通用技术第四章控制与设计
4控制与设计 - 通用技术必修二课件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
控制与设计。内容概要
控制的手段与应用：1、控制手段2、控制的应用 控制系统的工作：1、控制系统2、开环控制系统3、闭环控制系统
控制与设计
闭环干扰与反馈：1、干扰因素2、反馈3、功能模仿方法4、黑箱法
系统设计与实施：1、设计思路2、控制系统的设计与实施案例
一、控制的手段(b)
• 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。(P97) • 控制的手段和方法（a） • 按人工干预的情形分：人工控制 、自动控制 • 按执行部件的不同分：机械控制、气动控制、液压控制、 电子控制 • 按是否有反馈分：开环控制 、闭环控制 • 控制的应用：控制广泛应用于生活、生产和国防的各个方 面。（b）（P99-100）
二、控制系统的工作过程与方式
• 1.控制系统：任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节 构成一个控制系统。一般的控制过程都有一个输入和一个输出，控制 系统的输入输出之间有一定的对应关系。 • 2.开环控制系统：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响的 控制系统。 • 对于开环控制系统，通常可以用下面的方框图来描述：(c) • 3.闭环控制系统：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。 • 简单闭环控制系统的方框图如下：(c) •
（c）四、控制系统方案的设计：（P118-123） • （1）、控制系统的设计主要应明确要达到 的目的、控制的对象、被控量和控制量、 干扰因素的克服等，设计方案的选择既要 能达到目的，又要易于实现。 • （2）设计一个闭环控制系统的基本要求是 稳定性、精度和抗干扰性能符合设计要求。 • （3）控制系统的设计与实施的分析，设计 并制作简易控制装置的模型是学习控制系 统的重要实践活动。
会考通用技术-必修二《第四章 控制与设计》学习材料
必修二《第四章控制与设计》学习材料学习目标和要求：⒈积极观察生活，能从生活中所遇到的和所观察到的事物中识别各种受控现象和受控过程，理解控制的含义。
⒉能够分析典型的案例，了解手动控制和自动控制，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。
⒊通过案例分析，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，熟悉反馈环节的作用。
⒋通过案例分析，找出并分析影响简单控制系统运行的主要干扰因素，了解功能模拟方法和黑箱方法在控制系统中的应用。
⒌结合一定的案例，了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，划出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计方案。
⒍能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置，或根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。
（导入）：我国古代有一种靠风力来推动的风磨，当风力强的时候，磨盘就转得快，当风力弱的时候，磨盘就转得慢。
那么，怎样才能根据风力的大小，往磨盘上添加谷物呢？对此，人们设计了一个漏斗：当风磨转动慢的时候，这个漏斗会自动地缩小漏口，使少量的谷物流进磨盘；当风磨转动快的时候，这个漏斗会自动地张大漏口，让较多的谷物流进磨盘。
这个巧妙的漏斗在今天看来，是一个古老的控制装置，体现了人们认识并利用控制现象的久远。
事实上，控制并不是人类的天外来客，它渗透在我们生产和生活的方方面面。
理解控制、善于控制，已经成为我们每个人日常生活中不可或缺的基本能力。
一、控制及控制系统1 控制人们根据自己意愿或目的，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（control）。
这里所说的手段就是控制技术。
如：射手通过瞄准使箭射中靶心；人们通过电冰箱获得适当的温度，使食物能够长期存放；先进的生产流水线通过计算机的指挥实现自动化生产等。
注意：理解任何控制现象，都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。
