資源簡介

第四課時：系統、控制與設計
復習目標：
1、會判斷開環控制與閉環控制
2、會畫開環與閉環控制系統方框圖
3、理解各環節及其作用
復習重點：
1、開環與閉環的區別
2、控制系統中各環節的作用
【直擊高考】1、（2007高考） 某辦公樓大廳采用自然光照明，控制系統如圖，太陽光經過反光鏡反射到反光球面鏡上，反光球面鏡再將光線反射到大廳，從而達到采集自然光的目的。當太陽移動后，光線到達反光球面鏡的位置也隨之發生偏移，相應的傳感器就會受到光照產生電信號，控制器根據不同傳感器送來的信號控制反光鏡作相應的調整。
（1）該系統是開環控制系統還是閉環控制系統？
（2）該系統中，被控對象是　　　　　　　　。
（3）控制器與人體哪個器官的功能是類似的？
（4）請再寫出兩種利用太陽能的產品。
2、小強用恒溫箱進行實驗時，發現恒溫箱的溫度持續升高，無法自動控制。經檢查，恒溫箱的控制器沒有故障。參照右圖，下列故障判斷正確的是
A．只可能是熱敏電阻出現故障
B．只可能是溫度設定裝置出現故障
C．熱敏電阻和溫度設定裝置都可能出現故障
D．可能是加熱器出現故障
3、(2010高考)普通高壓鍋使用過程中，當鍋內壓力達到一定值時，壓力閥會浮起并放氣，使鍋內壓力維持在預定值水平。該壓力控制系統是
①人工系統 ②自然系統 ③人工（手動）控制 ③自動控制
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
4、（2010高考）讓創新的熱情激蕩年輕的心靈，讓創新的喜悅充盈蓬勃的青春。
項目名稱：防風自動關窗裝置的制作
結構：①風力感應部分，包括安裝在戶外的風向標、風力板和彈簧（穩定風力板）。
②窗體傳動部分，包括窗體滑輪、索引線和引線滑輪。
③電路部分，包括電源（E）、電機（M）、觸頭開關（K1）和嵌入墻體中的按壓開關（R2）。
工作原理：①窗戶打開時，K2在彈簧的作用下自動閉合，防風功能處于待命狀態。
②起風時，風向標轉向來風方向，風力板受風力推動發生偏轉，使K1閉合，電機驅動窗戶向左移動。
③待窗戶關閉時，窗樞推壓K2撞桿并使其斷開，電源切斷，自動防風功能關閉。
裝置示意圖
（1）本項目的設計分析如下：
A、請填寫圖框中的① ② 。
B、該系統的被控對象是
（4）制作風力板最合適的選材是
A.普通硬紙板 B.鑄鐵板 C.太陽能電池板 D.硬鋁板
（5）安裝電源時，要用螺絲釘將電池盒固定在木質底座上。下列組合最省力的是
A.細柄螺絲刀，密紋螺絲釘 B.粗柄螺絲刀，密紋螺絲釘
C.粗柄螺絲刀，疏紋螺絲釘 D.細柄螺絲刀，疏紋螺絲釘
(2010高考56）某同學要在玻璃種營建一個螞蟻巢穴，設計了以下操作步驟；
①在瓶口放置一塊潮濕的海綿，蓋上帶有一些小孔的瓶蓋
②用一塊黑布將瓶蒙幾個星期，讓螞蟻安頓下來
③在木頭或石塊下需找蟻穴，并觀察螞蟻搬進巢的食物種類
④將一定數量的螞蟻與蟻穴周圍的土壤及一定種類的食物放入玻璃瓶中
（1）上述步驟的合理排序應是 。
(2009高考)成語和俗語是千百年來人們生活智慧的結晶，其中不少蘊含著有關技術與設計的道理。下列與設計過程中的“結構”“流程”“系統”和“控制”依次對應的是
①見風使舵 ②銅墻鐵壁 ③磨刀不誤砍柴工 ④牽一發而動全身
A．②③①④ B. ②③④① C. ③②①④ D. ③②④①
【學習過程】
一、自主學習
1、構成系統必須具備三個條件：
①至少要有 才能組成系統。
②要素（部分）之間 形成一個整體。
③這個整體具有的功能是 。
2、系統的基本特性： 、 、 、 。
3、控制系統是用以完成一定控制任務的元、部件的組合。控制系統通常分為 控制系統和 控制系統。 簡單的控制系統由兩部分組成，即 和 。其中的控制裝置，包括 、 、 等環節，對于閉環系統來說，還包括 環節與 環節。
