通用技术控制与设计
高中通用技术_什么是控制教学设计学情分析教材分析课后反思
第一节什么是控制教学设计一、本节内容的地位、作用：本节课内容相对比较简单，主要是调动学生对控制及其设计的兴趣，引起他们的重视，激发他们的学习热情，初步掌握控制及其设计的思想和方法。
这样做比较符合学生的认知规律，既能减轻学生的负担，又能够保证学生有充足的实践、讨论和探究的时间，使学生能真正消化知识，提高技术素养。
二、本节内容分析：本节是通用技术必修模块《技术与设计2》（地质版）第四章控制与设计第一节。
本节是控制与设计的了解性内容，是学习控制与设计全章的导入和基础。
让学生通过身边的例子，了解控制的涵义，并对控制的一般性分类有一个基本的认识，同时感受控制技术与生活、生产的密切关系。
三、教学目标：（一）、知识与技能1、理解控制的涵义及其在生活中的应用。
2、通过简单的系统分析，判断控制系统的三个要素。
3、能正确判断生产、生活中的各种实例的类别。
（二）、过程与方法通过案例分析和实践体验，体会控制在生活、生产中的应用，以及人在其过程中所起的作用。
（三）、情感态度与价值观通过介绍现在控制技术的发展,使同学们感受对控制技术对人类生活的影响,升华情感。
四、教学重、难点：（一）教学重点：理解控制的涵义（二）教学难点：简单分析控制的三个要素五、教材分析（一）通过引入三个案例，使学生建立关于控制的初始经验。
以控制效果为线索，形成关于控制的基本认识。
并通过学生活动加以扩展。
（二）控制的基本表述；控制在人类生活中的广泛应用。
（三）通过分析身边的控制案例强化对于控制的基本认识。
在教学过程中，可以把本单元的教学内容设计为五个环节：总体架构是从古至今，从大到小，从感性到理性，从理论到实践的讲授过程。
【教学过程详案】【师】生活离不开技术，技术服务于生活。
同学们这节课我们一起学习的是控制相关的知识，本节课既需要同学们动脑，也需要同学们动手。
同学们有没有信心完成本节课的学习？【学生】有！【师】说到控制其实从古至今一直以来都体现在我们的社会中。
《控制与设计作业设计方案-2023-2024学年高中通用技术地质版》
《控制与设计》作业设计方案第一课时一、作业内容本次作业主要围绕控制与设计的相关知识展开，旨在帮助学生深入理解控制与设计的原理与应用。
作业内容包括以下几个方面：1. 理论知识：学生需以书面形式对控制与设计的相关理论知识进行总结和归纳，包括但不限于控制系统的基本概念、控制器的分类和功能、PID控制器的原理、控制系统的稳定性分析等。
2. 实践操作：学生需设计一个简单的控制系统，并进行仿真实验。
要求学生选择一个具体的控制对象和一种控制策略，利用仿真软件进行系统建模和参数调试，最终实现对控制对象的准确控制。
3. 创新设计：学生根据自己的兴趣和专业方向，针对一个现实问题提出创新性的控制与设计方案。
要求学生在设计中考虑到系统的可行性、稳定性和实用性，尽量做到创意与实用相结合。
二、作业要求1. 写作规范：理论知识部分要求学生用清晰简洁的语言阐述相关概念和原理，实践操作部分需详细记录实验过程和结果，创新设计部分要求学生提供详细的设计思路和方案。
所有文字材料需经过审阅才能提交。
