通用技术开环和闭环控制系统
高中通用技术苏教版(2019)必修2教学案 开环控制系统的工作过程
第四单元控制及其设计第2节开环控制系统的工作过程[学习目标]（1）简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程（2）闭环控制系统的基本组成（3）简单的闭环控制系统的方框图（4）控制器和执行器的作用[课前预习]1、控制的含义2、控制的分类3、控制的应用（1）、人们按照自己的，通过一定的，使事物向，这就是控制。
（2）、理解一个控制现象，要明确、和。
如汽车方向驾驶，控制对象是，控制目的是，控制手段是。
（3）、按照执行部件的不同，控制分为、和。
[课堂导学]【任务一】——理解控制系统【技术体验】搭建雨水收集池水位报警装置工作过程分析：一、控制系统1、 含义：任何一种控制的实现，都要通过若干个环节共同实现，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统，称为控制系统。
2、控制系统通常又分为 控制系统和 控制系统。
【任务二】——分析开环控制系统工作过程【技术体验】搭建定时浇水控制系统模型二、开环控制系统1、含义：控制系统的 不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。
2、开环控制系统的方框图输入量：控制系统的给定量，即控制系统为达到设定目标所需要的输入信号，作用于控制对象或系统输入瑞，并可便系统具有预定功能或预定输出的物理量。
输出量：控制系统所要控制的量，使系统要达到的设定目标，表现于控制对象或系统输出端，并要求实现自动控制的物理量。
控制器：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。
执行器：接受控制器输出的控制信号，产生具体的控制效果，使输出量产生预期的改变，是控制系统实现目标达成的主要工作部件，直接对被控对象进行控制的装置或元件。
控制量：执行器的输出信号，一般也可为执行器所做的功的形式。
被控对象：控制系统中所要控制的装置或生产过程3、简单的开环控制系统工作过程控制器接收到输入信号，命令执行器工作，执行器做功输出控制量，使被控对象状态变化，从而输出既定目标。
实例说明：火灾报警控制电路基本组成如下面方框图所示：【学生活动】1、用方框图说明下列开环控制系统的工作过程，并注明方框图中的各个环节的具体内容以及输入量、输出量和控制量。
通用技术开环和闭环控制系统
控制系统旳
工作过程与方式
一、控制系统
电风扇旳风速控制是经过变化电机旳转速 来实现旳。给电风扇设定风速挡位，电机就以 一定旳转速带动扇叶转动，输出预定旳风速。 风速挡位是该控制系统旳输入，扇叶转动旳风 速是该控制系统旳输出，一种挡位相应着一种 风速。
电风扇旳控制
输入 风速挡位
输出 电路、电机、扇叶 风速
电饭煲
电源旳电信号 锅内旳温度
脱粒机
电源旳电信号 脱粒旳量
红外线自动水龙头 人手旳红外信号 水龙头旳出水量
2、分类：
开环控制系统 控 （open loop control system） 制 系 统
闭环控制系统 （closed loop control system）
二、开环控制系统
案例分析：自动门
水箱注水控制系统方框图：
设定 时间
控制器
水流量
水箱旳水位
进水阀门
水箱
（输出）
增长反馈后水箱注水控制系统方框图
比较器
给定 + 水位
控制器
水流量 进水阀门
检测装置
水箱
水箱旳水位 （输出）
1、定义：
系统旳输出量返回到输入端并对控制过程产 生影响旳控制系统称为闭环控制系统
2.特征：系统旳输出端与输入端信号之间存在 一种回路——反馈回路。
关闭
请完毕P106旳“立即行动”