通用技术2第四章控制与设计-PPT精品文档
眼睛及神经传输系统
我们希望自行车按照我们的意愿行驶，那就要对其 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的行为，就称为控制。
期望值
大脑
肢体
飞镖
落点
投掷飞镖的控制过程框图
风扇没有温度设定，也没有室 温检测系统。风扇转速控制系 统只控制风扇依档位转动。
设定档位 控制器 电机 风扇
输出风力
风扇的控制过程框图
闭环控制系统与开环控制系统的对比
控制系统
反馈
控制精度
结构
成本
应用范围
闭环
有反馈
精度高
结构复杂
成本高
高精度、 高可靠、 系统本身 不稳定的 应用领域
汽车手打方向盘
倒车雷达 红绿灯 普通电风扇（除有若干档位，无其它功能） 遥控玩具车 摇动钴辘，提取井水
控制系统的区分归类二：
二、有些控制系统需要根据反馈情况进行实时 控制，有些则不需要。
车子歪向一边，我们的大 脑会立刻下令纠正。
设定车的行驶方向
大脑
肢体 眼睛及神经传输系统
自行车
车的实际行驶方向
夏天，空调检测到室内温 度高于我们设定的温度过 多，也会立刻启动制冷。
掷飞镖
生活中的控制
自动伸缩门
生活中的控制
音乐喷泉控制系统
生活中的控制
冰箱
生活中的控制
电饭煲
生活中的控制
１、一个输入对应一个输出 控制系统的共同特征： ２、中间有若干个环节
第四单元 控制及其设计 课件-高中通用技术苏教版(2019)必修《技术与设计2》
知识点1（了解） 什么是控制？(P113)
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。
知识点2 （了解） 控制的三要素：
控制的目的 控制的对象 控制的手段
控制要达到什么目的 控制的对象是什么 采取什么控制手段
2、理解控制现象时要明确
1）控制要达到什么目的；
改变汽车行驶方向
2）控制的对象是什么；
1干扰因素:除了输入量以外，引起被控量变化的各种因素
反馈：将输出量通过检测装置返回到输 入端，并与输入量进行比较的过程。
输入
（人推拉）
控制器
控制量
执行器
被控 对象
（轴断裂） （障碍物）
检测装置
被控量
输出
2.反馈方法
× （设定水位） +
输入 -
控制器
控制量
执行器
被控 对象
检测装置
例如：打篮球、看电视中眼睛是检测装置。
装置,从而使车票从取票口吐出。关于自动取票机
的控制，下列说法正确的是:( B )
A.该控制是闭环控制
B.被控对象是车票
C.输出量是电机的驱动
D.执行器是单片机
2.在停车场的控制系统中,每辆车进入时会自动记录数目，当数目达到停车 场最大容量时,则不再放行。此控制系统属于( D )
A.人工控制、闭环控制
A.冷凝水的温度 B.进水的温度 C.热电偶的性能 D. PID控制器的设定参数
第四单元 控制及其设计
学习任务一 认识控制 学习任务二 知道控制系统 学习任务三 理解开环控制系统与闭环控制系统
任务一 认识控制
道路千万条，你要走哪条？ 安全第一条
判断以下是否是控制？ （1）卖油翁倒油。 （2）射手拿起弓箭，瞄准靶心，使箭射中靶心。 （3）游泳池的水面总是保持一定的高度。
通用技术技术与设计（地质版）
通用技术技术与设计（地质版）第四章控制与设计第六节控制系统的实现教材分析天津市蓟县教研室牛世诚天津市蓟县城关二中马丽娟天津市蓟县杨家楼中学王春英一、本节内容在课标及教材中的地位：根据技术课程标准，《技术与设计2》第五章内容涉及到“什么是控制”、“控制系统的基本组成与工作过程”、“控制系统框图”、“控制系统的干扰”、“控制系统方案的初步设计”、“控制系统的实现”六个方面的内容，是实现控制系统实现的最后环节。
第四章与前三章联系非常紧密，引领学生经历简单控制系统设计制作的完整过程，是全书的结束章。
本节内容包含三方面：在控制系统制作中显身手、学会控制系统（装置）调试、评价与改进。
本节内容是存在于控制系统设计、优化方案的思想基础之上。
注重学生创造潜能的开发，突出学生创新精神的培养，注重加强学生动手制作能力的培养，是通用技术的一个很重要的课程理念，通过动手制作主要帮助学生学会理论联系实际，增强团结协作意识，以培养学生动手实践的积极性和创造性。
对于整个控制系统的实现过程来说是控制与设计的必然结果，通过实现控制过程，才能体现设计过程和结果的完整性，并可作为制定优化方案的依据。
二、本节教学目标：(一)知识与技能：1．了解亮度可调台灯、减压水箱的基本特征、基本组成。
画出系统方框图，形成初步设计方案2．能根据系统方框图设计制作控制方法，能进行模拟控制并调试。
