高二信息技术教学：第四单元控制与设计

1、第四单元第四单元 控制与设计控制与设计一、控制的手段与应用一、控制的手段与应用 1.控制是普遍存在。控制是普遍存在。2.控制是人们为了使事物向期望的方向发展所控制是人们为了使事物向期望的方向发展所采取的手段。采取的手段。控制系统：控制系统： 用以完成一定控制任务的元、部件的组合。用以完成一定控制任务的元、部件的组合。控制系统的输入输出之间有一定的对应关系。控制系统的输入输出之间有一定的对应关系。 不管什么控制系统都是为了实现人的意图。不管什么控制系统都是为了实现人的意图。二、控制的涵义 控制是根据自己的目的，通过一定的手段使事控制是根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定方向发展的行为

2、和过程。物沿着某一确定方向发展的行为和过程。 控制事例 控制对象 控制目的 控制手段 风扇转速电风扇 调节速度 换档 音响音量 音响 音量调节 旋钮 燃气热水器温度的控制 热水器 调节出水温度 改变火焰大小 三、控制的分类 人工控制：人工纺纱、普通自来水龙头，旋转按钮打开电灯、驾驶汽车等； 自动控制：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 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 对于自动控制，控制方式分为：开环控制、闭环控制和复合控制。 四、控制的应用 案例1：汽车自动化生产线。案例2：农业现代化设施节水灌溉。案例3：空调、自动取款机

3、。 小结：1、控制是普遍存在的。要求学生能列举事例。2、控制的涵义。要求学生在理解的基础上掌握好其控制的涵义。3、控制的应用精密制导导弹、火箭发射等。二、控制系统的基本组成和工作过程二、控制系统的基本组成和工作过程1.开环控制系统：信息总是自输入端单向传开环控制系统：信息总是自输入端单向传至输出端，不存在信息逆向流动，没有反至输出端，不存在信息逆向流动，没有反馈环节，也不存在闭合回路，这类系统称馈环节，也不存在闭合回路，这类系统称之为开环控制系统。之为开环控制系统。2.闭环控制系统：信息在自输入端传至输出闭环控制系统：信息在自输入端传至输出端的同时，还将输出信息通过反馈环节传端的同时，还将输出

4、信息通过反馈环节传给输入端，即信息流向形给输入端，即信息流向形 成闭合回路，这成闭合回路，这类系统称之为闭环控制系统。类系统称之为闭环控制系统。 。比较：开环控制系统和闭环控制系统 开环控制系统开环控制系统闭环控制系统闭环控制系统从构成形式上从构成形式上无反馈环节无反馈环节有反馈环节有反馈环节从本质上从本质上信息的流向是信息的流向是单向、开放的单向、开放的信息的流向是信息的流向是闭合、回路的闭合、回路的开环控制：开环控制： 控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统就是开环控制系统。 执行器执行器控制器控制器输入量输入量被控对象被控对象输出量输出量开环控制系统方框图开环控制系统方

5、框图电动机声音传感控制器输入量门输出量可以识别、可以识别、记忆的芯片记忆的芯片门的开、关门的开、关声音：声音：“芝麻芝麻，芝麻芝麻，开门吧开门吧” “芝麻开门芝麻开门”声控开门系统的控制方框声控开门系统的控制方框图图 请写出请写出“芝麻开门芝麻开门”声控开门系统的控制声控开门系统的控制方框图，有兴趣的同学课后可以制作模型，把方框图，有兴趣的同学课后可以制作模型，把神话变成现实。神话变成现实。 小试验1：闭上眼睛写闭上眼睛写“控制系统控制系统”四个四个字字输入量： 老师的指令输出量： 所写的字“闭上眼睛写字”的控制过程方框图 手手大脑大脑输入输入笔笔输出输出执行器执行器控制器控制器输入量输入量被

