高中通用技术控制与设计教材课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,控制与设计,控制与设计,1,学习目标,1.,控制的定义。,2.,自动控制和人工控制的区别。,专题一、,控制的手段与应用,学习目标专题一、控制的手段与应用,2,事物发展的结果可能是人们预先期望的，也可能是与预期的目标不相符，甚至是不希望得到的。如果人们想达到某一特定的目的，就必须运用适当的手段来实现。,事物发展的结果可能是人们预先期望的，也可能是与预期的,3,了解控制,我们听到过的“控制”,自动控制、控制情绪、自我控制的能力、控制温度,控制人口增长、控制病情等等,“控制”存在与当今社会的各个方面。,工业生产、城市交通、农业生产、航天技术等等,了解控制我们听到过的“控制” 自动控制、控制情绪、自我,4,什么是控制,事物的,发展与变化,具有多样性。,如果人们想达到一定的目的，就必须采取一定的,手段,来实现。,控制的定义,：,人们按照自己的意愿和目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制。,什么是控制事物的发展与变化具有多样性。 如果人们想达到,5,事物的发展与变化,一棵苹果树,天上降落的雨水,骑自行车,结不出苹果,结的苹果又多又大,结出苹果又小又酸,用来灌溉农田,发电,引起洪涝灾害,代步、省力,摔跟头,撞到物体和别人,事物的发展与变化一棵苹果树天上降落的雨水骑自行车结不出苹果结,6,采取的手段,苹果树,雨水,骑自行车,病虫害防治、果树管理、,土壤管理等等,兴修水利、建水电站、,水源管理等等,控制速度、骑车的技术、,车的维护等等。,采取的手段苹果树雨水骑自行车病虫害防治、果树管理、兴修水利、,7,高中通用技术控制与设计教材课件,8,控制是普遍存在。,遥控航模飞机,抽水马桶水箱的自动控制系统,控制是普遍存在。遥控航模飞机,9,抽水马桶水箱的自动控制系统,抽水马桶水箱的自动控制系统,10,控制的含义,对控制现象理解从下面三个方面入手：,1,、对象：控制的对象是什么？,2,、目的：控制要达到什么目的？,3,、手段：要采用什么样的手段来控制？,控制是根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定方向发展的行为和过程。,控制的含义对控制现象理解从下面三个方面入手：1、对象：控制的,11,控制事例,控制的对象,控制的目的,控制的手段,电风扇扇叶转速快慢的控制,电风扇,调节速度,换档,音响的音量控制,音响,音量的调节,旋钮,燃气热水器温度的控制,热水器,调节出水口温度的高低,改变燃气火头的大小,用喷雾器喷洒农药,喷雾器,给庄稼治病,操作喷雾器的手柄,大禹治水,洪水,安息洪波、大治水患,疏通河道，泄洪为主,人力三轮车转弯中的方向控制,人力三轮车,改变三轮车行驶的方向,双手转动车把,控制事例控制的对象控制的目的控制的手段电风扇扇叶转速快慢的控,12,控制的实现需要通过一定的手段。从控制过程中人工干预的情形来分，控制有,人工控制,和,自动控制,。,控制的手段,控制的实现需要通过一定的手段。从控制过程中人工干预的情形来,13,从人工干预的情形来分：,人工控制：,控制的过程,需要人的接触,，即人直接干预。,如：普通自来水龙头，揿按键打开电灯、驾驶汽车等；,关,/,开 门,驾驶汽车,从人工干预的情形来分：人工控制：控制的过程需要人的接触，即人,14,自动控制：,在无人直接参与的情况下，使事物的变化准确地按照期望的方向进行，即,没有人的接触,。,太阳能路灯,自动门,如：打开红外传感水龙头，太阳能路灯，自动门，声控灯，无人驾驶汽车等；,自动控制：在无人直接参与的情况下，使事物的变化准确地按照期望,15,控制实例,1,人工控制,自动控制,自动控制,对风速的控制,控制实例1人工控制自动控制自动控制对风速的控制,16,控制实例,2,自动控制,人工控制,人工控制,控制实例2自动控制人工控制人工控制,17,控制实例,1,自动控制,人工控制,控制实例1自动控制人工控制,18,控制的应用,控制的应用自古就有，并在近代得到迅速发展，在社会生产生活的各个领域都有极其广泛的应用。,控制的应用 控制的应用自古就有，并在近代得到迅速发展，,19,控制在工业生产中的应用,控制应用到工业生产中，提高了产品的质量和生产效率，减轻了工人的劳动强度，为工人提供了安全保障。,生产流水线,纺织机,控制在工业生产中的应用 控制应用到工业生产中，提高了产,20,汽车自动装配生产线,汽车油漆,汽车自动装配生产线 汽车油漆,21,控制在农业生产中的应用,控制应用到农业生产中，提高了劳动效率，减轻了农民的劳动强度，使农民减少在农田里日晒雨淋的时间。,联合收割机,农田灌溉,控制在农业生产中的应用 控制应用到农业生产中，提高了劳,22,水 车,水 车,23,温室,温室,24,农田灌溉,电源,控制室,水泵,农田灌溉 电源控制室水泵,25,农田灌溉,折射式微喷,射流式微喷,锤式微灌,农田灌溉 折射式微喷射流式微喷锤式微灌,26,控制在军事、国防中的应用,控制应用到军事国防中，提高了国家防备和抵抗侵略的能力，为保卫国家的主权、统一、领土完整和安全提供了必要的条件。,“神舟五号” 返回地面。