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第四章 控制與設計
長春市永春職業學校
長春市實踐教育學校 馮啟花
技術與設計2
【本單元與其他單元的聯系】
結構是設計的基礎，流程是設計的方法，系統是設計的保障，控制是設計的關鍵。
技術與設計2
結構與設計
流程與設計
系統與設計
控制與設計
控
制
與
設
計 了解
控制 控制的含義及應用
認識控制系統（開環、閉環控制系統和自動與手動控制系統）
控制系統的分析 開環控制系統的基本組成和工作過程
閉環控制系統的基本組成和工作過程
控制系統的方框圖
控制系統的干擾因素
控制系統的設計 控制系統的設計步驟
控制系統設計方案
學習目標：
理解控制的涵義及其在生產和生活中的應用。
了解控制系統的類型，熟悉簡單控制系統的基本組成和工作過程。
了解并能確定控制系統的主要參量。
能畫出簡單控制系統的方框圖，理解其中各環節的作用。
能設計、制作、調試和改進簡單的控制裝置。
了解 探究 設計 提高
一部分： 理論學習
活動建議
一部分： 設計制作
教學課時：8課時
了解控制
木牛流馬圖
希羅的自動門
控制在現代的應用
GPS（全球衛星定位系統）
全球衛星定位系統能夠提供精確的地理位置信息，在航海、航空和城市交通管理等領域有著廣泛的應用。
控制在現代的應用
電視制導導彈
控制在現代的應用
希望某一事物按照自己的意愿發展，就要對其進行干預，這種根據自己的目的，通過一定的方法使事物沿著某一確定方向發展，就形成了控制。
控制的含義
①控制的對象是什么？
②控制要達到什么目的？
③采取什么控制手段？
控制的三要素
控制
人工干預的情形
手動控制系統
自動控制系統
開環控制系統
閉環控制系統
有無反饋
開環控制系統：不將控制的結果反饋回來影響控制作用的系統，稱為開環控制系統。
閉環控制系統：能將控制的結果反饋回來與希望值進行比較，并根據它們的誤差及時調整控制作用的系統，稱為閉環控制系統。
系統中將控制的結果反饋回來的部分，稱為反饋環節。
反饋環節是閉環控制系統的重要特征。
控制與設計
自動控制
手動控制
閉環控制
開環控制
控制的分類　　　
知識提綱：
1、控制系統的組成：控制器、執行器、被控對象。
2、控制系統的分類：開環控制系統、閉環控制系統。
3、控制系統框圖：各環節、輸入量、輸出量。
教學思路：
1、組成結構。
2、開環分析。
3、閉環分析。
4、兩環比較。
5、習題鞏固。
二、控制系統的組成與描述
大腦
肢體
飛鏢
落點
期望值
控制器
執行器
被控對象
被控量
控制系統的組成與描述
圖1 投擲飛鏢的控制過程
眼睛
大腦
手、閥門
容器
給定值
比較器
人工調節液面
液體輸出量
液面位置
控制器
執行器
反饋環節
被控對象
控
制
量
被控
量
控制器
執行器
被控對象
給定值
被控量
控制量
開環控制
閉環控制
反饋環節
控制器
執行器
被控對象
給定值
被控量
控制量
比較器
控制框圖
干
擾
電動機
氣缸
電磁鐵
液壓缸
閥門
揚聲器
路燈
水管
執行器
控制量
控制器
反饋環節
被控量
被控
對象
抽水馬桶的水位控制
水泵抽水
路燈黑夜/白天自動開關控制
電風扇機械定時開關控制
電風扇
電風扇的開關
路燈的開關
路燈
水管
水箱水位
出水
定時器
連桿機構
或杠桿
控制電路
電機
水泵
電磁繼電器
進水閥門
電路的接通
或斷開
轉動
水流量
機械開關或
電磁繼電器
電路的接通
或斷開
水箱
浮球
小試身手
1、分析控制系統的工作原理
2、根椐方框圖找出相應的量（控制器、執行器、被控對象、檢測裝置）
3、用簡練的語言回答問題
“析”
“找”
“答”
控制系統處理方法：
練習1
原理：隨著音樂起伏而變化的音樂噴泉是控制技術的一
種具體應用。其工作過程是由 “聲－電轉換裝置”將起伏的音樂強度轉換為隨之而變化的電信號，這種電信號驅動電動機帶動水泵轉動。音樂聲信號強，水泵的轉速就快，噴頭的壓力就大，噴出的水柱就高。反之，噴出的水柱就低。音樂信號的強弱與噴泉水柱的高低一一對應。請回答以下問題：
1、是開環控制系統還是閉環控制系統？
2、輸入量和輸出量分別是什么
音樂
信號
聲電轉
換裝置
和電機
水泵
噴頭
水柱
高低
轉速
⑵如果聲控燈的附近并沒有來人，而
出現意外的聲響，如樓上或隔壁有人高聲說話或以動作發出聲響，靈敏度高的聲控燈也會應聲而亮。為避免這種情況你有什么好辦法？
⑶畫出聲控燈的系統框圖。
練習2
如圖是聲控燈系統組成示意圖，根據你的理解和認識回答下列問題：
答案提示：⑴ 開環，關鍵詞：方便、節電 。
⑵ 把傳感器的靈敏度調小一點。
⑶：
⑴此系統是開環還是閉環，聲控燈的優點有哪些？
案例分析：自動門
自動門的動作過程是怎樣的？
當門口沒有人時，門是關著的；當有人來門口時，門打開；當人離開門口后一段時間，門又關閉。
自動門的功能實現方案：
方案一：自動開門（無防夾功能）
方案二：自動開門（有防夾功能）
方案三：密碼開門
自動門如何實現自動開、關的呢？
電機
自動門
控制電路
門的開啟
或關閉
人體
熱輻射
轉動
電機
控制電路
紅外傳感器
控制器
執行器
控制量
紅外傳感器
案例分析：水塔試驗
試驗方案：
方案一：電子定時加水
方案二：單個傳感器延時加水
方案三：雙傳感器自動加水
簡單控制系統的設計
明確設計目標
確定設計方案
選擇實現方法
完成你的設計
評估你的設計
設計一個會翻轉的廣告牌
分析實驗系統性能
確定待定參數
建立控制器、被控對象、執行機構和反饋環節的模型
確定被控量
給定控制要求（設計指標）
確定系統結構
確定控制的目的
控制系統的設計
控制系統設計的一般思路
若滿足規范要求，設計結束
若不滿足，重新開始
方案一
將需要展示的畫面（廣告）連在一起，然后卷在兩根軸上，當同時轉動兩根轉軸時，畫面就可以依次顯示。
手動控制 自動控制
方案二
三棱柱的每一
面對應一幅畫的一
部分，當所有三棱
柱同時轉動時，可
將三幅圖像順序顯
示出來。
控制系統的設計框圖
定時
控制器
繼電器電動機
減速器
廣告牌
給定值
轉動/停止
轉速
選擇實現方法
需要解決的問題 解決方法
1、電動機轉速快，需減速。
設計減速裝置
使用定時控制器、繼電器
2、準確控制電動機轉動、停止的時間，使電動機停止期間，畫面顯示完整。
完成設計
1.繪制原理圖或者安裝圖；
2.設計系統制作的流程；
3.找材料、加工處理、組裝。
1.繪制原理圖或者安裝圖；
2.設計系統制作的流程；
3.找材料、加工處理、組裝。
評估
1.是否到達預期效果；
2.其他人的評價；
3.如何改進、優化；
4.為你的設計寫一份使用說明書。

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