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(共32張PPT)
技術與設計2
第4單元 控制與設計
25．如圖所示為簡化的飛機飛行狀態控制系統。陀螺儀檢測飛機的飛行狀態后，將信號送給自動駕駛儀，自動駕駛儀將飛行狀態與給定狀態進行比較，根據偏差值控制舵機運轉，舵機操縱飛機尾翼，調整飛行狀態。（2008.10高考題）
（1）請根據上面的示意圖，補充完整飛機飛行狀態控制系統方框圖。（在“▲”處填寫相應的內容）
（2）陀螺儀將檢測到的飛行狀態信號傳送到自動駕駛儀與給定狀態進行比較的過程稱為
▲ 。
（3）在飛機飛行過程中，遇到氣流時，飛行狀態會發生變化，這種給定狀態以外引起飛行狀態變化的因素稱為 ▲ 。

美國西雅圖12月15日上午10時(北京時間16日凌晨2時)波音787客機從埃弗雷特潘恩機場首次起飛，這標志著9個月的空中測試正式拉開序幕。
新聞點評：回答設計的7個原則及技術試驗(優選、模擬、虛擬、強化、移植),波音787是1995年以來波音公司首次推出的全新機型，其設計特征突出碳纖維材料的使用，比傳統的鋁質蒙皮客機更輕，更節能。[波音787是1995年以來波音公司首次推出的全新機型，其設計特征突出碳纖維材料的使用，比傳統的鋁質蒙皮客機更輕，更節能。
控制與設計章節概要
控制的手段與應用
控制系統的工作過程與方式
閉環控制系統的干擾與反饋
控制系統的設計與實施
一、控制的手段與應用
控制：人們按照自己的意愿或目的，通過一定的手段，使事物向期望的目標發展，這就是控制，控制即干預。
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和采取什么控制手段。
案例：大禹治水
控制的基本對象、目標和手段：
對象分靜態對象和動態對象；
基本目標有“抑制干擾”和“追蹤目標”：如空調為抑制干擾，導彈為追蹤。
控制的手段有“前饋控制”和“反饋控制”。
一、控制的手段與應用
控制手段：人工控制、自動控制
人工控制又稱手動控制：是在人的直接干預和全程干預下進行的。
自動控制：是指在無人直接參與的情況下，使事物的變化準確地按照期望的方向進行。
特別注意：自動控制系統與自動系統不一樣
詳見案例1說明。
案例1：電風扇控制
在開關初期是“人工控制”。
在運行狀態是“沒有控制”。
案例2：飛機控制
如紅眼班機中“人”根據飛機傳感器的信息控制飛機，此時“人”是控制器，而白天“人”駕駛汽車，人即是“傳感器，又是控制器”。
只要人是控制系統中的一個環節，則是人工控制。
特別提醒：對于部分題目，有些控制并不考慮“人”。
控制分類和應用：
控制分類：
機械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等。
控制應用：
空調溫度控制系統等。
二、控制系統的工作過程與方式：
控制系統：
任何一種控制的實現，都要通過若干個環節，這些環節構成一個系統，我們稱之為“控制系統”。
控制系統一般都有“輸入環節”+“控制環節”+“執行環節”“輸出環節”。
二、控制系統的工作過程與方式：
控制系統分類：
一般分為“開環控制”和“閉環控制”。
開環控制：控制系統的輸出量對系統的控制不產生影響。
閉環控制：控制系統的輸出量返回到輸入端并對控制過程產生影響。
開環系統的框圖（★★★★★） ：

幾個注意點：
1.除輸入與輸出量外，其它三個環節都用框圖表示；
2.箭頭表示時序。
案例：電子門鈴、噴泉自動控制系統、自動門、賓館自動叫醒服務系統……
開環系統的重要說明（★★★★★） ：

重要說明（請把下面補充到自己資料中，一定！）：
1.輸出量≠控制量，輸出量=被控量；
2.設定量=輸入量（做題時這點很重要）；
3.控制量：一般是影響被控量變化的因素；
4.控制器：具有決策能力的裝置，至少是一個“二選一”的判斷裝置(如果不能回答，則此部分寫控制器)；
5.控制對象：取決于控制目標，往往是實際空間物；
6.執行器：實施控制決策的裝置（輸入是信息，輸出往往是實際一個動作或物理量，如門轉動角度）；
開環系統的案例學習：