1、家用缝纫机旳缝纫速度控制系统（属于开环控制系统）
脚踏
脚蹬、曲柄、链轮
缝纫
力度
中轴、链条
速度
2、电冰箱旳温度控制系统（属于闭环控制系统）
设定 温度
比较器
控制 器
制冷 温度值 温度计 装置
高中通用技术课程开、闭环控制系统的区分
⾼中通⽤技术课程开、闭环控制系统的区分2019-08-24在⾼中通⽤技术课程的《技术与设计2》中，我认为对学⽣来说，最⼤的重难点应该就是开环控制系统和闭环控制系统的判断与分析。
在教材中，对开、闭环控制系统分别是这样定义的：“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称为闭环控制系统。
”从定义来看，闭环控制系统⽐开环控制系统多了⼀个检测输出量并返回输⼊端⽐较的过程，也就是反馈环节，因此，判断有没有反馈环节，就是我们区分开、闭环控制系统的⼀个最明显的标志，也是最确切的办法。
但是我发现学⽣在⾯对⼀个控制系统的时候，却经常不能很好地判定到底有没有反馈。
尤其有的同学经常把检测输⼊信号的装置当成了反馈环节中检测装置，以致把开环控制系统误判成了闭环控制系统。
⽐如⾃动门控制系统，系统中有⼀个检测装置，但这是⽤来检测有没有⼈站到门⼝的装置，⽽不是检测输出量并返回到输⼊端的装置。
因此，不能以此来判定这⾥有⼀个反馈环节，这是⼀个闭环控制系统。
在教学过程中，根据我⾃⼰对开、闭环控制系统的理解，我让学⽣可以再⽤以下⼏种⽅法来辅助区分这两者：1. 看输⼊量与输出量开、闭环控制系统的输⼊量与输出量之间都是有⼀定关系的。
⾸先，在不考虑⼲扰因素的情况下，开环控制系统的输⼊量与输出量应该是⼀⼀对应的。
⽽闭环控制系统系统则是⼀个输⼊量对应多个输出量；其次，因为闭环控制系统的输⼊量与输出量要在⽐较器中进⾏⽐较，所以必须是同⼀种量。
只要把握好这两种关系，我们就可以⽐较容易地判断出⼀部分开环控制系统。
⽐如，电风扇控制系统，⼀个挡位对应⼀个风速，改变挡位，风速就要随之变化，输⼊量与输出量不是同⼀种量且⼀⼀对应，这肯定是⼀个开环控制系统。
2. 看该系统的输出量是不是⾃动维持在某个状态上详细⼀点说，就是看这个系统在⼯作过程当中，⼀旦输出量发⽣了变化，会不会⾃动、及时地进⾏调整，把输出量维持在原来的状态上。
开环控制闭环控制通用技术
开环控制闭环控制通用技术开环控制和闭环控制是控制系统中常用的两种技术手段，它们在不同的应用场景下具有各自的特点和优势。
本文将从开环控制和闭环控制的基本概念、原理、特点以及应用等方面进行探讨，旨在探究开环控制和闭环控制的通用技术。
一、开环控制的基本概念和原理开环控制（Open Loop Control）是指在控制过程中，输出信号不受系统的实际状态或反馈信息的影响，仅依靠预先设定好的控制策略进行控制。
开环控制不考虑系统的实际状态和误差，只根据预先设定的输入信号和系统模型进行控制。
开环控制的原理可以用以下简单的模型来描述：输入信号经过系统处理后，得到输出信号。
在开环控制中，输入信号和输出信号之间没有直接的联系，输出信号的质量和精度依赖于系统本身的性能。
二、开环控制的特点和应用1. 特点（1）开环控制简单直观，易于实现和调试；（2）开环控制没有反馈环节，不受外界干扰和系统变化的影响；（3）开环控制的稳定性和精度较低，容易受到误差积累的影响。
2. 应用（1）开环控制常用于一些简单的、不需要高精度的控制系统，如电风扇、电灯等；（2）开环控制也常用于一些实时性要求较高、但对控制精度要求不高的系统，如机器人的简单动作控制。
三、闭环控制的基本概念和原理闭环控制（Closed Loop Control），又称反馈控制，是指在控制过程中，输出信号通过传感器测量得到的反馈信息作为输入信号的一部分，用于调整和修正控制系统的工作状态。
