控制与设计复习共33页文档
008通用技术必修2第八讲控制与设计总复习
008通用技术必修2第八讲控制与设计总复习第八讲是关于控制与设计的总复习。
本节课将回顾我们在前几节课中学习的内容，并进一步探讨控制与设计的重要性。
我们将从控制的定义、控制系统的基本概念、控制系统的分类、以及控制系统的设计等方面进行总结和回顾。
首先，我们回顾一下控制的定义。
控制是指通过采取一系列措施使系统或过程保持在所期望的状态，并在遇到干扰或变动时进行调整和修正，以实现预定的目标。
控制的基本原则是通过对系统的输入和输出之间的关系进行监控和调节，使系统能够按照预定的方式运行。
接下来，我们回顾一下控制系统的基本概念。
控制系统由输入、输出、控制器和被控对象组成。
输入是控制系统的指令或命令，用于控制系统执行特定的功能。
输出是控制系统根据输入进行处理后得到的结果。
控制器是控制系统的核心部分，负责对输入和输出进行处理，根据预定的规则和算法进行控制计算。
被控对象是控制系统所要控制或监控的物理过程或设备。
控制系统根据其输入和输出之间的关系可以分为开环系统和闭环系统。
开环系统是指输入和输出之间没有反馈和调节，仅通过事先设定的控制规则来控制系统的运行。
闭环系统则引入了反馈机制，在系统的输出作为系统参数的一部分被反馈到控制器中，用于修正和调节系统的运行。
闭环系统相对于开环系统具有更强的稳定性和鲁棒性。
最后，我们总结一下控制系统的设计。
在控制系统设计中，我们需要了解被控对象的工作原理和特性，并根据所需的控制要求确定输入、输出和控制规则。
然后，我们选择适当的控制器和传感器来实现控制系统的功能。
在具体的设计过程中，我们通常会采用模型预测控制、PID控制等常用的控制算法和方法，根据实际情况进行调整和优化。
总之，控制与设计是通用技术必修2课程中的重要内容。
通过对控制的定义、控制系统的基本概念、控制系统的分类和控制系统的设计进行总复习，我们可以更加全面地理解和应用控制与设计的知识。
在实际应用中，控制与设计可以帮助我们解决各种复杂的控制问题，提高系统的稳定性和性能，推动科技进步和社会发展。
第四章 控制与设计(高三复习课件)
（2）开环控制
而不能将控制的结果反馈回来，影响控制的作用 的系统
•优缺点：
开环
闭环 优点 结构简单、成本低 精确度高 缺点 精确度低 结构复杂、成本高
•应用原则：
（1）二者都能实现控制时，优先考虑开环控制； （2）二者可结合使用。
•辨别方法：
（1）看是否有反馈及能否调整
（2）加入干扰，看能否调整
第四章 控制与设计
第一节 了解控制
一、什么是控制？
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。
1、投飞镖
期望值
大脑
手
飞镖
落点
镖靶
2、骑自行车的控制过程
期望值 大脑 肢体 自行车 把 行驶方向
眼睛
二、控制的种类
1、根据控制的过程与方式
（1）闭环控制
能将控制结果（即比较量）反馈回来与希望值 （即基准量）进行比较，并根据他们的误差及 时调整控制作用的系统
例1：“投掷飞镖”过程的主要环节
命令发出者是： 命令执行者是： 执行的作用对象是： 反馈环节是：
大脑
肢 体（上臂和手）
飞镖 无
例2：“骑自行车”过程的主要环 节
命令发出者是： 命令执行者是： 执行的作用对象是： 反馈环节是：
大脑 肢 体（上臂和手）
自行车把（转向子系统）
眼睛
描述的语言、概念、具体描述的区别与联系
给定值
被控量
执行器
反馈环节
被控 对象
三、练习： 用方框图将下面的几个控 制系统表示出来。
1、供水水 箱的水位自 动控制系统
浮子
预设 水位
比较器
进水量
水位
控制器
阀门 浮球
技术与设计复习提纲第四章控制与设计
第四章控制与设计一、控制的要素：、、。
这三个也是理解控制现象必须弄明白的问题。
例题1、理解一个控制现象，要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。
例如，射击比赛的射手通过瞄准目标，使子弹射中靶心，分析这个过程，其控制的对象是：（）A、人B、枪C、子弹D、靶二、控制的类型：1、从控制过程中人工干预的情形来分：①（手动控制）：（必须在人的直接干预下才能完成控制任务的控制系统。
）如人工纺纱、打开普通自来水龙头，揿按键打开电灯、驾驶汽车等；②：（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。
）例题1、控制系统中属于自动控制系统的是（）A、按钮开关控制B、普通自来水龙头C、花房恒温控制D、汽车驾驶2、从手摇扇到电风扇到空调器的发展过程来看，体现了（）A、从机械控制到电子控制的过程B、从手动到手动控制再到自动控制的过程C、从手动到电动控制的过程D、从自动到手动控制的过程3、下列控制现象是自动控制的是（）A、骑自行车B、舂MC、农用灌溉抽水的控制D、用气筒给自行车的轮胎充气三、控制系统的组成简单的控制系统由两部分组成，即和。
