高三基本能力复习通用技术学科技术与设计2专题 控制与设计学案

通用技术复习学案5

技术2专题二控制与设计

【学习目标】

1、理解控制的概念

2、知道控制系统的组成（传感器、控制器、执行器及被控对象）及其作用

3、了解控制系统的分类

4、掌握控制系统的工作原理及特点，会分析具体的控制过程

开环控制系统、闭环控制系统

5、知道有关控制系统的基本概念：输入量、输出量、控制量、反馈量、干扰等

【知识要点】

一、什么是控制？

人们根据自己的意愿目的，通过一定的手段，使事物沿着确定方向发展，就形成控制。二、控制系统的组成：传感器（或检测装置）、控制器、执行器及被控对象。

各部分的作用：

1、传感器：相当人的各种感官。作用是感知光、声、磁、温度、湿度、压力、速度、位移等信

号并传送给控制器。(在电子控制系统中，传感器将非电信号转变成电信号传给控制器) 2、控制器：相当人的大脑，对输入信号进行处理并发出控制指令的装置或元件，如控制电路、

连杆机构等

3、执行器：相当人的四肢，直接对控制对象进行控制的装置或元件，如电动机、开关、阀门等

4、控制对象（被控对象）：控制系统中所要求控制的装置，如空调控制的房间、冰箱、自动门、

水箱等

三、控制系统的分类：

1、根据控制过程中有无人工干预：人工控制、自动控制

2、根据执行部件的不同：机械控制：完全由机械装置来实现控制。如自行车用刹车装置来控制

车速、抽水马桶的水位控制等。电子控制：采用电子元器件组成的电子电路来实现控制功能的控制装置。如电铃、自控灯、空调、冰箱的温度控制等。另有气动控制、液压控制等

3、根据控制系统的工作原理:开环控制系统、闭环控制系统

四、控制系统的工作原理、框图及特点（重点掌握）

1、开环控制系统:是由输入来控制输出的单向控制（控制精度较低、控制装置简单）；

控制框图如下：

控制系统特点：①是单向的控制过程，信息只有一条向前通道；

②输入量与输出量往往是不同性质的量。

生活中常见的开环控制系统：

台灯电脑的开关、电风扇风速调控等；自动门、声控灯、电子门铃、红绿灯定时控制、火灾自动报警控制、公园音乐喷泉控制、防盗报警控制等

2、闭环控制系统:输出量反馈回输入端参与控制的控制系统（精度高、抗干扰；有比较、

反馈环节）

控制框图如下：

闭环控制系统特点：

①有反馈。被控量（输出量）对控制过程会产生影响；

（有两条信息通道：一条向前通道，一条反馈通道，形成闭合回路）

②会调整；

③被控量会被控制在一定的范围——结果稳定；

④“结果”会影响“结果”；

⑤给定量与被控量是可比较的同一种性质的量。

生活中常见的闭环控制系统：空调、饮水机、电热水器、电冰箱温度控制；马桶水箱水位自动控制系统；智能洗衣机的控制等

五、有关控制的一些基本概念：

①输入量（输入信号）：也称给定量或设定量，是控制系统的信息来源。

②输出量（输出信号）：也称被控量，是控制系统所要控制的量

③控制量：执行器的输出信号

④反馈：将输出量通过适当的检测装置（传感器）返回到输入端并与输入量进行比较的过程。

反馈量就是检测装置检测到的输出量。

⑤干扰：在控制系统中，除输入量外，引起被控量变化的各种因素。

解题思路：

对控制的考查有两个方面：①控制系统组成及各组成部分在控制系统中的作用；②判断控制系统的类型，是开环控制还是闭环控制。

1、熟悉控制系统的组成，清楚具体的控制系统中谁充当控制器、执行器、被控对象。

2、熟悉与控制有关的各量，清楚具体的控制系统中哪个是输入量、输出量、控制量、反馈