闭环控制通过不断的比较实际输出和期望输出之间的误差，采取相应的控制措施来调整系统的工作状态，从而实现对输出信号的精确控制。
闭环控制的原理可以用以下简单的模型来描述：输入信号经过系统处理后，得到输出信号，并经过传感器测量得到的反馈信息与期望输出进行比较，计算出误差信号。
根据误差信号，控制系统采取相应的控制策略，调整系统的工作状态，使输出信号逐渐趋近于期望输出。
四、闭环控制的特点和应用1. 特点（1）闭环控制具有较高的稳定性和精度，能够有效抑制系统中的干扰和误差；（2）闭环控制能够适应系统的变化和外界的干扰，具有较强的鲁棒性；（3）闭环控制的设计和调试相对较复杂，需要对系统的动态特性进行建模和分析。
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
1.3开环和闭环电子控制系统-苏教版高中通用技术选修一课件(共33张PPT)
讨论： 请分析音乐喷泉控制系统的工作特点？
有音乐输 入主机
有喷泉输出
无音乐输 入主机
无喷泉输出
喷泉的输出会不会反过来影响到主机？
思考：
音乐喷泉控制系统的工作过程有没有反馈?
答：由于输出的喷泉对系统的控制状态并 不产生影响，所以此系统也不存在反馈。
一、什么是开环电子控制系统
电子门铃的工作过程有没有反馈?
答：输出的音乐声的变化对系统的 控制状态并不产生影响，
即不存在反馈。
分析下列电子控制系统：
电子控制系统 电子音乐门铃 系统 路灯自动控制 系统
电子锁
被控对象 被控量 扬声器 音乐声
控制器
音乐集成电路
路灯
锁舌
光的变化 电子电路 锁舌的运动 集成电路
自动门
门
门的开关 集成电路
开环电子控制系统： 电熨斗、电子门铃、电子调光台灯、电子手表、 程序控制洗衣机
闭环电子控制系统： 电热水器、空调、电冰箱、智能电饭煲、 现代化农业温室
闭环电子控制系统与开环电子控制 系统相比有什么优点？
闭环电子控制系统具有监测和反馈功能， 可以提高控制的精度，而且能实现控制的自 动化。
现在常用的家用电冰箱由压缩机、冷却器、散热器、
闭环电子控制系统的组成方框图如下：
输入
控制 （处理）
输出
被控对象
反馈
检测
思考：
生活中那种产品的工作过程有反馈环节?
电冰箱就是一个实例。
家用电冰箱的恒温控制：
家用电冰箱的工作原理:
现在常见的家用电冰箱由电动机、压缩机、 冷却器和散热器组成。它们之间用一根管道相连 接，管道里装着一种沸点很低的制冷剂。管道的 底部安装着压缩机，使制冷剂不断地在管道里循 环。由于管道中有一小段十分铗窄的毛细管，从 而限制了管道内制冷剂的流动速度，并使气态的 制冷剂受到强大的压力，使之由气态变成液态， 对外释放热量。当液态制冷剂通过毛细管进入电 冰箱的内部由较粗管组成的冷却器时，由于压力 突然降低，达到制冷的效果。
通用技术课程第二节--控制系统的基本组成与工作过程
第二节控制系统的基本组成与工作过程导学案一．学习目标1．分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程；2．熟悉闭环控制系统的基本组成，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、执行器的作用。
二．学习过程我们先来分析两个典型控制案例，旨在了解控制系统是怎样构成的，以及它们是怎样实现控制的。
【案例1】自动门自动门的动作过程是：当门口没有人时，门是关着的(图1)；当有人来到门口时，门打开(图2)；当人离开门口后一段时间，门又关闭。
功能(1)无人时，常关；(2)有人时，开门。
技术要求(1)当人距门l m(也可设为其他值)时，门即打开；(2)门打开后，延时10 s(也可设为其他值)后关门。