2. 实践能力：学生需通过实践操作展现出对控制系统的基本理解和操作技能，能够独立完成仿真实验并准确调试控制参数。
3. 创新性思维：学生需在创新设计中展现出独立思考和创造力，能够提出独特的解决方案并进行合理的论证和实施。
三、作业提交1. 作业提交时间：学生需在规定的时间内完成作业并提交给指导老师。
逾期提交将扣除相应的分数。
2. 作业形式：以电子文档的形式提交作业，包括理论总结、实践操作记录、创新设计方案等内容。
实践操作部分需提交仿真软件的相关文件。
3. 作业评分：作业将综合考虑理论知识的深度、实践操作的准确性和创新设计的实用性等方面进行评分，学生需全面展现出自己的能力和水平。
以上即为《控制与设计》作业设计方案的详细内容，希望同学们认真对待这次作业，通过实践操作和创新设计来深化对控制与设计的理解，提升自身的综合能力和素质水平。
祝大家取得优异的成绩！第二课时一、课程背景《控制与设计》是一门专业课程，其主要内容涵盖控制系统的设计、分析与应用。
浅谈通用技术课程“控制与设计”教学难点的突破
生活 中” 的高 考理 念 。在 ２ ０ ０ ７年 山东 省 高
中通用 技术 基 本能 力 测 试 中 ， 过“ 温 箱 通 恒 温度 自动控 制 示意 图” 要 求 考生 说 明各 个 ， 部 件 的功 能和 作 用并 作 出相 应 的 回答 。而 ２１ ０ ０年 山东省 高 中通 用 技术基 本 能 力测 试
“ 制 与设 计 ” 把握 三个 重 要 的突 破 控 应 点： 控制 的定 义 、 控制 的表述 、 环控 制 和 闭 开
环控 制 ， 要让学 生学 会用 已有 的理论 分 析生
第 九 大题 “ 风 自动 关 窗装 置 的 制作 ” 是 防 更
将 这一 知 识 点 的 要 求 体 现 得 淋 漓 尽 致 ， 被 公 认 为是 历年来 所 命 试 题 中 质量 最 高 的题 目之一 。对 “ 温 箱 温度 自动控 制示 意 图” 恒
析控制 手 段找 准控 制 对 象 ， 明确 控 制 目的 。 这体 现 了 “ 过 生 活 化 题 目引 领 通 用 技 术 通 教学 ， 让学 生 学 会 将 通 用 技 术 知 识 迁 移 到
从上 表不难 看 出 ， 随着学 科 基本 能力 考 查方 式 的固定 和成熟 ， 用技 术 学科 涉及 的 通
式逐 步固定下来 ， 一次 将 通用 技术 加 在高 第 考 中， 成为“ ” １学科 基本 能力 的必 考 内容 。有
知识点 ， 也是教学难 点 ， 在高考 基本 能力考试 中出现频率最高 。下表是 山东 省历年 高考 中 所涉及 的通用技术知识点分布情况 ：
２１第 期 ０年 ５ １
部件 的功 能 、 用 都 一 一 分 析 （ 图 １ ： 作 如 ） 热
敏 电阻 可 以感 知 箱 内实 际温 度 ； 加 温 过 在
控制的方式与应用课件高中通用技术必修《技术与设计2》(1)
02 控制的应用
02 控制的应用
小结
一、控制的手段 1.控制的含义：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。 2.控制的三大要素： 对象、目的、手段 二、控制的应用 结合书本 P110-112 的例子
谢谢!