6、控对被控对象象输出量输出量 生活中还有哪些开环控制系统？要求学生应用一般开环控制系统方框图画出以下控制系统的控制方框图。公共汽车车门控制系统。公共汽车车门控制系统。红绿灯定时控制系统。红绿灯定时控制系统。防盗报警系统。防盗报警系统。火灾报警系统。火灾报警系统。音乐喷泉控制系统。音乐喷泉控制系统。闹钟定时控制系统。闹钟定时控制系统。自动烘手机自动烘手机自动烘手机自动烘手机控制系统的控制方框图 常 开 ( 断开)接点红外线传感控制器输入量鼓风机和加热电炉丝灯泡输出量遥控玩具汽车模型的控制方框图各种开关红外线遥控器输入量玩 具 汽车模型输出量闭上眼睛写字闭上眼睛写字 睁开眼睛写字睁开眼睛写字 控制器

7、控制器 执行器执行器 被控对象被控对象 几种自动水位的控制系统几种自动水位的控制系统 1、机电控制式水位控制、机电控制式水位控制2.全机械结构的水位控制方式 家用抽水马桶是典型的全机械结构水位控制，以下是原理示意图： 浮球浮球=水位检测器（传感器），连杆机构水位检测器（传感器），连杆机构=控制器，水位控制器，水位的的“给定量给定量”通过进水阀门与连杆机构的相对位置来设通过进水阀门与连杆机构的相对位置来设定。定。 3、最简单的自动水位控制装置 这个系统巧妙地利用了空气压力的变化作为这个系统巧妙地利用了空气压力的变化作为“检测信检测信号号”，蓄水桶下部桶口的边缘高度就是水位的，蓄水桶下部桶口的边缘

8、高度就是水位的“给定量给定量”； 进入到桶上方的密闭区域中的空气就是进入到桶上方的密闭区域中的空气就是“反馈信号反馈信号”，通，通过空气的反馈，达到控制水位的目的，非常巧妙的设计。过空气的反馈，达到控制水位的目的，非常巧妙的设计。三、闭环控制中的干扰与反馈三、闭环控制中的干扰与反馈1.什么是反馈？控制系统中，输出量通过适当的什么是反馈？控制系统中，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。过程，就是反馈。2.反馈方法反馈方法 ：利用反馈来分析和处理被控对象，：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

9、统沿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。着预期的目标运行的方法。事例事例输入输入检测装置检测装置输出输出“穿针引线穿针引线”线的位置线的位置人的眼睛人的眼睛线与针孔对准线与针孔对准投掷飞镖投掷飞镖靶的位置靶的位置 (期期望值望值)眼睛眼睛飞镖实际投掷飞镖实际投掷的位置的位置闭环控制系统的工作过程 闭环控制系统就是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。 核心：通过反馈来减少被控量(输出量)的偏差。干扰因素 干扰就是对控制系统的行为造成影响的有害的信号及扰动，即除给定量外，引起被控量量值变化的各种因素。 克服干扰的基本方法克服干扰的基

10、本方法 ： 1、消除干扰 2、减弱干扰 3、提高控制系统性能 闭环控制系统比开环控制系统具有更好的抗干扰能力，那么是否都应该用闭环控制代替开环控制？是否采用闭环控制主要看对控制系统的要求（如成本、控制要求） 要点：系统行为、引起被控量量值变化的各种因素。要点：系统行为、引起被控量量值变化的各种因素。 闭环控制系统的工作过程 核心：通过反馈来减少被控量核心：通过反馈来减少被控量(输出量输出量)的偏差。的偏差。 控制系统的分析方法：控制系统的分析方法： 1. 功能模型法功能模型法 2.黑箱方法黑箱方法四、控制系统的设计与实施四、控制系统的设计与实施 1、控制系统设计的一般思路：这个系统要达、控制系统设计的一般思路：这个系统要达到的目的是什么？控制的对象是什么？被控到的目的是什么？控制的对象是什么？被控对象有哪些特性？被控量的控制量分别是什对象有哪些特性？被控量的控制量分别是什么？外界的干扰因素是什么？输入与输出的么？外界的干扰因素是什么？输入与输出的关系检测，执行器，检测器的选择。设计要关系检测，执