量，知道只有闭环控制系统中有反馈量。

3、分析控制过程，根据开环或闭环的特点进行判断，然后对号入座。

【巩固练习】

练习1（控制系统的概念）

1、下列各项中，不属于控制的是（）

A.骑自行车时，如果觉得车速太快，我们会使用刹车使车速变慢

B.当感觉教室内光线较暗时，我们就会开灯

C.随着时间的推移，铁器会生锈

D.当学习成绩不理想时，我们用增加学习时间和改进学习方法提高成绩

2、在人体温度控制系统中，皮肤相当于（）；

A.传感器 B、控制器 C、执行器 D、驱动器

3、控制系统的组成是（）

A.输入量、传感器、控制器、被控量

B.传感器、控制器、控制量、被控对象

C.传感器、控制器、执行器、被控对象

D.控制器、执行器、控制量、被控对象

4、按时间顺序进行控制的“交通路口红绿灯控制系统”的方框图如下。方框图中，输出量是( )

A.控制电路

B.红绿灯

C.开关装置

D.红绿灯的开关状态

5、如图所示为养殖业中所用到的禽畜自动给水系统，此系统是闭环控制系统，可使饮水槽水位

保持不变。下列说法正确的是（）

①浮子是传感器；②进水口是控制器；

③被控对象是水箱；

④水箱与饮水箱的水平面可以不一致

A.①④

B.①③

C. ②④

D.②③

6、下列叙述中，错误的是（）

A.干扰就是除输入量外，引起被控量（输出量）变化的各种因素

B.所有控制系统的工作运行，都会受到干扰因素的影响

C.如果一个系统能够很好地避开或抑制干扰，那么这个系统的抗干扰性就强

D.开环控制系统的抗干扰能力强

练习1参考答案1-6 CACDBD

练习2（控制系统的类型）

1、家用饮水机的发明为人们的生活带来了极大的便利。如图是家用饮水机的简化线路图，其中

双金属片A与触点1、2构成温度传感器，下列说法正确的是（）

A．当加热器温度达到100℃时，双金属片A与1接触

B．热水加热-保温的控制过程中被控对象是加热器

C．热水加热-保温的循环工作过程是开环控制

D．热水加热-保温的循环工作过程是闭环控制

画出控制系统框图:

2、小强在用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制。经检查，恒温箱

的控制器没有故障。参照右图，下列对故障判断正确的是( )

A．只可能是热敏电阻出现故障

B．只可能是温度设定装置出现故障

C．热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障

D．可能是加热器出现故障

画出控制系统框图

3、太阳能是21世纪最有开发前景的新能源，如图是太阳能热水器的设计草图。回答下列问题。（1）图中的阀门1不能省略，其原因是

（2）淋浴时，使用者可以通过手动流量冷热双控开关

调控水温，此供水系统属于( )控制系统（填

“开环”或“闭环”）

4、有人说“闭环控制系统都是自动控制系统”，你认为

这一说法是否正确，试举例说明。

练习2参考答案：1、D

2、C

3、（1）阀门1用以控制太阳能热水器的上水，当水箱充满水后，关闭阀门1；关闭阀门1后，热水器中的热水才可以在重力作用下顺利下流。（2）开环。控制系统输入量是双控开关的开度，输出量是淋浴的水流量。

4、不正确。如自行车的转弯控制属于闭环控制，因人参与了控制过程，它是人工控制；又如汽车驾驶过程中车速的控制；用天平称量物体质量的过程、投篮的过程等是闭环控制过程，因人参与了控制过程，所以属于人工控制。