门是怎样实现自动开、关的呢?我们来看一看自动门(实际上是自动门系统，简称自动门)的组成和工作过程。
系统组成①门；②电动机；③控制器；④传感器。
工作过程(1)当有人到达门前某一距离(如1 m)时，传感器感知，并发出“有人”的信号；(2)控制器接到传感器传来的信号后，经变换放大后传给电动机(这里电动机叫做执行器，也称驱动器)；(3)电动机根据传来的开门信号转动，门被打开(这里的门叫做被控对象，也称为控制对象)；(4)控制器保持开门信号延时(如10 s)后，自动发出关门信号，电动机反转，门重新关闭。
上述的系统组成与工作过程，可以用图3表示。
在图3中，从左往右看：当门口有人时，即有输入，传感器感知并形成信号。
信号先后经过控制器、电动机的变换与传递，直到把门打开，叫做有输出(门动作，打开)。
没有人，则无输入，不发生信号传递，当然没有输出(门无动作，常关)。
【问题思考】当有人一直站在门口时，自动门会怎样动作？为什么？【案例2】水箱水位控制再来看水箱的水位控制。
当水箱内的水没有达到设定的水位(水箱内的“△”所示)时，水箱的水龙头打开，向水箱内放水；当水面达到设定位置，水龙头关闭。
它有两种控制方式：一为人工控制(图4)；一为自动控制(图5)。
粤教版通用技术必修2 第四章1.1.2了开环控制和闭环控制(共29张)
现代自动化工厂生产线
汽车冲压生产线
汽车焊接生产线
出蜀多山地，艰险难行，常规车 马运输不便
1788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器
阅读资料，合作学习：
离心式调速器工作
原理
推荐书籍：
钱学森的《工程控制论》
二、控制的分类
按照控制方式分为手动控制与自动控制 按照反馈方式可分为开环控制与闭环控制
控制的涵义
如果我们希望某一事物按照自己 的意愿发展，就要对其进行干预，这 种根据自己的目的，通过一定的方法 使事物沿着某一确定的方向发展，就 形成了控制。
任务：找出教室里的控制 或你知道的控制 时间：3分钟
控制
空调-室温控制 灯光控制 教室里的多媒体控制系统 控制情绪 控制气氛 物价控制 人口增长率控制 ……
一等奖
一种控制人行横道上行人和车辆通行的系统——刘力豪
小
结
summary
01 控制的含义
1 02 控制的类型 2
手动和自动
控制的分类不仅限于课本中的两种分类，依据不同的分类标准就会有不同 的分类方式。
手动控制和自动控制
手动控制系统是在人的直接干 预下才能完成控制任务的控制系 统。 自动控制系统是在控制的过程
中如果不需要人的干预，就可按
期望规律或预定程序进行的控制 系统。
分析控制过程：
手动？自动？
开环控制和闭环控制
有人说，在 飞镖被投掷出后， 投掷者的眼睛可 以将飞镖的飞行 路线反馈给大脑， 存在反馈环节， 所以飞镖的投掷 过程是一个闭环 控制系统。你认 为这种说法对吗？ 为什么？
判断一个控制系统是否为闭环控制 的简单方法是：
干扰
反馈 调整
开环控制和闭环控制
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红绿灯定时控制系统。
闹钟定时控制系统。
定时控制
防盗报警系统。 火灾报警系统。 音乐喷泉控制系统。 自动烘手机
传感控制
三、闭环控制系统
1、夜半时刻，在十字路口，没有行人，汽车 却仍然要等待？怎么办？ 2、游泳池注水或楼顶水箱注水，时间到了可 是有时水满了，有时却未满，怎么办？
······ ······
自动门的动作过程是怎样的？
当门口没有人时，门是关着的；当有人来门口 时，门打开；当人离开门口后一段时间，门又 关闭。
自动门的功能和技术要求：
功能：无人时，常关；有人时，开门 技术要求：当人距门1m时，门即打开；门打
开后，延时10s后关门