理解任何控制現象，都要明確控制的對象是什么，控制要達到什么目的 采取什么控制手段。結合生活中的控制實例，填寫下表：
控制實例
控制的對象
控制的目的
控制的手段
電風扇扇葉轉速快慢的控制
電風扇
調節速度
換檔
音響的音量控制
燃氣熱水器溫度的控制
4、開環控制系統是指 的控制系統；舉例： 。
閉環控制系統是指 的控制系統。舉例： 。
5、控制系統的方框圖：
開環控制系統：

閉環控制系統：
（1）繪制框圖的方法：
依次確定系統各個環節： ， ， ， （對閉環系統而言）
確定被控對象（ ）、 量、 量、反饋量和偏差量
用帶箭頭的直線表示 的方向與過程。加上比較環節（閉環系統）。在繪制框圖中，先畫 ，再畫 ，接著畫 、 ，最后 環節， 閉環，并標注各量。
（2）各環節作用
器：感知信號并傳遞信號至下一環節
器：根據傳送來的信號產生控制器信號并傳送到下一環節。傳送來的信號在開環系統中是有傳感器直接傳送過來的，而閉環系統中是比較環節中產生的信號。
器，是控制器輸出信號的執行機構
環節：根據輸入量與反饋量的大小與極性，產生偏差，再傳給控制器
（3）開環控制系統與閉環控制系統的比較
開環
閉環
信號傳遞
控制精度
結構
成本
比較環節（有/無）
6、實例體驗：
（1）自動門控制系統是 （開環/閉環）控制，其工作過程：當有人到達門前某一距離時， 感知，并發出“有人”的信號； 接到傳感器的信號后，經變換放大后傳給 ； 根據傳來的開門信號轉動，門被打開（這里的門叫 對象，門打開就是 信號）； 保持開門信號延時后，自動發出關門信號， 反轉，門重新關閉。
（2）水箱水位自動控制系統是 （開環/閉環）控制，其工作過程：當水面低于 水位時， 下落，打開閥門放水入水箱， 監視水面高度，并隨水面的升高而浮升；當水面達到 水位時， 傳感，通過 ，將閥門關閉。實際水位是 量，輸入量是 ，閥門的開度為控制量。在控制中，被控對象是 ，執行器是 ，控制器是 ，傳感器（即檢測裝置）是 。
7、閉環控制系統的干擾與反饋
（1）在控制系統中，除 量（給定值）以外，引起 量變化的各種因素稱為干擾因素。一個控制系統能夠很好的避開或抑制干擾，使干擾對系統的影響很小，我們就說這個系統的 能力強。在控制系統框圖中，干擾作用一般表示在 上。
（2）閉環控制系統是通過 克服干擾因素而使系統達到穩定的。
二、合作探究
1、在游泳池注水控制系統中，如果進水管單位時間的水流量一定，那么游泳池水位的高度與進水的時間是一一對應的。我們就可以通過設定注水時間，使游泳池的水位達到希望的高度。將注水的時間值設定到定時器中，開啟進水閥門注水，一旦時間到達，定時器就會通知進水閥門關閉，停止向游泳池注水。請判斷這一控制系統是開環還是閉環控制？并畫出系統方框圖。
2、許寧在體育課上練習立定投籃時，發生了這樣的情況：
第一次投擲，由于用力太大，籃球碰到籃板上彈了回來，沒有命中。
第二次投擲，他吸取了第一次的經驗，減小了用力，但由于用力過小，籃球沒有碰到籃圈。
第三次投擲，他吸取了前兩次投擲的經驗，終于投中。
在這里可以將人看作控制系統，整個投籃過程是開環控制還是閉環控制？并畫出系統方框圖。
課件26張PPT。通用技術專題（四）基本能力提高學案+沖刺經典（自主學習+基礎知識的掌握）+練習題1、會判斷開環控制與閉環控制
2、會畫開環與閉環控制系統方框圖
3、理解各環節及其作用【復習目標】1、開環與閉環的區別
2、控制系統中各環節的作用【復習重點】（2007高考 19題）1某辦公樓大廳采用自然光照明，控制系統如圖，太陽光經過反光鏡反射到反光球面鏡上，反光球面鏡再將光線反射到大廳，從而達到采集自然光的目的。當太陽移動后，光線到達反光球面鏡的位置也隨之發生偏移，相應的傳感器就會受到光照產生電信號，控制器根據不同傳感器送來的信號控制反光鏡作相應的調整。
