高中通用技术课程标准广教版详解

高中通用技术课程标准（广教版）详解技术与设计Ⅱ．第四章控制与设计第一节了解控制控制的涵义:

人们按照自己的意愿或目的,通过一定的方法,使事物向预期的目标发展,就形成了控制（control）控制的特点：具有明确的目的性1采用一定的干预手段2向预期的目标发展3大棚水果城市交通指挥灯案例分析希罗自动门公元1世纪,希腊人希罗建造的自动打开庙门的装置(图1)是最早利用气压和液压为动力的自动门。如图所示，祭坛点火使1的空气膨胀，水流入2，利用水的重量使轴3转动,将门打开。祭坛灭火，门即自动关闭。利用气压和液压动力装置，实现自动开门、关门。控制应用到工业生产中，提高了产品的质量和生产效率，减轻了工人的劳动强度，为工人提供了安全保障。汽车自动装配线纺织机1.控制在工业生产中的应用二.控制的应用2.控制在农业生产中的应用控制应用到农业生产中，提高了劳动效率，减轻了农民的劳动强度，使农民减少在农田里日晒雨淋的时间。联合收割机挑水水车抽水机3.控制在日常生活中的应用控制应用到日常生活中，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，使之满足人们的要求。如：空调机自动取款机4.控制在社会生活中的应用控制应用到社会生活中，使整个社会能协调、健康、有序地发展。如：交通法规计划生育5.控制在军事、国防中的应用控制应用到军事国防中，提高了国家防备和抵抗侵略的能力，为保卫国家的主权、统一、领土完整和安全提供了必要的条件。如：精密制导武器火箭控制的分类(1)人工参与程度分类手动控制控制的过程必须在人的直接干预下才能完成控制任务。

自动控制控制的过程中不需要人的干预，就可按期望规律或预定程序进行的控制系统。手摇扇电风扇空调器风扇的风速控制过程中是由人直接参与的，属于手动控制。按执行部件的不同分类：机械控制气压控制液压控制电子控制……控制的分类(2)(3)按控制方式分类：开环控制闭环控制热得快保温电热水杯工作过程分析:前者插电后加热,水温升高直至沸腾.后者插电后加热,水温升高,达到沸腾温度时保险器自动跳开,停止加热.当温度下降到一定温度时，电热水杯继续加热，循环往复。热得快----开环控制电热水杯----闭环控制开环控制和闭环控制差别主要看有没有反馈

第二节控制系统的组成与描述控制系统:任何一个控制的实现,都要通过若干个环节,这些环节就构成了一个系统.称为控制系统.期望值（给定量）：是人们在控制过程中希望达到了目的。控制器：控制命令（信号）的发出装置。执行器：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。被控对象：控制系统中所要求控制的装置和生产过程。控制量：执行器的输出信号。能对被控对象产生作用，从而使被控量发生变化的量。输入量：即控制系统的给定量。输出量：即控制系统需要控制的量。几个概念投掷飞镖、骑自行车的控制过程大脑期望值肢体飞镖落点期望值(即基准值)是指人希望飞镖所落的位置,也是给定量大脑是比较器和控制器肢体是执行器飞镖是控制对象落点是指被控量期望值为输入量落点为输出量期望值大脑肢体自行车行驶方向眼睛期望值是指道路的方向大脑是比较器和控制器肢体是执行器自行车是被控对象行驶方向是指被控量眼睛(神经传输系统)是反馈环节闭环控制和开环控制1、定义：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制称为开环控制系统。开环控制系统2、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。例：自动声光控制定时供水控制系统等闭环控制系统

1、定义：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的调整控制作用的系统，称为闭环控制系统。2、特征：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。例：保温电热杯水位设定供水控制系统等案例分析定时器水阀门游泳池水流量水位设定时间游泳池的定时注水控制系统输入量：注水时间控制器：定时器执行器：进水阀门控制量：水流量控制对象：游泳池输出量：游泳池水位定时注水控制系统为开环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游泳池水位游泳池水位控制系统输入量：给定水位控制器：水位检测控制装置执行器：进水阀门控制量：水流量控制对象：游泳池输出量：游泳池的水位与定时注水控制系统相比水位控制系统多了比较器和检测装置，即增加了反馈环节。因此水位控制系统属于闭环控制系统。二.控制系统的框图表示