其中控制装置，包括、控制器、等环节，对于闭环控制系统来说，还包括反馈环节和比较环节。
还要了解简单控制系统的输入量、输出量、控制量、被控制量等。
四、控制系统的分类：开环控制与闭环控制（一）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）1、：是指输出量不对系统的控制产生任何影响的控制系统。
如十字路口的红绿灯定时控制系统、楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统等。
例题1、下列控制系统中，属于开环控制系统的是（）A、电冰箱的温度控制B、计算机的CPU上的风扇的转速控制C、现代化农业温室的温度控制D、电风扇调速开关系统2、下列不属于开环控制系统的是：（）A、自动门B、自动声控灯C、自动烘手机D、电饭锅温控系统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。
控制与设计复习
实验法
通过实验测量系统的输入和输出 数据，利用这些数据建立系统的 数学模型。
辨识法
基于已知输入信号和系统输出信 号，通过算法估计系统的参数， 从而建立数学模型。
传递函数与方块图
传递函数
描述系统对输入信号的响应，即输出 信号与输入信号之间的函数关系。
方块图
用图形方式表示系统的传递函数，将 传递函数分解为基本环节，便于分析 和设计控制系统。
鲁棒控制系统的设计方法
鲁棒控制系统的设计方法包括H∞控制、μ分析和鲁棒优化等。这些方法通过优化系统的某些性能指标，使得系统在不确 定性因素存在的情况下仍能保持优良的性能。
鲁棒控制在工业中的应用
鲁棒控制理论在许多工业领域中得到了广泛的应用，如化工过程控制、电力系统和航空航天等。通过采 用鲁棒控制方法，可以提高系统的稳定性和可靠性，减少因系统故障或扰动引起的损失。
控制系统设计基础
01 根据系统性能要求，选择合适的控制策略和设计 控制器。
02 考虑控制系统的鲁棒性和优化性能，以满足实际 应用的需求。
03 控制系统设计过程中需要考虑的因素包括控制算 法、执行器、传感器等。
04
现代控制理论
线性系统理论
线性系统的定义与性质
线性系统是指系统的动态行为可以用线性微分方程来描述的系统。线性系统具有叠加性、 均匀性和时不变性等性质。
05
控制系统的实现与应用
控制系统的硬件实现
控制器
作为控制系统的核心，负责 接收输入信号，根据控制算 法产生输出信号，控制执行 机构。
传感器
负责检测被控对象的参数变 化，并将检测到的信号转换 为电信号或数字信号传送给 控制器。
执行机构
根据控制器的输出信号，驱 动被控对象进行相应的动作 或调节。常见的执行机构有 电动机、气动阀等。
控制与设计知识点
控制与设计知识点控制与设计是计算机科学和工程中关键的知识点，它们在软件开发、系统设计和信息技术领域扮演着重要的角色。
本文将探讨控制与设计的一些基础概念，包括控制流、数据流和软件设计原则等。
一、控制流控制流是指计算机程序中指令执行的顺序和路径。
常见的控制流结构有顺序结构、条件结构和循环结构。
顺序结构是指程序按照指定的顺序逐条执行，没有条件或循环语句进行控制。
条件结构是基于条件判断的控制结构，根据判断结果执行不同的代码块。
常见的条件结构语句有if语句和switch语句。
循环结构是根据指定条件重复执行一段代码块，直到条件不满足为止。
常见的循环结构语句有for循环、while循环和do-while循环。
二、数据流数据流是指数据在程序中的传递和处理流程。
它可以分为控制流和数据依赖两种类型。
控制流数据依赖是指程序中的条件语句和循环语句对数据流的影响。
条件语句可以改变数据流的路径，而循环语句可以对数据进行多次处理。
数据依赖是指程序中的数据流依赖关系。
一个语句的结果可能会被其他语句所依赖和使用，形成数据流的传递和处理。
三、软件设计原则软件设计原则是指在软件开发过程中应当遵循的一些基本原则。
这些原则可以提高代码的可读性、可维护性和可扩展性。
1. 单一职责原则（Single Responsibility Principle）：一个类或模块只负责一项职责。
2. 开放封闭原则（Open Closed Principle）：软件实体应该对扩展开放，对修改封闭。
3. 里氏替换原则（Liskov Substitution Principle）：子类型必须能够替换掉它们的父类型。
4. 接口隔离原则（Interface Segregation Principle）：应该为客户端定制专门的接口，而不是使用一个通用的接口。
5. 依赖倒置原则（Dependence Inversion Principle）：高层模块不应该依赖于底层模块，两者都应该依赖于抽象。
第四章控制与设计复习
执行器
被控对象
输出量
