第四章控制与设计
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
第四章控制与设计
山东省昌乐一中 2011级通用技术导学案主要编制人：王爱军、李玉松、吴巧燕审核：审批：第四章控制与设计一《通用技术课程标准》要求：（1）理解控制的含义及其在生产和生活中的应用。
（2）分析典型的案例，了解手动控制、自动控制，熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程。
（3）能画出一个简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器等环节的作用，熟悉反馈环节的作用。
（5）了解简单的被控制对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制设计的方案。
（6）能根据开环控制系统的设计方案，制作一个控制装置；或者能根据简单闭环控制系统的设计方案进行实施或模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。
【学习目标】知识与技能：1、理解控制的涵义及其应用2、能画出简单的闭环控制系统方框图3、结合实例，会分析控制系统过程与方法：通过具体案列进行分析理解。
情感态度与价值观：激情投入，高效学习，养成勤于思考及善于归纳的习惯。
【重点、难点】重点：开环控制与闭环控制系统的理解与应用难点：控制系统的设计与应用【使用说明】1、通览本章所有知识内容，完成自主学习部分。
2、小组成员积极讨论，踊跃展示。
3、激情投入，高效学习。
班级 姓名 编号 时间：2013年3月16日【自主学习】1、如果我们希望某一事物按照自己的意愿发展，就要对其进行 ，这种根据自己的目的，通过 ，就形成了控制。
2、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调整控制作用的系统，称为 。
3、 的系统，成为开环控制系统。
4、系统中将控制结果反馈回来的部分，成为 。
是闭环控制系统的重要特征。
5、按照执行部件的不同，控制分为： 、气动控制、 、电子控制等。
6、对于自动控制，按控制方式分为： 、 和复合控制等。
7、控制系统必须在 才能完成控制任务。
这种控制系统我们称之为 。
8、在控制的过程中 的控制系统称为自动控制。
开环控制系统与闭环控制系统 复习课件-高中通用技术苏教版(2019)必修《技术与设计2》
开环控制系统——案例
自动门控制装置
当人走进自动门时，门上方的红外线装置检测到人 体热辐射发出的红外信息，控制电路接收到该信号后， 便会发出相应的指令，启动电动机运转，从而带动门自 动开启。门开启后如果没有人在周围通知电动机反向运 转，使门关闭。
开环控制系统——投飞镖
期望值
大脑
输入量
控制器
手 执行器
A.控制器 .检测装置
C.电热盘 D.设定温度
【2016陕西卷】
闭环
实际温度
给定 温度
自动
加热装置
水箱
【2021陕西卷】
闭环 飞控单元 高度检测器
自动 电机
无人机
缩输回出/伸量出
被笔控尖对象
【2019陕西卷】
16.如图所示为红外感应饮水机电源控制方框图，该控 制系统的执行器是（ ）
A.饮水机电源 C.控制电路
B.加热状态 D.继电器
【2021陕西卷】
【2022陕西卷】
14.如图所示为汽车底部障碍物探测系统的控制方框图。 该控制系统的控制器是（ ）
A.信号 C.语音模块
落点位置
飞镖
被控对象
输出量
开环控制系统——声控灯、光控灯
输入量
控制器
执行器
输出量
被控对象
声光信号
声光检测 控制装置
开关
灯亮/灭 路灯
开环控制系统——火灾自动报警
输入量
控制器
执行器
输出量
被控对象
烟雾信号
感烟探测器
报警器
报警声 报警部件
【2015陕西卷】
红外输线入信量号 中央控处制器理器 机执械行部器件
B.微处理器 D.扬声器
第四章 控制与设计 第四节 控制中的干扰
马上行动
电冰箱的温度控制系统， 下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素
开电冰箱门 电冰箱所在房间的温度从20度变到32度
是
是
把热菜热饭放入电冰箱中
在电冰箱外放一盆冷水
是
否
下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？