【直擊高考】（1）該系統是開環控制系統還是閉環控制系統？
（2）該系統中，被控對象是　　　　　　　　。
（3）控制器與人體哪個器官的功能是類似的？
（4）請再寫出兩種利用太陽能的產品。本題考查了
1.控制系統的類型
2.控制系統的組成部分反光鏡大腦太陽能熱水器、電池、飛機、路燈等（2007年高考15題）2、小強用恒溫箱進行實驗時，發現恒溫箱的溫度持續升高，無法自動控制。經檢查，恒溫箱的控制器沒有故障。參照右圖，下列故障判斷正確的是
A．只可能是熱敏電阻出現故障
B．只可能是溫度設定裝置出現故障
C．熱敏電阻和溫度設定裝置都可能出現故障
D．可能是加熱器出現故障此題表面是看是一個物理方面的題，其實是一個關于故障的排查的相關問題，是一個技術題 。C【直擊高考】3、(2010高考)普通高壓鍋使用過程中，當鍋內壓力達到一定值時，壓力閥會浮起并放氣，使鍋內壓力維持在預定值水平。該壓力控制系統是
①人工系統 ②自然系統③人工（手動）控制④自動控制
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④本題考查了
1.系統的分類
2.控制的分類B【直擊高考】4、(2010高考)讓創新的熱情激蕩年輕的心靈，讓創新的喜悅充盈蓬勃的青春。
項目名稱：防風自動關窗裝置的制作
結構：①風力感應部分，包括安裝在戶外的風向標、風力板和彈簧（穩定風力板）。
②窗體傳動部分，包括窗體滑輪、索引線和引線滑輪。
③電路部分，包括電源（E）、電機（M）、觸頭開關（K1）和嵌入墻體中的按壓開關（R2）。
工作原理：①窗戶打開時，K2在彈簧的作用下自動閉合，防風功能處于待命狀態。
②起風時，風向標轉向來風方向，風力板受風力推動發生偏轉，使K1閉合，電機驅動窗戶向左移動。
③待窗戶關閉時，窗樞推壓K2撞桿并使其斷開，電源切斷，自動防風功能關閉。
裝置示意圖
（1）本項目的設計分析如下：A、請填寫圖框中的① ② 。
B、該系統的被控對象是
（4）制作風力板最合適的選材是
A.普通硬紙板 B.鑄鐵板 C.太陽能電池板 D.硬鋁板
（5）安裝電源時，要用螺絲釘將電池盒固定在木質底座上。下列組合最省力的是
A.細柄螺絲刀，密紋螺絲釘 B.粗柄螺絲刀，密紋螺絲釘
C.粗柄螺絲刀，疏紋螺絲釘 D.細柄螺絲刀，疏紋螺絲釘風向標如何感應風力窗戶(2010高考56）某同學要在玻璃中營建一個螞蟻巢穴，設計了以下操作步驟
①在瓶口放置一塊潮濕的海綿，蓋上帶有一些小孔的瓶蓋
②用一塊黑布將瓶蒙幾個星期，讓螞蟻安頓下來
③在木頭或石塊下需找蟻穴，并觀察螞蟻搬進巢的食物種類
④將一定數量的螞蟻與蟻穴周圍的土壤及一定種類的食物放入玻璃瓶中
（1）上述步驟的合理排序應是 。【直擊高考】③ ④ ① ②本題考查了流程問題。
排序問題是高考必考的。
系統是由相互依存的若干個部分組成 的、具有特定功能的有機整體。（1）自然系統
人造系統
（2）實體系統
抽象系統
（3）靜態系統
動態系統
（4）開放系統
封閉系統系統分類自然物自然形成的系統，如人體系統人工建造、加工而構成的系統，如人造地球衛星看得見、摸得著的具有實體為元素所構成的系統，如溫室系統由概念、原理、方法、制度、程序構成的系統，如智力競賽軟件系統的結構和狀態不隨時間推移延續而變化，如棚室環境系統結構和狀態具有產生、變化、發展、消亡的過程系統，如城市系統與環境相互發生聯系、交換的系統，如人體系統不與環境相互發生聯系、交換的系統，停建的工程/密閉容器中的化學反應 系統的三要素：