对输入信号进 行处理并发出 控制命令的装 置或元件
控制系统中所要 求控制的装置和 生产过程
控制系统 所要控制 的量
5 闭环控制系统的基本组成和工作过程(Ⅱ)
（1）定义：系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影 响的控制系统称为闭环控制系统。 （2）特征：系统的输出端与输入端信号之间存在一个回路— —反馈回路。 （3）简单闭环控制系统的方框图 给定量
Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅱ
1 控制的含义(Ⅰ)
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，这就是控制。 理解任何控制现象，都要明确：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。 控制的分类：从控制过程中人工干预的情形分为人工控制（控 制过程是在人的直接干预和全程干预下进行的）和自动控制（指在无人直接 参与的情况下，使事物的变化准确地按照期望的方向进行）；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 。
铁桶
硬塑料管截断或上升3厘 米；铁桶抬高3厘米；搪瓷 （3）假设原来搪瓷碗内的水位控制在5厘米，现在需要把碗内水 碗位置下降3厘米等
位控制在8厘米，请问可以采取什么方法？
9 控制系统设计方案(Ⅱ)
（1）控制系统设计的一般思路
分析被控对象的 主要特征 明确控制的目 的、对象 确定被控量、 控制量
控制系统的 方案选择 控制系统的调试、 运行和评价 系统的成本分析
控制系统 的设计
实施控制系统所需的 设备、元件等
分析主要的 干扰因素
……
①设计一个控制系统，是选择开环控制还是闭环控制，应根 据对控制精度的要求以及条件的可行性而定。 ②在控制系统设计过程中，被控对象的特性往往难以直接得 到，通常是通过了解被控对象的输入与输出之间的关系来分析它 的基本特性，从而确定控制器的运算方式(暗箱方法)。 ③一个控制系统中可能存在若干个干扰因素，需要分析主次， 找出对系统影响最大的干扰因素。 ④被控量与控制量的确定是控制方案的关键，对于简单控制 系统，需要控制的量往往被确定为被控量，控制量应选择可控的、 对抑制干扰因素和保持系统稳定又明显作用的量。 ⑤执行器、检测器的选择：一是要根据被控量和控制量的需 求，二是要根据控制的条件进行。
第四单元控制与设计
第四单元控制与设计复习【复习内容】【考点一】：控制的含义人们按照自己的，通过一定的，使事物向发展，这就是。
【考点二】：控制的手段和方法（1）按人工干预来划分：控制、控制（2）按执行部件来分：控制、控制、控制、控制【考点三】：控制的应用（1）生活：控制应用到生活中，提高人们的生活质量，人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境，使之满足人们的需要。
（2）生产：生产中往往需要对温度、湿度、压力、速度及加工动作等进行控制，控制在生产中得到了极为广泛的应用。
（3）军事国防：控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。
【考点四】：简单开环控制系统的基本组成和工作过程1、开环控制系统：控制系统的产生的控制系统。
（如：红绿灯定时控制系统、防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、可调光台灯控制系统等等）2、特征：系统的仅受控制，输入量到输出量之间的信号是传递。
3、开环控制系统方框图：输出对象4（1）输入量（ / ）:作用于控制系统的或某一设定。
如泳池进水设定时间（2）输出量（ / ）:控制系统所要控制的。
如泳池的水位（3）被控对象：控制系统中所要求控制的或。
如泳池（4）执行器：对进行控制的或。
如进水阀门（5）控制器：对进行处理并发出的装置或元件。
如控制电路（6）控制量：的输出信号。
如流过阀门的流水量【考点五】：闭环控制系统的基本组成1、闭环控制系统：系统的返回到并对控制过程的控制系统。
如花房温度控制系统、家用电冰箱的温度控制系统等。
2、基本组成：与开环控制系统相比，闭环控制系统多了和。
【考点六】：简单的闭环控制系统的方框图闭环控制系统方框图：给定量被控量检测装置：测量出被控量并返回到系统的输入端。
比较器：将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值。
控制器将这一偏差值进行运算处理，并向执行器下达控制指令；执行器根据指令对被控对象进行控制，从而使得被控量稳定在一定范围内。
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反馈环节。