控制系统
自动扶梯的升降控制系统
干扰因素
电机输出电压的波动等、齿轮间 的摩擦力等 滑轮组的摩擦力等
黑箱方法应用的例子 输 入 摇、转、看
望、闻、问、切
输 出
需要了解的情 况
判断生熟鸡蛋 中医诊断病情
生或熟
是否健康
旋转速度
气色、舌苔、 脉搏等 器官的健康 状况
B超探测
了解计算机的 基本性能
B型超声波 运行应用 程序
图像 计算机的 反应
计算机基本 性能的好坏
小 结：
1、干扰的概念 2、克服干扰的基本方法 3、功能模拟法 4、黑箱方法
闭环控制系统的工作过程
闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量（输出量） 的偏差。所以一个闭环控制系统，能够克服外界干扰，使被 控量控制在给定值附近。
比较器
给定值
干扰
干扰
干扰
干扰 被控量
控制 器
执行 器
反馈环节
被控 对象
功能模拟方法
比较加热炉温度自动控制系 统与手动控制系统，我们发现，控 制器代替人脑实现了温度控制的功能，执行器代替人手实现了 调压的功能，检测装置代替了人眼实现了检测温度值的功能。
例如：在国际象棋的人机对弈中，计算机具有与人脑类似的逻辑判断功 能，能模拟棋手的思维与人下棋。
黑箱方法
通过对系统的输入与输出的关系的研究，进 而推断出系统内部结构及其功能的方法。黑 箱方法提供了一种不必打开黑箱就可以研究 其内部结构和功能的方法。
4.1了解控制
下雪
事物发展的结果可能是人们 预先期望的，也可能是与预期的 目标不相符，甚至是不希望得到 的。如果人们想达到某一特定的 某一特定的 目的，就必须运用适当的手段 适当的手段来 目的 适当的手段 实现。
一、控制的含义 控制是根据自己的目的， 控制 通过一定的手段使事物沿 着某一确定方向发展的行 为和过程。
2、睁开眼睛写字的控制过程方框图
大脑 输入 手 笔 输出
眼睛
人脑控制手写字，在此过程中，眼睛可以把 人脑控制手写字，在此过程中，眼睛可以把 反馈给大脑 手的位置及时反馈给大脑， 手的位置及时反馈给大脑，使得大脑准确精细 地控制手去写好字。控制过程中有反馈环节 反馈环节可 地控制手去写好字。控制过程中有反馈环节可 以把控制结果反馈给人脑， 以把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了闭 合回路。这种控制称为闭环控制。 合回路。这种控制称为闭环控制。
第四章 控制与设计 第一节 了解控制
学习目标
1、理解控制的涵义及应用，能区分控制系统 理解控制的涵义及应用， 的类型。 的类型。 2、通过合作探究，游戏体验，明确不同类型 通过合作探究，游戏体验， 控制系统的特点及异同。 控制系统的特点及异同。 感受控制技术与生产生活的密切联系， 3、感受控制技术与生产生活的密切联系，激 发学习控制的热情。
大禹治水
案例分析
大禹治水
大禹是中国古代的传奇英雄人物，他所处的年代洪水泛 大禹是中国古代的传奇英雄人物， 滥而久治不息。他的父亲鲧受尧的命令而治水， 滥而久治不息。他的父亲鲧受尧的命令而治水，采用垒坝筑 填塞洪水的方法，结果愈治愈泛，水患益盛， 堰、填塞洪水的方法，结果愈治愈泛，水患益盛，最终被舜 帝治罪而死。鲧死后，水患并未止息。大禹子承父业， 帝治罪而死。鲧死后，水患并未止息。大禹子承父业，接受 舜的命令进行治水。大禹治水，一改其父“以填塞而阻水” 舜的命令进行治水。大禹治水，一改其父“以填塞而阻水” 的方法，以疏通河道、泄洪为主，经过13年的努力，终于 的方法，以疏通河道、泄洪为主，经过13年的努力， 13年的努力 洪波安息” 水患大治” “洪波安息”、“水患大治”。 思考：大禹治水的过程中，通过什么手段实现了什么样的目 思考：大禹治水的过程中， 的？
粤教版 通用技术 第四章 第一节了解控制
开环与闭环控制的辨别方法： 开环与闭环控制的辨别方法： 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 加入干扰，
干扰因素
2、根据人工干预的情形： 根据人工干预的情形：
3、实例分析
（1）投掷飞镖 （2）骑自行车
（1）投飞镖
期望值
落点
大脑
手
飞镖
镖靶
（2）骑自行车的控制过程
期望值 大脑 睛 眼 行
控制过程
肢体
自行车把
二、控制的种类
1、根据控制的过程与方式
（1）开环控制
