量
红外传感器
案例分析：水塔试验
试验方案：
方案一：电子定时加水
方案二：单个传感器延时加水
方案三：双传感器自动加水
简单控制系统的设计
明确设计目标
确定设计方案
选择实现方法
完成你的设计
评估你的设计
设计一个会翻转的广告牌
分析实验系统性能
确定待定参数
建立控制器、被控对象、执行机构和反馈环节的模型
确定被控量
给定控制要求（设计指标）
确定系统结构
确定控制的目的
控制系统的设计
控制系统设计的一般思路
若满足规范要求，设计结束
若不满足，重新开始
方案一
将需要展示的画面（广告）连在一起，然后卷在两根轴上，当同时转动两根转轴时，画面就可以依次显示。
手动控制 自动控制
方案二
三棱柱的每一
面对应一幅画的一
部分，当所有三棱
柱同时转动时，可
将三幅图像顺序显
示出来。
控制系统的设计框图
定时
控制器
继电器电动机
减速器
广告牌
给定值
转动/停止
转速
选择实现方法
需要解决的问题 解决方法
1、电动机转速快，需减速。
设计减速装置
使用定时控制器、继电器
2、准确控制电动机转动、停止的时间，使电动机停止期间，画面显示完整。
完成设计
1.绘制原理图或者安装图；
2.设计系统制作的流程；
3.找材料、加工处理、组装。
1.绘制原理图或者安装图；
2.设计系统制作的流程；
3.找材料、加工处理、组装。
评估
1.是否到达预期效果；
2.其他人的评价；
3.如何改进、优化；
4.为你的设计写一份使用说明书。
第四章 控制与设计
长春市永春职业学校
长春市实践教育学校 冯启花
技术与设计2
【本单元与其他单元的联系】
结构是设计的基础，流程是设计的方法，系统是设计的保障，控制是设计的关键。
技术与设计2
结构与设计
流程与设计
系统与设计
控制与设计
控
制
与
设
计 了解
控制 控制的含义及应用
认识控制系统（开环、闭环控制系统和自动与手动控制系统）
控制系统的分析 开环控制系统的基本组成和工作过程
闭环控制系统的基本组成和工作过程
控制系统的方框图
控制系统的干扰因素
控制系统的设计 控制系统的设计步骤
控制系统设计方案
学习目标：
理解控制的涵义及其在生产和生活中的应用。
了解控制系统的类型，熟悉简单控制系统的基本组成和工作过程。
了解并能确定控制系统的主要参量。
能画出简单控制系统的方框图，理解其中各环节的作用。
能设计、制作、调试和改进简单的控制装置。
了解 探究 设计 提高
一部分： 理论学习
活动建议
一部分： 设计制作
教学课时：8课时
了解控制
木牛流马图
希罗的自动门
控制在现代的应用
GPS（全球卫星定位系统）
全球卫星定位系统能够提供精确的地理位置信息，在航海、航空和城市交通管理等领域有着广泛的应用。
控制在现代的应用
电视制导导弹
控制在现代的应用
希望某一事物按照自己的意愿发展，就要对其进行干预，这种根据自己的目的，通过一定的方法使事物沿着某一确定方向发展，就形成了控制。
控制的含义
①控制的对象是什么？
②控制要达到什么目的？
③采取什么控制手段？
控制的三要素
控制
人工干预的情形
手动控制系统
自动控制系统
开环控制系统
闭环控制系统
有无反馈
开环控制系统：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。
闭环控制系统：能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，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。
系统中将控制的结果反馈回来的部分，称为反馈环节。
反馈环节是闭环控制系统的重要特征。
控制与设计
自动控制
手动控制
闭环控制
开环控制
控制的分类
知识提纲：
1、控制系统的组成：控制器、执行器、被控对象。
2、控制系统的分类：开环控制系统、闭环控制系统。
3、控制系统框图：各环节、输入量、输出量。
教学思路：
1、组成结构。
2、开环分析。
3、闭环分析。
4、两环比较。
5、习题巩固。
二、控制系统的组成与描述
大脑
肢体
飞镖
落点
期望值
控制器
执行器
被控对象
被控量
控制系统的组成与描述
