高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)廣教版詳解

高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（廣教版）詳解技術(shù)與設(shè)計Ⅱ．第四章控制與設(shè)計第一節(jié)了解控制控制的涵義:

人們按照自己的意愿或目的,通過一定的方法,使事物向預(yù)期的目標(biāo)發(fā)展,就形成了控制（control）控制的特點：具有明確的目的性1采用一定的干預(yù)手段2向預(yù)期的目標(biāo)發(fā)展3大棚水果城市交通指揮燈案例分析希羅自動門公元1世紀(jì),希臘人希羅建造的自動打開廟門的裝置(圖1)是最早利用氣壓和液壓為動力的自動門。如圖所示，祭壇點火使1的空氣膨脹，水流入2，利用水的重量使軸3轉(zhuǎn)動,將門打開。祭壇滅火，門即自動關(guān)閉。利用氣壓和液壓動力裝置，實現(xiàn)自動開門、關(guān)門?？刂茟?yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，為工人提供了安全保障。汽車自動裝配線紡織機(jī)1.控制在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用二.控制的應(yīng)用2.控制在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用控制應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，提高了勞動效率，減輕了農(nóng)民的勞動強(qiáng)度，使農(nóng)民減少在農(nóng)田里日曬雨淋的時間。聯(lián)合收割機(jī)挑水水車抽水機(jī)3.控制在日常生活中的應(yīng)用控制應(yīng)用到日常生活中，提高了人們的生活質(zhì)量，人類能夠在一定程度上按照自己的意愿改變周圍的環(huán)境，使之滿足人們的要求。如：空調(diào)機(jī)自動取款機(jī)4.控制在社會生活中的應(yīng)用控制應(yīng)用到社會生活中，使整個社會能協(xié)調(diào)、健康、有序地發(fā)展。如：交通法規(guī)計劃生育5.控制在軍事、國防中的應(yīng)用控制應(yīng)用到軍事國防中，提高了國家防備和抵抗侵略的能力，為保衛(wèi)國家的主權(quán)、統(tǒng)一、領(lǐng)土完整和安全提供了必要的條件。如：精密制導(dǎo)武器火箭控制的分類(1)人工參與程度分類手動控制控制的過程必須在人的直接干預(yù)下才能完成控制任務(wù)。

自動控制控制的過程中不需要人的干預(yù)，就可按期望規(guī)律或預(yù)定程序進(jìn)行的控制系統(tǒng)。手搖扇電風(fēng)扇空調(diào)器風(fēng)扇的風(fēng)速控制過程中是由人直接參與的，屬于手動控制。按執(zhí)行部件的不同分類：機(jī)械控制氣壓控制液壓控制電子控制……控制的分類(2)(3)按控制方式分類：開環(huán)控制閉環(huán)控制熱得快保溫電熱水杯工作過程分析:前者插電后加熱,水溫升高直至沸騰.后者插電后加熱,水溫升高,達(dá)到沸騰溫度時保險器自動跳開,停止加熱.當(dāng)溫度下降到一定溫度時，電熱水杯繼續(xù)加熱，循環(huán)往復(fù)。熱得快----開環(huán)控制電熱水杯----閉環(huán)控制開環(huán)控制和閉環(huán)控制差別主要看有沒有反饋

第二節(jié)控制系統(tǒng)的組成與描述控制系統(tǒng):任何一個控制的實現(xiàn),都要通過若干個環(huán)節(jié),這些環(huán)節(jié)就構(gòu)成了一個系統(tǒng).稱為控制系統(tǒng).期望值（給定量）：是人們在控制過程中希望達(dá)到了目的?？刂破鳎嚎刂泼睿ㄐ盘枺┑陌l(fā)出裝置。執(zhí)行器：將控制器發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換成能影響被控對象的信號的裝置。被控對象：控制系統(tǒng)中所要求控制的裝置和生產(chǎn)過程?？刂屏浚簣?zhí)行器的輸出信號。能對被控對象產(chǎn)生作用，從而使被控量發(fā)生變化的量。輸入量：即控制系統(tǒng)的給定量。輸出量：即控制系統(tǒng)需要控制的量。幾個概念投擲飛鏢、騎自行車的控制過程大腦期望值肢體飛鏢落點期望值(即基準(zhǔn)值)是指人希望飛鏢所落的位置,也是給定量大腦是比較器和控制器肢體是執(zhí)行器飛鏢是控制對象落點是指被控量期望值為輸入量落點為輸出量期望值大腦肢體自行車行駛方向眼睛期望值是指道路的方向大腦是比較器和控制器肢體是執(zhí)行器自行車是被控對象行駛方向是指被控量眼睛(神經(jīng)傳輸系統(tǒng))是反饋環(huán)節(jié)閉環(huán)控制和開環(huán)控制1、定義：控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響，這種控制稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)2、特征：

系統(tǒng)的輸出量僅受輸入量控制，輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞。例：自動聲光控制定時供水控制系統(tǒng)等閉環(huán)控制系統(tǒng)

1、定義：能將控制的結(jié)果(即比較量)反饋回來與希望值（即基準(zhǔn)量）進(jìn)行比較，并根據(jù)它們的誤差及時的調(diào)整控制作用的系統(tǒng)，稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。2、特征：與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制系統(tǒng)多了一個由檢測裝置組成的環(huán)節(jié)，構(gòu)成一條閉合回路。例：保溫電熱杯水位設(shè)定供水控制系統(tǒng)等案例分析定時器水閥門游泳池水流量水位設(shè)定時間游泳池的定時注水控制系統(tǒng)輸入量：注水時間控制器：定時器執(zhí)行器：進(jìn)水閥門控制量：水流量控制對象：游泳池輸出量：游泳池水位定時注水控制系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng)檢測裝置控制器進(jìn)水閥門游泳池給定水位水流量比較器游泳池水位游泳池水位控制系統(tǒng)輸入量：給定水位控制器：水位檢測控制裝置執(zhí)行器：進(jìn)水閥門控制量：水流量控制對象：游泳池輸出量：游泳池的水位與定時注水控制系統(tǒng)相比水位控制系統(tǒng)多了比較器和檢測裝置，即增加了反饋環(huán)節(jié)。因此水位控制系統(tǒng)屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)。二.控制系統(tǒng)的框圖表示