能将控制结果（即比较量）反馈回来与希望值 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 （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 时调整控制作用的系统
（2）闭环控制
而不能将控制的结果反馈回来，影响控制的作用 不能将控制的结果反馈回来， 将控制的结果反馈回来 的系统
开环与闭环控制的优缺点： 开环与闭环控制的优缺点： 优缺点
点优 开环 结构单、 结构单、 成本低 闭环 精确度高 缺点 精确度低
结构复杂、 结构复杂、 成本高
开环与闭环控制的应用原则： 开环与闭环控制的应用原则： 原则
（1）人工控制
人的直Байду номын сангаас干预
（2）自动控制
不需要人的干预， 不需要人的干预，就可以按期望的规律或 预订程序进行的控制系统
思考： 思考：
控制自动控制是否就是闭环控制？ 控制自动控制是否就是闭环控制？
自动程序控制： 自动程序控制：红绿灯
第四章 控制及其设计-2022年高中通用技术学业水平考试综合复习(粤科版2019)必修 技术与设计2
【解析】：该系统的执行器是驱动电机，控制量是驱动电机的转速。
（3）为了提高雨刷效果，并适合不同的场合，以下的几个优化措施中，最合理的是___；
【答案】：③
【解析】：该控制系统的目的是控制雨刮器的运行，最终是使档风玻璃清晰，帮助人们安全行车，所以③最合理。
（4）以下属于该优化的影响因素的是_____（选填序号：①雨量大小；②车速快慢；③检测装置的精度）。
C．该控制系统的执行器是水泵
D．该控制系统的被控量是水
【答案】：C
【解析】：控制量是喷头的开和关，被控对象是高压水流，执行器是水泵，被控量是水流的压力。
14．如图所示某款高铁站自动取票机，用户点击屏幕上“互联网取票”菜单命令，然后将身份证置于读取器位置，电脑获取身份信息，打印车票并驱动相关电机及机械装置，将车票从取票口送出。关于自动取票机的控制，下列说法正确的是
【答案】：②
【解析】：该控制系统是控制水床上表面的实际湿度，所以湿度传感器应放在水床上表面。
（3）为了节能环保，下列对鸡蛋孵化箱的优化措施合理的是____和____（选填序号：①换用更大的泡沫箱作为箱体；②换用更厚的泡沫箱作为箱体；③在泡沫箱内壁粘贴一层减小热辐射损失的材料；④换用功率更大的电源）。
4.4控制中的干扰
（一）干扰对控制功能的影响
干扰：在控制系统中，常有一些变化不定的因素对系统的行为造成不良的影响，这种有害因素，称为干扰。
干扰会使被控对象产生错误动作。
干扰的理解：除输入量以外，引起被控量变化的有害因素才被定义为干扰。
一般来说，闭环控制系统能不断地修正控制效果，以减少被控量和给定量之间的误差。所以闭环控制系统有更好的抗干扰能力。
必修
第
一、章节体系
什么是控制
人工纺纱、普通自来水龙头，旋转按 人工控制： 钮打开电灯、驾驶汽车等。 人工控制：____________________________________ 数控机床、饮料自动装罐生产线、花房恒 自动控制： 温控制、十字路口红绿灯的转换等。 自动控制：____________________________________
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。
3.控制的分类： 控制的分类： 控制的分类
控制的实现需要通过一定 的手段。从控制过程中人工 干预的情形来分，控制有人工 控制和自动控制 控制 自动控制。
人工控制：控制的过程必须在
人的直接干预和全程干预下才能完成 控制任务。
关/开 门
控制应用到军事国防中， 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、 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。 安全提供了必要的条件。
“神舟五号” 返回地面。
导弹、火箭
课堂练习
• 1 . 从蒸汽到蒸汽机车
控制对象： 蒸汽机车 控制对象 控制目的： 使机车获得不同的 控制目的：
空调机 自动取款机 自动控制水龙头 ……
现代网络家电。
4.控制在社会生活中的应用 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 控制应用到社会生活中，使整个社会能协调、 有序地发展。 康、有序地发展。 控制人口增长，提高人口素质 各种法律制度 交通管理 ……