1.至少要有兩個或兩個以上的要素
2.各要素之間相互聯系相互作用，有一定的結構
3.系統的功能是組成要素所不具備的系統的基本特征：整體性
相關性
目的性
環境適應性
動態性 人們根據自己的目的，通過一
定的手段，使事物沿著某一確定的 方向發展，就形成了控制。控制系統控制與設計簡單的控制系統分析控制系統有二種基本控制方式：開環控制、閉環控制
簡單的控制系統由兩部分組成，即被控對象和控制裝置。其中的控制裝置，包括傳感器、控制器、執行器等環節，對于閉環系統來說，還包括反饋環節和比較環節。
閉環控制是自動控制系統最基本的控制方式，而且應用廣泛。音響音量大小音量旋鈕燃氣熱水器調節水溫溫度調節按鈕控制實例分析開環控制系統是指控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響。
舉例：自動門開關，打開燈的開關閉環控制系統是指將輸出量直接或間接反饋到輸入端形成閉環參與控制的控制系統。
舉例：自動調溫空調，水箱水溫控制，水龍頭，自行車控制系統
A）依次確定系統各個環節：被控對象，執行器，控制器，反饋環節（閉環系統而言）
B）確定被控量（輸出量）、控制量、輸入量、反饋量和偏差量
C）用帶箭頭的直線表示信息在系統中流動、傳遞的方向與過程。
四個步驟
即自右往左畫：
先畫 被控對象，再畫 執行器，接著畫 控制器、反饋環節，最后畫 “ ”，連接閉環，標注各量。控制系統框圖的繪制方法控制 器：感知信號并傳遞信號至下一環節
比較器：根據傳送來的信號產生控制器信號并傳送到下一環節。傳送來的信號在開環系統中是有傳感器直接傳送過來的，而閉環系統中是比較環節中產生的信號。
執行器，是控制器輸出信號的執行機構
反饋環節：根據輸入量與反饋量的大小與極性，產生偏差，再傳給控制器控制系統各環節作用 開環控制是指控制裝置與被控對象之間只有順向作用而沒有反向
聯系的控制過程。其特點是系統的輸出量不會對系統的控制作用發生
影響，不具備自動修正能力。開環控制（控制精度不高）控制器執行器被控對象輸入量輸出量控制量開環控制系統開環控制系統框圖閉環控制 閉環控制是將輸出量直接或間接反饋到輸入端形成閉環
參與控制的控制方式。干擾因素：
在控制系統中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種
因素稱為干擾因素。有的干擾因素是環境造成的，如影響自行車行駛速度的變化的自然風等；有的干擾因素是人為原因所致，如影響飛機導航信號的手機信號等。 反饋：輸出量送回至輸入端并與輸入信號比較的過程。控制器執行器被控對象給定值被控量干擾信號　　把系統的輸出量返回到輸入并對控制過程產生影響的控制系統稱為閉環控制系統閉環控制系統方框圖水箱水位控制系統框圖輸入量控制器
連桿機構執行器
閥門被控對象
水箱輸出反饋環節
浮子水位差反饋（給定水位）（實際水位）合作探究1如果把設定注水時間改為設定水位+合作探究2 給定量
（籃圈位置）控制器
（大腦）執行器（手）被控對象（籃球） 被控量
（籃球定位）比較器檢測裝置
（眼睛）+控制量投擲力普通紅綠燈按車流量控制的紅綠燈常見開閉環控制系統方框圖分析1.下列控制系統中，屬于開環控制系統的是（??? ）。 A、智能電冰箱的溫度控制?B、計算機的CPU上的風扇的轉速控制C、現代化農業溫室的溫度控制?? D、紅綠燈定時控制系統2.①聲控燈 ②電鈴③電飯煲 ④飲水機 ⑤空調 ⑥冰箱 ⑦自動門
⑧抽水馬桶⑨干手器 ⑩電梯屬于開環控制系統的是：
屬于閉環控制系統的是：① ② ⑦ ⑨ ⑩ ③ ④ ⑤ ⑥ ⑧鞏固

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