练习3（高考链接）

1、“家电下乡”是我国政府为改善民生，提高农村生活水平的一项重要举措。小明的父母成为

本活动的受益者，家里安装了空调。下图是空调的温度控制系统方框图，据此回答下列问题。（1）本控制系统中的输入量和被控量（输出量）分别是和；

控制量是。

（2）在控制系统中，除了输入量外，引起被控量变化的各种因素称。

2、学习了技术

与设计后，李明制作了方便小动物喝水的自动加水器（结构如图）。工作

过程是当水龙头打开，水就流人碗内，碗内的水位逐渐升高，浸没到塑

料管管口时，没有空气进入密封的铁桶，水龙头停止出水；当碗内水位

降低至塑料管管口以下，空气从塑料管进人铁桶内，水又流出来，使碗

内实际水位控制在管口位置。试分析其控制过程，完成下列问题：

（1）该控制系统是控制系统。（开环/闭环）

（2）该控制系统的执行器和输出量分别是

（3）假设原来搪瓷碗内的水位控制在5厘米，现在需要把碗内水位控制在8厘米，请问可以采取的方法：

3、下图是声控灯系统组成示意图，如果声控灯的附近有人来并发出声响，声控灯会应声而亮，安静后灯又灭。

（1）当传感器检测到一定强度的声音后，控制器就会发出指令电灯接通电源，从而使灯发出光亮，灯亮在该控制系统中属于（）

A．输入量B．输出量C．控制量D．给定量

（2）该控制系统属于（开环/

闭环）控制系统。

（3）这种声控灯容易受到外界噪音的影

响，例如汽车的鸣笛声、鞭炮声都会影响灯

的开关。为了克服这个问题，请你提出改进

的措施。

练习3参考答案：1、（1）设定温度房内实际温度、温度（2）干扰

2、（1）闭环（2）执行器：水龙头；输出量：碗内实际水位（或碗内水位）

（3）硬塑料管截断（或提升）3厘米或铁桶抬高3厘米或搪瓷碗位置下降3厘米等。

3、（1）B （2）开环（3）限制检测音源的范围，或增加一些限制条件，例如可增加能够检测人体的装置等。本答案为开放式的，只要科学合理就可得分。

【知识链接】

1、传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

传感器可分类为：

按照其用途：压力敏和力敏传感器、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏传感器等。

按照其原理：振动传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器、生物传感器等。

2、自动控制系统（automatic control systems）

在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段。

人类使用自动装置的历史可以追溯到古代。中国古代的指南车和铜壶滴漏以及古罗马人家庭水管系统的简单水位调节装置都是自动控制系统的萌芽。此后一直到18世纪工业革命开始之前仅偶尔出现一些自动装置，如中国的水运仪象台、欧洲古老的钟表机构和水力及风力磨房的速度调节装置等。……60～70年代，在航天技术的需要和计算机技术的推动下,各种类型的复杂控制系统得到很大发展。在这个过程中，微电子技术和微型计算机技术的迅速发展起了关键的促进作用。功能更强自动化程度更高的控制系统开始形成。

自动控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域。在工业方面，对于冶金、化工、机械制造等生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、压力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相应的控制系统。在农业方面的应用包括水位自动控制系统、农业机械的自动操作系统等。在军事技术方面，自动控制的应用实例有各种类型的伺服系统、制导与控制系统等。在航天、航空和航海方面，除了各种形式的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和各种仿真器。此外，在办公室自动化、图书管理、交通管理乃至日常家务方面，自动控制技术也都有着实际的应用。随着控制理论和控制技术的发展，自动控制系统的应用领域还在不断扩大，几乎涉及生物、医学、生态、经济、社会等所有领域。

3、黑箱方法：西瓜在没有切开之前，可以认为是一个黑箱。因为此时此刻人们不清楚着西瓜的质量的好坏。那么，什么叫黑箱方法呢？有经验的老王挑选西瓜，只要用手指头弹几下，这叫做信息输入。他听一听西瓜发出的声响，这叫做信息输出。据此，就可以大体的了解西瓜的好坏和成熟的程度。

利用输入和输出信息的变化来认识事物的功能和特性。这种方法就是黑箱方法。有些仪器、有些系统内部的结构十分复杂，或是由于种种原因不能够加以打开。打开了就不是原来的系统。比如大规模集成块也可以看作是一个黑箱。它内部众多复杂的电子器件的功能，人们是无法从外表观察来了解的。而是借助于专用的测试仪器向集成块输入信息，从集成块输出的信息来判断集成块的功能和质量的好坏。这也是一种黑箱方法。

一件事物是否是黑箱还与人的认识能力有关系。比如电视机，对一般不懂电视机原理的人来

说，电视机也是一个黑箱。有些人对电视机原理一知半解，对这部分人来说，电视机是一个灰箱。然而，对电视机设计专家来说，由于它们对电视机的结构原理一清二楚，所以对他们而言，电视机是一个白箱。