5.控制在军事、国防中的应用 控制在军事、 控制在军事
二、控制及其应用
控制的应用自古就有，并 在近代得到迅速发展，在社会 生产生活的各个领域都有极其 广泛的应用。
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控制与设计
一、考点
（1）了解控制的含义及其在生产和生活中的应用。
（2）通过典型的案例了解手动控制、自动控制，了解简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程。
（3）能识别简单的闭环控制系统的方框图，了解其中的控制器、执行器等环节的作用，了解反馈环节的作用。
（4）了解影响简单控制系统运行的主要干扰因素。
（5）了解简单的被控制对象的基本特性，了解被控量、控制量。
二、知识点
1、控制：人们根据自己的目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展就形成了控制。
控制技术的广泛应用，提高了产品质量，降低了生产成本，增长了劳动生产率，使人们从繁重或危险的体力劳动和重复的手工操作中解放出来。
2、手动控制：控制过程是在人的直接干预和全程干预下进行的。
自动控制：指在无人直接参与的情况下，事物的变化准确地按照期望的方向进行。
3、控制系统的输出量不对系统控制产生任何影响，这种控制称为开环控制系统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是闭环控制系统
4、干扰因素：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成为干扰因素。
控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个，有的是人为的，有的是由于环境造成的。
5、在正常工作状态下，其输出与输入之间的关系，输出与干扰之间的关系称为被控对象的基本特性。
被控量：就是输出量；通过控制量来实现对被控量的控制。
三、例题
1、如图所示为某种抽水马桶水箱的结构示意图：浮球和连杆用螺纹连接，通过调节连杆长度来设置给定水位，当水位上升到给定水
位时，浮球带动连杆装置关闭进水阀。
如果往进水阀
方向调节浮球，缩短连杆长度，那么产生的后果是
A．降低给定水位高度
B．增加给定水位高度
C．不影响给定水位高度
D．降低实际水位高度
解析：如果向进水阀方向调节浮球，缩短连杆长度，那么浮球位置将上升。
依据杠杆原理，要关闭进水阀，浮球的位置将会上升的更高。
所以向进水阀方向调节浮球，也就增加了给定水位，那么在稳定状态下水箱的实际水位也变高了。
所以此题选B。
2、要设计该温室的温度自动控制系统，下列器件中不需要用到的是
A.安全监控摄像头
B.温度传感器
C.加热器
D.温度控制器
解析：此题要求我们知道一个控制系统包含那些部件。
作为一个自动温度控制系统，必须要有检测设备（温度传感器），控制器（温度控制器），执行器（加热器），而安全监控摄像头是为了便于操作员实时监控温室内的情况而设置的，与温度自动控制系统无关。
3、闭环控制系统中反馈的作用是（）
A、消除干扰因素
B、实现自动控制
C、减少输入量的偏差
D、减少输出量的偏差
解析：此题主要考学生对控制系统中反馈环节作用的了解，所以此题选D。
测试题
1、自行车的刹车控制是属于（）
A、机械控制
B、气动控制
C、液压控制
D、电子控制
2、下例所述属于自动控制的是（）
A、驾驶汽车
B、拖地板
C、用ATM取款
D、人工纺纱
3、下面控制系统中，属于开环控制的有：（）
①电冰箱恒定温度控制系统，②电风扇机械定时开关控制系统，③电子门铃控制系统，④GPS自动导航系统，⑤路灯自动开关控制系统。
A．1个 B．2个 C．3个 D．4个
4、下面控制系统中，属于闭环控制的有（）
A、电风扇机械定时开关控制系统
B、电子门铃控制系统
C、加热炉温度自动控制系统
D、自动门
5、在游泳池注水控制系统中，其输出量是（）
A、设定的时间
B、定时器发出的信号
C、阀门输出的信号
D、游泳池的水位
6、在控制系统框图中，干扰作用一般表示在（）上
A、控制器 B执行器 C被控对象 D、反馈环节