第四单元
控制与 设计
PART ONE
控制的方式 与应用
PART TWO
开环控制系统 的工作过程
PART THREE
闭环控制系统 的工作过程
PART FOUR
控制系统的 设计与实施
01
控制的方式与应用
1.控制的含义 2.控制的应用
01 控制的手段
音乐喷泉控制系统
自动伸缩门
01 控制的手段
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。
以上三种消暑方式的演变过程可表示为 :
01 控制的手段
P108 马上行动 请举例说明，在你的生活中，还有哪些属于控制的事例，并填写下表
控制装置
控制目的
控制对象
控制手段
红外水龙头自动出水装 置
控制水龙头的开关
水龙头
红外线发射管发出的红外线由于人体手的摭挡反射到红外线 接收管,通过集成线路内的微电脑处理后的信号发送给脉冲 电磁阀,电磁阀接受信号后按指定的指令打开阀芯来控制水 龙头出水。否则，停止出响
旋转音量按钮
燃气热水器温度控制装
置
调节出水的水温
热水器
改变燃气火头的大小
喷洒农药的喷雾器装置 给庄稼除虫 喷雾器
操作喷雾器的手柄
01 控制的手段
控制的实现需要通过一定的手段。
分析下列控制现象是自动控制还是人工控制 : (1) 摇动铲辘，提取井水； (2) 用气筒给自行车的轮胎充气； (3) 电梯的上下运行控制； (4) 农用灌溉抽水机抽水的控制。
技术_控制与设计教案
通用技术_控制与设计教案一、教学目标1. 知识与技能：（1）了解控制与设计的基本概念及其在实际应用中的重要性；（2）掌握常用的控制方法和技术，如PID控制、模糊控制等；（3）学会使用相关设计软件进行控制系统的设计和仿真。
2. 过程与方法：（1）通过案例分析，培养学生分析问题和解决问题的能力；（2）通过实践操作，培养学生动手能力和团队协作精神。
3. 情感态度与价值观：（1）培养学生对通用技术的兴趣和好奇心；（2）培养学生勇于创新、不断探索的精神。
二、教学内容1. 控制与设计的基本概念（1）控制的概念及其分类；（2）设计的原则和方法。
2. 常用的控制方法和技术（1）PID控制原理及应用；（2）模糊控制原理及应用。
3. 控制系统的设计与仿真（1）使用MATLAB进行控制系统设计；（2）使用Simulink进行控制系统仿真。
三、教学重点与难点1. 教学重点：（1）控制与设计的基本概念；（2）常用的控制方法和技术；（3）控制系统的设计与仿真。
2. 教学难点：（1）PID控制和模糊控制的设计与应用；（2）MATLAB和Simulink在控制系统设计中的应用。
四、教学过程与方法1. 课堂讲解：通过讲解控制与设计的基本概念，让学生了解控制与设计的重要性；通过案例分析，让学生掌握常用的控制方法和技术。
2. 实践操作：让学生动手实践，使用MATLAB和Simulink进行控制系统的设计与仿真。
3. 小组讨论：让学生分组讨论，分享各自的设计成果，互相学习，提高设计能力。
五、教学评价1. 课堂讲解：通过提问、回答等方式评估学生对控制与设计基本概念的理解程度；2. 实践操作：通过学生提交的设计报告和仿真结果，评估学生对控制方法和技术掌握的程度；3. 小组讨论：通过学生之间的互动和讨论，评估学生的团队协作能力和创新能力。
1. 教材：《通用技术_控制与设计》教材2. 软件：MATLAB、Simulink3. 案例素材：各类控制系统的实际应用案例4. 网络资源：相关学术论文、教程、案例等七、教学安排1. 课时：45分钟2. 教学环节：课堂讲解、实践操作、小组讨论3. 教学流程：（1）课堂讲解（20分钟）：介绍控制与设计的基本概念、常用控制方法和技术；（2）实践操作（15分钟）：学生使用MATLAB和Simulink进行控制系统设计；（3）小组讨论（5分钟）：学生分享设计成果，互相学习，提高设计能力。