（二）过程与方法：通过同学之间的探讨和实践改良的技术活动，提高分析能力，培养探究精神。
团结协作意识。
（三）情感、态度和价值观：1．通过对控制系统的设计与实施的分析，体会产品设计中人性化的设计思想。
2．培养认真严谨的态度，进而树立“以人为本”的设计理念。
3．通过同学的参与和交流活动，提高学生学习技术课的兴趣。
三、对教材内容的分析与理解本节学习的重点放在制作或实施——调试——评价与改进等方面。
只是探究了一些简单控制系统。
只是为了从思想和方法的角度学好和适当掌握控制和控制设计及基本的动手能力。
通用技术控制与设计
方案2
三棱柱的每一 面对应一幅画的一 部分，当所有三棱 柱同时转动时，可 将三幅图像顺序显 示出来。
实例：三面翻转广告
这类广告牌拥有三个版面，是由电脑 控制，在固定的时间旋转。
广告商只要在广告牌上打广告，就可 以看到三个不同的画面出现在同一个 广告牌上。
第四章、控制与设计
一、了解控制
“勇气”号火星登 陆车
实际上，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。
开环控制和闭环控制
能将控制的结果（即比较量）反馈回来与希望 值（即基准值）进行比较，并根据他们的误差及时 调整控制作用的系统，称为闭环控制系统。而不将 控制的结果反馈回来影响控制作用的系统，称为开 环控制系统。系统中将控制结果反馈回来的部分， 称为反馈环节。闭环控制系统都有反馈环节，所以 有时又称闭环控制系统为反馈控制系统。反馈环节 是闭环控制系统的重要特征。
“穿针引线”过程中
命令发出者是： 大脑
命令执行者是： 手
命令的作用对象 是：
反馈环节是：
针、线 眼睛
2、电冰箱工作原理
预置温度 温度传感器
比较器 结果
微型电脑 冷藏室
指令
制冷
控制
继电器
压缩机
命令发出者是： 微型电脑 命令执行者是： 继电器、压缩机
命令的作用对象 冷藏室
是：
反馈环节是： 温度传感器
控制的对象是什么 系统要达到的控制效果
二、确定设计方案
工作的基本原理 开环？ 闭环？ 手动？ 自动？
方案1
高中通用技术：第四章 控制与设计 教案
第四章控制与设计〔一〕本章重点知识阐述：（1）控制是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。
这里所说的手段就是控制技术。
（2）简单的控制系统由两部分组成，即被控对象和控制装置。
其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括反馈环节和比较环节。
（3）闭环控制系统是信息流经一个闭合环路，在其系统中将输出信息反传给比较环节的做法，称之为反馈。
开环控制系统是信息总是自输入端单向传至输出端，不存在信息逆向流动，也就不存在闭环。
（4）干扰就是控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响，这种影响越小越好。
分析一个控制系统的干扰因素要分析控制系统易受到其外部环境或条件中的哪些因素的影响。
（5）控制系统的运行调试通常有以下几方面的内容，即：系统的试运行、系统参数的调整、其他问题的发现与解决。
〔6〕控制系统的评价与优化通常有以下几个方面内容，即系统方案的评价与优化，系统制作水平的评价与优化，系统的总体评价与优化等。
〔二〕基础知识再现：1、信息流经一个闭合环路，这类系统称之为。
此系统中将输出信息反传给比较环节的做法，称之为。
2、闭环控制系统与开环控制系统，是两类不同的系统。
从构成形式上看，二者的不同表现为。
从本质上讲，二者的不同在于。
3、简单的控制系统由两部分组成，即和。
其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括环节与环节。
4、开环控制系统的结构和原理比较简单，信息从输入端传到输出断，仅有一条路径。
它的最大缺点是不高；闭环控制系统的结构较为复杂，信息流经的路径有两条，它可以有较高的和较强的性能。
5、控制系统框图中，信息流经的路径叫做，对于闭环控制系统来说，有两个基本通道，那就是和。
6、在控制系统中，将控制器的信号转换成能影响被控对象的信号的装置，称为。
7、在人体温度控制系统中，皮肤相当于。
8、就是控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响。
人教版通用技术课件必修二：第四单元 控制与设计
手动控制
自动控制
方案二
三棱柱的每一 面对应一幅画的一 部分，当所有三棱 柱同时转动时，可 将三幅图像顺序显 示出来。