7、自行车刹车装置的作用是制动，当需要减速或制动时，给握把施加一定的力，通过杠杆系统，将刹车片压紧车圈（或轮轴），使车轮减速或制动。
在这个控制系统中执行器是（）
A、握把
B、杠杆系统
C、刹车片
D、车轮
8、家用普通台灯增加调光控制装置后，使台灯的功能得到了优化，这说明（）
A、增加系统要素是系统优化的手段
B、增加系统要素是系统优化的必然手段
C、调光控制装置是系统的约束条件
D、调光控制装置使台灯的质量得到提高
9、如图所示是电热水器温度自动控制系统
的示意图，当热电偶测到水温低于设定值，
控制电路接通加热丝，加热储水箱中的水，
使水温达到设定值，关于该控制系统的组
成，下列说法中不正确的是(浙江省2012年
3月高考)
A.被控对象是水箱中的水
B.控制器是加热丝
C.被控量是出水温度
D.设定量是所要求的水温
10、在电冰箱的温度控控制系统中，下列情况不属于影响其温度控制的干扰因素：（ ）
A 、开电冰箱门
B 、电冰箱所在房间的温度从20摄氏度变到32摄氏度
C 、电热菜或热饭放入电冰箱中
D 、在电冰箱外放一盆冷水 11、如图所示是一款太阳能饭盒，每个饭盒都有独立的温度控制系统，当饭煮熟后，自动进入保温状态，该饭盒温度控制系统的控制手段和控制方式属于(浙江省2012年3月高考)
A.手动控制、开环控制
B.自动控制、闭环控制
C.自动控制、开环控制
D.手动控制、闭环控制 12．如图所示为自动火炮控制系统示意图。
当雷达检
测到飞机后发出信号给跟踪系统，跟踪系统操纵火炮，调整火炮角度，该系统中被控对象是
A ．火炮
B ．跟踪系统
C ．雷达
D ．飞机
13．下图是房间温度控制系统的方框图，请回答下列问题。
（1）本控制系统中的控制对象是什么？
（2）本控制系统中的被控量和输入量是什么？
（3）在该控制系统工作时，打开空调房间的门窗，对控制系统起什么作用？
14．节约用水应从身边做起。
某同学设计了能使生活废水充分利用的冲厕方案。
请据图回答以下问题：
（1）废水储水池的底部位置应该＿（高于、低于、等于）冲厕水箱的设定水位。
(2）说明阀门l 不能省略的原因。
(3）木制支架是否为稳定结构？
15．下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。
（1）该系统是开环控制系统还是闭环控制系统？
（2）画出声控灯的系统框图
(3)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有动作发出声响，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?
（4）该控制系统的被控对象和输出量是什么？
~电源
16、王大伯盖了一个能自动调节温度的小型花房，花房的温度冬季一般控制18度，夏季一般控制在25度左右。
该花房温控设备包括控制装置，加热元件和制冷元件，温度检测仪等。
（1）花房的温度调节系统是开环控制系统还是闭环控制系统？
（2）试描述它的工作原理；
（3）画出控制框图。
（4）它可能受到的干扰因素有哪些？
17、风力发电机运行时风轮对准风向才能获得
最大风能，如图所示是风力发电机跟踪风向的
控制系统示意图，风向测定装置将检测到的
风向信号送给迎风控制装置与设定值比较，迎风
控制装置根据角度偏差信号控制偏航电机运转，
调整风轮角度，使风轮始终对准风向。
(浙江省2012年3月高考)
（1）根据描述，在跟踪风向的控制系统方框中处填写相应的内容。
（2）风向测定装置将检测到的风向信号送给迎风控制装置与设定值比较的过程称为（从干扰；反馈；控制中选择一项，将序号填在处）
参考答案
14.
（1）高于 （2）当废水储水池内水用完后就需要使用自来水冲厕，此时如何没有阀门l 自来水就会倒灌入废水储水池内 （3）是 15.(1)开环 (2)
(3) 把传感器的灵敏度调小一点。
(4) 被控对象是灯泡，输出量是灯的亮或灭 16.(1)闭环
(2)冬季时：温度传感器检测花房温度，并与设定温度（18度）进行比较，当气温低于18度加热元件开始加热，直到气温达到18度时停止加热；夏季时：温度传感器检测花房温度，并与设定温度（25度）进行比较，当气温高于25度制冷元件开始加热，直到气温达到25度时停止加热。
(3)
(4)打开花房门窗；外界气温；
17. (1)①迎风控制装置 ②偏航电机 ③风轮 ④如：风轮的朝向 ⑤风向测定装置 (2) ②
设定温度。