高中通用技术《控制与设计》练习题(附答案解析)
高中通用技术《控制与设计》练习题(附答案解析)学校:___________姓名：___________班级：_____________一、选择题1．如图所示是某同学设计的自动干手器原理示意图，当手靠近传感器时，传感器将感应信号发送给控制器，控制器控制继电器闭合，电吹风开始工作。
若将电吹风看作被控对象，则执行器是（）A．传感器B．控制器C．继电器D．插头2．小通设计了如图所示的一款小音箱，带有音乐播放控制系统。
如果把手伸进它的口中，就会播放几首歌曲，然后自行停止。
该控制系统的控制手段和方式属于（）A．自动、开环控制B．人工、开环控制C．自动、闭环控制D．人工、闭环控制3．下列控制系统中，属于开环控制系统的是（）A．电冰箱的温度控制系统B．笔记本电脑CPU风扇的转速控制系统C．家用空调恒温控制系统D．红绿灯定时控制系统4．下列属于手动控制的是（）A．电磁炉火力调节B．路口红绿灯控制C．电冰箱温度控制D．电饭煲保温控制5．指纹锁是具有身份识别系统的智能锁具，具有方便、快速、精确、防盗等特点。
如图所示为一种比较简单的指纹锁的控制系统示意图。
请根据示意图和描述完成下列小题。
该控制系统的执行器、输出量分别是（）A．伺服电机、门锁开闭状态B．门闩、门锁开闭状态C．指纹识别器、指纹数据D．伺服电机、指纹数据6．如图所示是一款盲人导航手表，手表内的声呐和传感器测量障碍物与人的距离，并将信号发送给微处理器，随着盲人与障碍物距离的缩短，手表上的震动马达震动加快，使手表的震动频率加快．关于该控制系统，下列说法中不正确的是（）A．控制器是微处理器B．控制量是障碍物与人的距离C．被控对象是手表D．执行器是震动马达7．如图所示的智能自动鱼竿支架，它采用独特的翘翘板式的架竿结构，当放下鱼竿时，利用杠杆的原理，鱼竿的压力带动机械传动结构，使咬合器自动锁紧鱼竿；上鱼后，只要轻抬钓竿，咬合器便会松开，使用极其方便。
该鱼竿的自动咬合控制的说法不正确的是（）A．该控制的输入量是鱼竿的压力B．该控制的控制器是机械传动结构C．该控制是闭环控制D．该控制不存在反馈环节8．如图所示的可支持5G网络的无线监控设备，当有窃贼进入监控范围时，系统全程录像，第—时间向关联手机发送视频警报信息．此控制是（）A．手动、开环控制B．手动、闭环控制C．自动、开环控制D．自动、闭环控制9．如图所示是自动变速扶梯系统控制过程示意图。
通用技术用技术控制系统控制与设计专题复习
无人机控制系统的应用案例
总结词
无人机控制系统可以实现无人机的自主飞行和任务执行 ，具有广泛的应用前景。
详细描述
无人机控制系统包括导航、定位、控制等子系统。例如 ，无人机在农业领域中可以用于喷药、施肥、播种等作 业，提高农业生产效率；在救援领域中，无人机可以用 于搜索、定位、物资投送等任务，为救援工作提供有力 支持；在环保领域中，无人机可以用于环境监测、污染 源排查等任务，为环境保护提供科学依据。
控制系统设计的步骤包括确定控制目标、系统分析、系统设计、系统实现 和测试等。
在进行控制系统设计时，需要根据具体的应用场景和需求，选择合适的控 制系统类型和控制策略，以满足实际需求。
03
控制系统的性能指标与评价
稳定性分析
稳定性定义
一个控制系统在受到扰动后能够恢复到原始状态 的能力。
稳定性判据
劳斯-赫尔维茨稳定判据、奈奎斯特稳定判据等。
开环控制
根据预设程序或逻辑，控制器直接控制执行器输出，不涉及设备状 态的检测与比较。
模糊控制
采用模糊数学和模糊逻辑，处理不确定性和非线性的控制系统。
02
控制系统的类型与设计
开环控制系统