自动门如何实现自动开、关的呢？
红外传感器
控制电路
电机
人体 热辐射
红外传感器
控制
门的开启 与关闭
控制器
执行器
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。
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。
简单开环控制系统的方框图
控制量
输入量 控制器 执行器
被控对象 输出量
水箱注水控制系统方框图：
设定 时间
控制器
水流量
水箱的水位
进水阀门
水箱
（输出）
增加反馈后水箱注水控制系统方框图
给定
比较器 +
水位
控制器
-
水流量
进水阀门
水箱
检测装置
水箱的水位 （输出）
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。
电灯的的控制
输入 “开与关”
电路、灯
输出 灯“亮与灭”
1.定义：
任何一种控制的实现，都要通 过若干个环节，这些环节的有机组合 就构成了一个系统，称为控制系统。
控制系统的输出与输入之间有一 定的对应关系。
马上行动（P102)：请指出下列控制系统 中的输入、输出分别是什么？
控制系统
输入
输出
电风扇风速控制 调速器或档位 风扇的转速
输入量：即控制系统的给定量。 控制器：即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。 执行器：即直接对被控对象进行控制的装置或元件。 控制量：即执行器的输出信号。
被控对象：即控制系统中所要求控制的装置和生产过程。
输出量：即控制系统所要控制的量。
生活中还有哪些开环控制系统？请用一般 开环控制系统方框图画出它们的控制方框图。
3.简单闭环控制系统的方框图：
给定 +比较器 量
控制器
-
控制量
执行器
被控对象
检测装置
被控量
探究
这是闭环系统吗？
同学们几乎每天听着扩音机里播放的音 乐做广播体操，但扩音机从未引起大家的注 意。学习了上面的内容后，请大家思考：
扩音机是一个什么控制系统？
希 罗 的 自 动 门
祭坛 水罐 点火 重锤
庙门 转动轴 旋转 庙门 开启/
关闭
请完成P106的“马上行动”
1、家用缝纫机的缝纫速度控制系统（属于开环控制系统）
脚踏 力度
脚蹬、曲柄、链轮 中轴、链条
缝纫 速度
2、电冰箱的温度控制系统（属于闭环控制系统）
设定 温度
比较器
控制 器
制冷 温度值 温度计 装置
温度
检测装置
3、走道路灯的声光控制系统（开环）
设定 声音 分贝
控制 电路
第二节 控制系统的 工作过程与方式
一、控制系统
电风扇的风速控制是通过改变电机的转速 来实现的。给电风扇设定风速挡位，电机就以 一定的转速带动扇叶转动，输出预定的风速。 风速挡位是该控制系统的输入，扇叶转动的风 速是该控制系统的输出，一个挡位对应着一个 风速。
电风扇的控制
输入 风速挡位
输出 电路、电机、扇叶 风速
时间
计时器
灯泡
灯光
4、交通路口红绿灯自动控制系统（闭环）
设定 车流 量
控制 器
时间
计时器
红绿灯
红绿灯 显示
检测装置
四、小结
控制系统的输出量不对系统的控制产
控 开环 生任何影响
系统的输出量仅受输入量控制，输入
制
量到输出量之间的信号是单向传递
系
系统的输出量返回到输入端并对控制过
统 闭环 程产生影响
输出量到输入量之间的信号形成一个回 路（反馈回路）
电饭煲
电源的电信号 锅内的温度
脱粒机
电源的电信号 脱粒的量
红外线自动水龙头 人手的红外信号 水龙头的出水量
2、分类：
开环控制系统 控 （open loop control system） 制 系 统
闭环控制系统 （closed loop control system）
二、开环控制系统
案例分析：自动门