图1 投掷飞镖的控制过程
眼睛
大脑
手、阀门
容器
给定值
比较器
人工调节液面
液体输出量
液面位置
控制器
执行器
反馈环节
被控对象
控
制
量
被控
量
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
控制量
开环控制
闭环控制
反馈环节
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
控制量
比较器
控制框图
干
扰
电动机
气缸
电磁铁
液压缸
阀门
扬声器
路灯
水管
执行器
控制量
控制器
反馈环节
被控量
被控
对象
抽水马桶的水位控制
水泵抽水
路灯黑夜/白天自动开关控制
电风扇机械定时开关控制
电风扇
电风扇的开关
路灯的开关
路灯
水管
水箱水位
出水
定时器
连杆机构
或杠杆
控制电路
电机
水泵
电磁继电器
进水阀门
电路的接通
或断开
转动
水流量
机械开关或
电磁继电器
电路的接通
或断开
水箱
浮球
小试身手
1、分析控制系统的工作原理
2、根椐方框图找出相应的量（控制器、执行器、被控对象、检测装置）
3、用简练的语言回答问题
“析”
“找”
“答”
控制系统处理方法：
练习1
原理：随着音乐起伏而变化的音乐喷泉是控制技术的一
种具体应用。其工作过程是由 “声－电转换装置”将起伏的音乐强度转换为随之而变化的电信号，这种电信号驱动电动机带动水泵转动。音乐声信号强，水泵的转速就快，喷头的压力就大，喷出的水柱就高。反之，喷出的水柱就低。音乐信号的强弱与喷泉水柱的高低一一对应。请回答以下问题：
1、是开环控制系统还是闭环控制系统？
2、输入量和输出量分别是什么
音乐
信号
声电转
换装置
和电机
水泵
喷头
水柱
高低
转速
⑵如果声控灯的附近并没有来人，而
出现意外的声响，如楼上或隔壁有人高声说话或以动作发出声响，灵敏度高的声控灯也会应声而亮。为避免这种情况你有什么好办法？
⑶画出声控灯的系统框图。
练习2
如图是声控灯系统组成示意图，根据你的理解和认识回答下列问题：
答案提示：⑴ 开环，关键词：方便、节电 。
⑵ 把传感器的灵敏度调小一点。
⑶：
⑴此系统是开环还是闭环，声控灯的优点有哪些？
案例分析：自动门
自动门的动作过程是怎样的？
当门口没有人时，门是关着的；当有人来门口时，门打开；当人离开门口后一段时间，门又关闭。
自动门的功能实现方案：
方案一：自动开门（无防夹功能）
方案二：自动开门（有防夹功能）
方案三：密码开门
自动门如何实现自动开、关的呢？
电机
自动门
控制电路
门的开启
或关闭
人体
热辐射
转动
电机
控制电路
红外传感器
控制器
执行器
控制量
红外传感器
案例分析：水塔试验
试验方案：
方案一：电子定时加水
方案二：单个传感器延时加水
方案三：双传感器自动加水
简单控制系统的设计
明确设计目标
确定设计方案
选择实现方法
完成你的设计
评估你的设计
设计一个会翻转的广告牌
分析实验系统性能
确定待定参数
建立控制器、被控对象、执行机构和反馈环节的模型
确定被控量
给定控制要求（设计指标）
确定系统结构
确定控制的目的
控制系统的设计
控制系统设计的一般思路
若满足规范要求，设计结束
若不满足，重新开始
方案一
将需要展示的画面（广告）连在一起，然后卷在两根轴上，当同时转动两根转轴时，画面就可以依次显示。
手动控制 自动控制
方案二
三棱柱的每一
面对应一幅画的一
部分，当所有三棱
柱同时转动时，可
将三幅图像顺序显
示出来。
控制系统的设计框图
定时
控制器
继电器电动机
减速器
广告牌
给定值
转动/停止
转速
选择实现方法
需要解决的问题 解决方法
1、电动机转速快，需减速。
设计减速装置
使用定时控制器、继电器
2、准确控制电动机转动、停止的时间，使电动机停止期间，画面显示完整。
完成设计
1.绘制原理图或者安装图；
2.设计系统制作的流程；
3.找材料、加工处理、组装。
1.绘制原理图或者安装图；
2.设计系统制作的流程；
3.找材料、加工处理、组装。
评估
1.是否到达预期效果；
2.其他人的评价；
3.如何改进、优化；
4.为你的设计写一份使用说明书。