开环控制系统是一种不包含反馈环节的控制系统，输入信号直接作用于执行机构，系统的输出量不会反作用于输入端。这种 系统简单、可靠，但无法对输出量的误差进行修正。
详细描述
机器人控制广泛应用于工业制造、医疗护理、 服务等领域，通过精确的运动规划和感知技 术，实现高效、精准和安全的作业任务。
05
控制系统的实际案例分析
工业自动化控制系统的应用案例
总结词
工业自动化控制系统在生产线上起着至关重 要的作用，通过自动化控制，可以提高生产 效率、降低成本、保证产品质量。
完整版吉林省高中通用技术控制与设计测试题
测试题控制与设计吉林省高中通用技术2018.9通用技术60分钟。
考生务必将答案答在答题卡上，在试卷上本试卷共10页，100分。
考试时长作答无效。
考试结束后，将本试卷和答题卡一并交回。
一、选择题．如图所示是一款普通抽水马桶的水箱水位控制装置。
扳动放水手柄，水箱冲水，与1此同时，浮球下降，打开进水塞，水箱开始进水。
当水位开始上升，浮球上浮到原设定）位置时，水箱停止进水。
下列有关该水箱水位控制系统的说法中正确的是（．进水量是该系统的输入量A B．出水量是该系统的主要干扰C．该系统的控制手段是液压控制D．往水箱中放入少量砖块，水箱水位的设定值将受影响2．如图所示是一款自动伸缩式遮阳篷的示意图，当传感器检测到雨水、阳光时，将感应信号发送给控制器，启动电机展开遮阳篷。
关于该控制系统，下列说法中不正确的是A．输入量是雨水、阳光信号 B．控制量是前杆的位移量C．执行器是电机 D．被控对象是遮阳篷3．如图所示为一款循迹小车，在其车头底部装有两个金属感应探测头，当左探测头探页16页，总1试卷第测到金属信号，增加小车右轮电机速度，使车子左转，直到探测头探测不到金属信号；右探测头探测到金属信号时，情况相反；当左右探测头都没有探测到金属信号时，左右轮电机转速相同，车子直行。
关于该控制，以下说法正确的是A．被控对象是轨道 B．控制器是探测头C．执行器是电机 D．输入量是车子速度4．要设计一个花房的温室温度控制系统，最好选择（）作为控制量。
A．太阳的光照B．加热量C．散热量D．时间5．如图所示为坐便器的水箱水位控制器（左）和双按钮放水阀门（右），请完成问题。
）按下双按钮放水控制器的左侧或右侧按钮，挡水活塞向上抬起不同高度，然后在1（从而控制冲洗马桶的出水量不一样的目的。
重力和水流作用下逐渐下落直至封闭出水口，）该出水量控制系统中被控对象是（．放水按钮A B．活塞C．水箱里的水．坐便器D）水位控制器中，当水箱水位下降，浮球随之下落，连杆带动上端的水阀门进水，2（）浮球上浮到一定高度后停止进水。
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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
将需要展示的画面（广告）连在一起， 然后卷在两根轴上，当同时转动两根转轴时， 画面就可以依次显示。
手动控制 自动控制
实例：自动换画灯箱
内部结构包括照明、机械传动、微电脑 控制系统。机械传动系统为微电脑控制驱动 下的高性能电机，驱动上下
被控量
执行器
被控 对象
反馈环节
框图 小练习：
表示
用方框图将下面的几个
控制系统表示出来。
1、加 热炉的 温自动 控制系 统
设定温度
比较器
控制器
热量
温度
加热器
加热炉
热电偶
2、人工调 节液面
给定值 比较器
大脑
液体输 出量
液面 位置
手、阀门
容器
眼睛
第三节 简单控制系统的设计
一、明确设计目的
定时翻转的广告牌
广告 牌
四、完成设计
1.找材料； 2.加工处理； 3.组装。
五、评估
1.是否到达预期效果； 2.其他人的评价； 3.如何改进。
小结
简单控制系统的设计过程：
一、明确设计目的 二、确定设计方案 三、选择实现方法 四、完成设计 五、评估