通過案例學習畫方框圖：
案例1：某游泳池具有定時進水控制系統，當進水達到一定時間后，定時器將自動關閉進水閥門。請畫出此案例中的開環控制系統方框圖。
案例2：有一賓館自動門，當人靠近時，紅外線傳感器就能自動檢測到人體熱輻射信號，控制電路帶動電動機轉動，自動門打開。
答案：
游泳池定時上水系統
賓館自動門
閉環系統（★★★★★） ：

閉環控制：控制系統的輸出量返回到輸入端并對控制過程產生影響。
核心：有檢測裝置，并能反饋信號，達到減少輸出量的偏差的作用。但它有無不是開閉條件。
7.傳感器：是提供決策的依據（輸入量是具體物理量，輸出是信息），它是信息的轉換裝置。
閉環系統重要說明 ：

在實際系統中，控制器、傳感器和執行器在物理上可以是一體的，在功能上我們把它們分開，所以答題時如果沒有明確分開物時，我們有時可以只寫“控制器”、“執行器”等。
另外，框圖只是“功能描述圖”，并非物理器件組成圖。
閉環系統案例學習（★★★★★） ：

案例1：冰箱往往有自動溫度控制系統，它可以通過溫度傳感器檢測溫度，并把相關信息報告給溫度控制電路，最后通過制冷機保證冰箱中冷凍箱的溫度處于一個使用希望的溫度。
案例2：OK廳中的嘯叫。
要求每個同學畫方框功能圖。
閉環系統案例學習（★★★★★） ：

案例3：水箱的水位自動控制系統
被控對象：
被控量：
執行器：
控制器：
檢測器：
輸入量：
輸出量：
閉環系統案例學習（★★★★★） ：

案例4：加熱爐
被控對象：
被控量：
執行器：
控制器：
檢測器：
輸入量：
輸出量：
開閉環背誦要點
1.熟記開閉環系統各功能方框圖；
2.熟記各方框圖中的實際內容，如被控對象往往是一個實際“物體”，如冰箱溫度控制系統中的“冷凍箱”；
熟記的最終目標是：
會分析方框圖中各環節！
課堂會安排一次識記考試，要求每個同學過關。
三、閉環系統干擾與反饋（★★★★★） ：

干擾：引起被控量變化的各種因素稱為干擾因素。
干擾可能是好的，也可能是壞的。
干擾因素在一個閉環控制系統中可能有一個，也可能有多個。
干擾因素在開環控制系統中也可能存在。
控制系統的其中一個作用：克服干擾！
三、閉環系統干擾與反饋（★★★★★） ：

反饋：將輸出量通過適當的檢測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程。
如ok廳中的嘯叫。
如自動電水壺具有當水沸騰時自動切斷電源的功能，就是運用反饋實現自動控制。

案例：水箱的水位自動控制系統
被控對象：
被控量：
執行器：
控制器：
干擾因素：
檢測器：
閉環控制系統與開環控制系統的比較
開環控制系統一般結構簡單，適用于控制精度要求不高而系統本身的元件又比較穩定的場合。
閉環控制系統設計比較麻煩，結構相對復雜，構成控制系統的成本較高。閉環控制系統是自動控制中廣泛采用的一種方式，用于要求高精度和高可靠性的場合。
閉環控制系統都是自動控制系統。自動控制系統不一定是閉環控制系統。
這里面有什么？
你的判斷依據？
功能模擬方法、黑箱方法：
功能模擬方法：以功能和行為的相似性為基礎，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法，就是功能模擬法。
黑箱方法：把將要研究的系統作為黑箱，通過對系統輸入與輸出關系的研究，進而推斷出系統內部結構及其功能的方法，就是黑箱方法。
黑箱方法提供了一種不必打開黑箱就可以研究其內部結構和功能的方法。
例如：通過輸入圖像、電或聲音信號，觀測、分析腦電波的輸出反應，研究人腦對視覺或聽覺信息的傳遞、變換和處理功能，得知人腦內部結構的細節，就是黑箱方法的運用。
功能模擬方法、黑箱方法：
功能模擬方法：
功能模擬方法、黑箱方法：
黑箱方法：
案例：西瓜如何判斷生熟？

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