控制系统的设计框图
给定值
定时 控制器
继电器 电动机 减速器
转速
转动/停止
广告 牌
选择实现方法
需要解决的问题
2、准确控制电动机转动、 停止的时间，使电动机停止 期间，画面显示完整。
案例分析：自动门
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。
自动门的功能实现方案：
方案一：自动开门（无防夹功能） 方案二：自动开门（有防夹功能） 方案三：密码开门
自动门如何实现自动开、关的呢？
红外传感器 控制电路
电机
控制量
人体 热辐射 转动
红外传感器
控制电路
电机
自动门
门的开启 或关闭
控制器
执行器
案例分析：水塔试验
试验方案：
方案一：电子定时加水 方案二：单个传感器延时加水 方案三：双传感器自动加水
简单控制系统的设计
明确设计目标 确定设计方案 选择实现方法 完成你的设计 评估你的设计
设计一个会翻转的广告牌
闭环控制
给定值
控制器
比较器
执行器 反馈环节
被控 对象
阀门
电动机
气缸
电磁铁
液压缸
小试身手
电风扇机械 定时开关控 制 被控 对象 被控量 控制器 执行器 控制量 电风扇 路灯黑夜/白 水泵抽水 天自动开关控 制 路灯 水管 抽水马桶的 水位控制 水箱
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输出 开/关
技术与设计2控制与设计1、阀门 2、弹簧 3、控制杆 4、饮水盘
5、吊挂绳索 6、自来水管
吊塔式鸡用自动饮水机
技术与设计2
控制与设计
工作过程： 1、当水盘水量较少时，水盘变轻，弹簧收缩，控制杆向上动 阀门打开，自来水流入水盘。 2、当水盘水量变多时，水盘变重，弹簧弹簧拉伸，控制杆向下拉动 阀门关闭，自来水终止流入水盘。
(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,简称对象); (4)控制器保持开门信号延时(如10s)后,自动发出关门信号, 电动机反转,门重新关闭
技术与设计2
控制与设计
系统的组成与工作过程 可以用如下的图表示
输入 是否人
传感器
控制器
电动机
（执行器）
门
（被控制对象）
门
（被控制对象）
输出 开/关
开环控制系统 输出
偏差量
控制杆
（控制器）
阀门
（执行器）
水盘
（被控制对象）
给定水量
—
实际水量
反馈
弹簧
反馈环节
信息流经一个闭合环路
闭环控制系统
闭环系统中，将输出信息反传给比较环节的做法 反馈
技术与设计2
控制与设计
输入
输出 控制器 执行器
给定水位 实际水位 阀门 杠杆 燃烧室 浮子
技术与设计2
控制与设计
控制与设计
王洪兵
技术与设计2
控制与设计
光控路灯
优点： 一是省电，灯泡大部分时间不工作，因此节电效率 很高，达80%左右； 二是方便，首先，不用接触，全自动智能控制；是 公共场所照明开关的理想选择。
工作原理：设计一个光控路灯延时开关，该电路能 由光信号控制灯的亮与灭，起到节约用电的作用。 白天控制开关不通，在有光时，灯泡不能亮。在晚 上或光线不足时，灯泡就会点亮。
水盘
（被控制对象）
输出 实际水量
反馈
弹簧
反馈环节
比较： 共同点： 输入 输出 控制器 执行器 被控制对象 传感器/反馈环节
异同点： 信息单向传输，不逆向 输出信息反传输入端，信息逆向流动 存在一个比较环节
技术与设计2 输入 是否人 没有反馈，不存在闭环 输入 传感器
控制与设计
控制器
电动机
（执行器）
被控制对象
传感器/反馈环节
技术与设计2
控制与设计
技术与设计2
控制与设计
技术与设计2
控制与设计
如何使用框图来表示 系统的组成与工作过程
输入 给定水量
—
偏差量
控制杆
（控制器）
阀门
（执行器）
水盘
（被控制对象）
输出 实际水量
反馈
弹簧
反馈环节
技术与设计2
控制与设计
输入
传感器
控制器
电动机
（执行器）
门
（被控制对象）
输出 开/关
是否人
输入 给定水量
—
偏差量
控制杆
（控制器）
阀门
（执行器）
技术与设计2
控制与设计
什么是控制？
概念：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。 手段：控制技术
技术与设计2
控制与设计
生活中常见的控制
技术与设计2
控制与设计
系统组成 人 门
电动机
传感器 控制器
工作过程
(1)当有人到达门前某一距离(如1m)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 (这里的电动机叫做执行器,也称为驱动器);