在控制系統(tǒng)中，為了分析的方便，常采用方框來表示系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，用單向信號線來表示系統(tǒng)信號傳遞的方向，這種圖稱為控制系統(tǒng)的方框圖。它表示了系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中的位置、功能和相互之間的關(guān)系。開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖：控制器執(zhí)行器被控對象給定值被控量控制量閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖:檢測裝置控制器執(zhí)行器被控對象給定值被控量控制量比較器反饋環(huán)節(jié)是閉環(huán)控制系統(tǒng)的的主要特征，也是與開環(huán)控制系統(tǒng)主要區(qū)別。比較器和檢測裝置組成閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié)分析與探究（1）1、電冰箱的溫度控制系統(tǒng)控制電路電機(jī)-壓縮器組電冰箱制冷量箱內(nèi)溫度預(yù)置溫度檢測裝置（熱敏電阻）分析與探究（2）2、走道燈的聲光控制系統(tǒng)聲-電傳感器觸點延時開關(guān)走道燈燈亮/滅有/無聲音分析與探究（3）3、希羅自動門控制系統(tǒng)火爐連動裝置廟門點火/熄滅

門的開/關(guān)軸轉(zhuǎn)動分析與探究（4）4.自動溫控?zé)崴骺刂齐娐钒l(fā)熱電阻熱水器熱量水溫預(yù)置溫度

檢測裝置（熱敏電阻）確定控制的目的給定控制要求確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)確定控制的被控量建立模型或原型確定待調(diào)參數(shù)分析、實驗系統(tǒng)的性能若性能不能滿足設(shè)計規(guī)范要求，重新確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、部件性能等指標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計的基本過程第三節(jié)簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計二.設(shè)計實例抽水馬桶水箱的自動控制系統(tǒng)的設(shè)計

一.明確設(shè)計目的A.當(dāng)水箱水位低于某一指定高度時，進(jìn)水口立即進(jìn)水。B.當(dāng)水箱水位達(dá)到某一指定高度時，進(jìn)水口停止進(jìn)水。C.控制系統(tǒng)對控制精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性均沒有特別要求。

二.確定被控量及設(shè)計指標(biāo)1.被控對象是抽水馬桶的水箱2.被控量是抽水馬桶水箱水位的高度3.控制量是進(jìn)水管的水流（進(jìn)水量）4.水位的高度與進(jìn)水量之間呈線形關(guān)系主要干擾因素是水箱的出水流量三.確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從設(shè)計要求來看，屬于自動控制，因此選擇閉環(huán)控制系統(tǒng)?？刂破鳎C(jī)械或電氣控制裝置）執(zhí)行器(閥門）被控對象（水箱）被控量（水箱水位）給定量設(shè)定的水位高度檢測裝置（浮球或液位傳感器）控制量進(jìn)水量比較器四.選擇實現(xiàn)的方法采用浮球作為水位高度的檢測裝置。放水時，扳動放水旋鈕，旋鈕通過杠桿將出水塞拉起。這樣水箱的水就會放出。水被放出后，出水塞落下，堵住出水口。此時，浮球也因水面下降，處在水箱底部。而浮球的下落，帶動杠桿將進(jìn)水塞拉起，而使水進(jìn)入水箱內(nèi)。隨著水面的上升，浮球也會因浮力逐漸升高，直至通過杠桿將進(jìn)水塞壓下，堵住進(jìn)水口。這樣水箱內(nèi)又盛滿水。五.部件模型及主要的參數(shù)的確定抽水馬桶主要應(yīng)用的原理:杠桿平衡原理虹吸現(xiàn)象等根據(jù)公式F1×L1＝F2×L2確定桿的長度及支點的位置.水箱一次的沖水量實際上是隨水箱的橫截面積和水位設(shè)定高度而變化的，即：沖水量=水箱的橫截面積×設(shè)定高度六.驗證、完成你的設(shè)計明確了設(shè)計方案,并按選定的控制方法驗證了各部分的工作后,就可以將它們組裝起來.七.評估你的設(shè)計并進(jìn)行優(yōu)化第四節(jié)控制中的干擾干擾因素的概念：在控制系統(tǒng)中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素稱為干擾（interference）因素。腳踩的力自行車行使速度風(fēng)給定量被控量逆風(fēng)、順風(fēng)、上坡路等可能受到強(qiáng)風(fēng)雷雨天氣、大霧天氣、強(qiáng)磁場、飛鳥等影響。結(jié)論：在控制系統(tǒng)中，干擾因素一定有，可能有一個，也可能有若干個?？刂破鲌?zhí)行器被控對象給定值被控量控制量檢測裝置控制器執(zhí)行器被控對象給定值被控量控制量比較器干擾

在一個控制系統(tǒng)中，實際的干擾可能出現(xiàn)在各個環(huán)節(jié)，但為了在描述和分析控制系統(tǒng)時有一個統(tǒng)一的形式。都假設(shè)干擾是加在被控對象上，這是一種等效的方法。干擾A、消除干擾如:在飛機(jī)上不能使用通信工具B、減弱干擾如：電器在使用時遠(yuǎn)離其它電子設(shè)備C、提高控制系統(tǒng)性能