控制中的干扰
一、复习与回顾
❖控制分类 开环控制和闭环控制 手动控制和自动控制
大脑
肢体
行驶方向 自行车
眼睛
图2： 骑自行车的控制过程 反馈环节
构成闭合回路：
输入
输出
反馈环节
小练习
1、如果将我们的身体看成是一个控 制系统，在你从书架上拿出一本你 想要的书的过程中，身体各部分分 别完成什么功能？
命令发出者是： 命令执行者是：
大脑 手
命令的作用对象是： 书本
反馈环节是：
眼睛
பைடு நூலகம்
女红的基本功 “穿针引线” ！
手动控制和自动控制
控制系统必须在人的干预下才能完成 控制任务。这种控制系统，我们称之为 手动控制系统。而在控制的过程中如果 不需要人的干预，就可按期望或预定程 序进行的控制系统称为自动控制系统。
第二节
控制系统的组成和描述
一、控制系统的组成
案例1、投掷飞镖
期望值
大脑
落点
肢体 飞镖
投掷飞镖的控制过程包括了下 面几个组成部分：
确定设计方案：
选择方案1中的自动控制系统
三、选择实现方法
需要解决的问题
解决方法
1、电动机转速快，需减速。 设计减速装置
2、准确控制电动机转动、停 使用定时控制 止的时间，使电动机停止期间， 器、继电器 画面显示完整。
减速装置
控制系统的设计框图
给定值
定时 控制器
转速
转动/停止
继电器 电动机 减速器
路灯黑夜/ 亮度 无 路灯 路灯 路灯 设定 无
白天自动 检测
开关
开/关 亮度
开关控制 器
装置
控制系统
的
框图表示
1、控制系统的组成
组成：控制器、执行器、被控 对象、反馈环节
相关量：给定量、控制量、被 控量
1、开环
框图 给定值
表示
控制器
控制量
被控量
执行器
被控 对象
给定值 比较器
2、闭环
控制器
控制量
概念化：
描述性语言
概念
命令发出者
控制器
命令执行者
执行器
命令的作用对象
被控对象
反馈环节
反馈环节
期望值
给定量
控制目的
被控量
对控制对象所产生作用 控制量
给定量
期望值 大脑
被控量
肢体 飞镖 落点
控制器 执行器 被控对象
试一试：
说出骑自行车控制过程的给定量、控制 器、执行器、被控对象、反馈环节、被控量、 控制量。
控制器
执行器
干扰 被控量
被控对
象
比较器
给定值
控制器
执行器
干扰 被控量
被控对 象
反馈环节
1、现实生活中的例子： 外界光线对投影效果的干扰
对汽车驾驶的干扰
2、思考与分析
（1）在出现干扰的情况下，开环控制系统 和闭环控制系统哪种受干扰的影响小？为什么？
闭环控制系统受影响较小，因为闭环控 制系统能不断修正控制效果。
❖控制系统的组成 控制器 执行器 被控对象 反馈
小游戏
1、在正常条件下降落。
2、在有侧风的条件下降落： 问题：如果按正常条件下的降落方式
还能正中目标吗？为什么？
干扰的涵义：
对控制系统的行为造成影响 的有害的信号及扰动，即除给定 量外，引起被控量量值变化的各 种因素。
二、干扰对控制功能的影响
给定值
期望值
大脑
肢体
行驶方向
自行车
眼睛
浮球
水箱
抽水马桶中 的水位控制 杠杆比较
进水阀门 进水管
系统名称 控制 控制 执行 被控 被控 给定 反馈
器
量 器 对象 量 量 环节
抽水马桶 杠杆 进水 进水 水箱 水位 给定 浮球
中的水位 比较 量 阀门
水位
控制
系统名称 控制 控制 执行 被控 被控 给定 反馈 器 量 器 对象 量 量 环节
大脑 肢体 飞镖
命令 发出者
命令
命令的
执行者 作用对象
案例2、骑自行车的控制过程
期望值
大脑
肢体
自行车
行驶 方向
眼睛
命令发出者：大脑 命令执行者：肢体 命令的作用对象：自行车
想一想 ： 联系前面所学的控制系统的相
关知识，两个例子有什么异同？
期望值 期望值
大脑
肢体
飞镖 落点
图1： 投掷飞镖的控制过程