在控制系统中，为了分析的方便，常采用方框来表示系统的环节，用单向信号线来表示系统信号传递的方向，这种图称为控制系统的方框图。它表示了系统的各个环节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。开环控制系统的方框图：控制器执行器被控对象给定值被控量控制量闭环控制系统的方框图: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反馈环节是闭环控制系统的的主要特征，也是与开环控制系统主要区别。比较器和检测装置组成闭环控制系统的反馈环节分析与探究（1）1、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）分析与探究（2）2、走道灯的声光控制系统声-电传感器触点延时开关走道灯灯亮/灭有/无声音分析与探究（3）3、希罗自动门控制系统火炉连动装置庙门点火/熄灭

门的开/关轴转动分析与探究（4）4.自动温控热水器控制电路发热电阻热水器热量水温预置温度

检测装置（热敏电阻）确定控制的目的给定控制要求确定系统的结构确定控制的被控量建立模型或原型确定待调参数分析、实验系统的性能若性能不能满足设计规范要求，重新确定系统的结构、部件性能等指标。控制系统设计的基本过程第三节简单控制系统的设计二.设计实例抽水马桶水箱的自动控制系统的设计

一.明确设计目的A.当水箱水位低于某一指定高度时，进水口立即进水。B.当水箱水位达到某一指定高度时，进水口停止进水。C.控制系统对控制精度和系统的稳定性均没有特别要求。

二.确定被控量及设计指标1.被控对象是抽水马桶的水箱2.被控量是抽水马桶水箱水位的高度3.控制量是进水管的水流（进水量）4.水位的高度与进水量之间呈线形关系主要干扰因素是水箱的出水流量三.确定系统的结构从设计要求来看，属于自动控制，因此选择闭环控制系统。控制器（机械或电气控制装置）执行器(阀门）被控对象（水箱）被控量（水箱水位）给定量设定的水位高度检测装置（浮球或液位传感器）控制量进水量比较器四.选择实现的方法采用浮球作为水位高度的检测装置。放水时，扳动放水旋钮，旋钮通过杠杆将出水塞拉起。这样水箱的水就会放出。水被放出后，出水塞落下，堵住出水口。此时，浮球也因水面下降，处在水箱底部。而浮球的下落，带动杠杆将进水塞拉起，而使水进入水箱内。随着水面的上升，浮球也会因浮力逐渐升高，直至通过杠杆将进水塞压下，堵住进水口。这样水箱内又盛满水。五.部件模型及主要的参数的确定抽水马桶主要应用的原理:杠杆平衡原理虹吸现象等根据公式F1×L1＝F2×L2确定杆的长度及支点的位置.水箱一次的冲水量实际上是随水箱的横截面积和水位设定高度而变化的，即：冲水量=水箱的横截面积×设定高度六.验证、完成你的设计明确了设计方案,并按选定的控制方法验证了各部分的工作后,就可以将它们组装起来.七.评估你的设计并进行优化第四节控制中的干扰干扰因素的概念：在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰（interference）因素。脚踩的力自行车行使速度风给定量被控量逆风、顺风、上坡路等可能受到强风雷雨天气、大雾天气、强磁场、飞鸟等影响。结论：在控制系统中，干扰因素一定有，可能有一个，也可能有若干个。控制器执行器被控对象给定值被控量控制量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干扰

在一个控制系统中，实际的干扰可能出现在各个环节，但为了在描述和分析控制系统时有一个统一的形式。都假设干扰是加在被控对象上，这是一种等效的方法。干扰A、消除干扰如:在飞机上不能使用通信工具B、减弱干扰如：电器在使用时远离其它电子设备C、提高控制系统性能