,导弹、火箭,控制在军事、国防中的应用 控制应用到军事国防中，提高了,27,控制在日常生活中的应用,控制应用到日常生活中，提高了人们的生活质量，人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境，使之满足人们的要求。,空调机,自动取款机,自动控制水龙头, ,控制在日常生活中的应用 控制应用到日常生活中，提高了人,28,现代网络家电,现代网络家电,29,控制在社会生活中的应用,控制应用到社会生活中，使整个社会能协调、健康、有序地发展。,控制人口增长，提高人口素质,各种法律制度,交通管理, ,控制在社会生活中的应用 控制应用到社会生活中，使整个社,30,未完待续,未完待续,31,专题二、,控制系统的工作过程与方式,学习目标,1.,反馈,-,在电子控制系统中的作用,2.,开环控制和闭环控制的区别,3.,用方框图分析生活中常见电子控制系统。,专题二、控制系统的工作过程与方式学习目标,32,自行车行驶速度的控制：,脚踩的力,脚蹬、曲柄、链轮、,自行车行驶的速度,（输入）,中轴、链条、飞轮,(,输出,),电风扇的风速控制,:,电风扇风速的挡位,电机、扇叶,风速,(,输入,) (,输出,),1,、控制系统,自行车行驶速度的控制：脚踩的力 脚蹬、曲柄、链轮、,33,什么叫,控制系统,:,任何一种控制的实现,都要通过若干个环节,这些环节就构成了一个系统,称为控制系统,.,控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系,.,输入,输出,电饭煲,电源电信号,锅内的温度,脱粒机,电源电信号,脱粒机的转速,红外水龙头,人手的红外线信号,水龙头出水量,控制系统通常分为开环控制系统和闭环控制系统,什么叫控制系统:任何一种控制的实现,都要通过若干个环节,这些,34,一、开环控制系统,1,、什么是开环控制系统,如果控制系统的输出对系统的控制（即结果）没有影响；或者说没有反馈环节的系统。,反馈,即,控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程，就是,反馈,。,一、开环控制系统1、什么是开环控制系统,35,投篮,控制器（大脑）,执行器（手）,被控对象（篮球）,篮球实际投掷的位置,监测装置（眼睛）,篮圈的位置,+,-,电灯的的控制,“开与关”,输入,电路、灯,灯“亮与灭”,输出,投篮控制器（大脑）执行器（手）被控对象（篮球）篮球实际投掷,36,游泳池注水控制系统,定时器,进水阀门游泳池,设定注水时间 水流量 游泳池水位,(,输入,) (,输出,),自动门的控制系统,控制电路, 电机 自动门,红外线信号 转动 门的开启或关闭,游泳池注水控制系统,37,列举你所知道的开环控制系统：,列举你所知道的开环控制系统：,38,电灯的的控制,电路、灯,“开与关”,灯“亮与灭”,输入,输出,电风扇的控制,电路、电机、扇叶,风速挡位,风速,输入,输出,控制系统的特征,输入,“开与关”,输入,“开与关”,输入,输出,“开与关”,输入,灯“亮与灭”,输出,“开与关”,输入,输出,输出,灯“亮与灭”,输出,灯“亮与灭”,输出,电路、灯,灯“亮与灭”,输出,输入,电路、灯,灯“亮与灭”,输出,“开与关”,输入,电路、灯,灯“亮与灭”,输出,电灯的的控制,“开与关”,输入,电路、灯,灯“亮与灭”,输出,电灯的的控制,“开与关”,输入,电路、灯,灯“亮与灭”,输出,电灯的的控制,“开与关”,输入,电路、灯,灯“亮与灭”,输出,电灯的的控制电路、灯“开与关”灯“亮与灭”输入输出电风扇的控,39,案例分析：自动门,自动门的动作过程是怎样的？,当门口没有人时，门是关着的；当有人来门口时，门打开；当人离开门口后一段时间，门又关闭。,自动门的功能和技术要求：,功能：无人时，常关；有人时，开门,技术要求：当人距门1m时，门即打开；门打开后，延时10s后关门,案例分析：自动门自动门的动作过程是怎样的？,40,自动门如何实现自动开、关的呢？,电机,控制电路,红外传感器,电机,自动门,控制电路,门的开启,或关闭,人体,热辐射,转动,控制器,执行器,控制量,红外传感器,自动门如何实现自动开、关的呢？电机控制电路红外传感器电机自动,41,自动门控制系统的方框图,开环控制系统：像这样信息只从输入端传递到输出端，没有信息反馈的控制系统，称为开环控制系统。,电机,自动门,控制电路,门的开启,或关闭,人体,热辐射,转动,红外传感器,执行器,被控对象,控制器,输出,输入,控制量,传感器,开环控制系统的方框图,自动门控制系统的方框图开环控制系统：像这样信息只从输入端传递,42,扩展思考,根据自动门控制系统控制过程和原理，通过稍加改动，你还可以设计出应用其他方面的控制系统吗？请用方框图表示你的设计想法。,电机,自动门,控制电路,门的开启,或关闭,人体,热辐射,转动,红外传感器,扩展思考根据自动门控制系统控制过程和原理，通过稍加改动，你还,43,对“婴儿尿湿报警器”分析与扩展思考,“婴儿尿湿报警器”控制系统是怎样工作的？如何用方框图表示？,根据婴儿尿湿报警器的控制原理，通过稍加改动，你还可以设计出应用在哪些方面的控制系统？请用方框图表示你的想法。与前面的“自动门”相结合，你又可以设计出一个怎样的控制系统？,尿,湿度传感器,控制电路,铃声发生器,扬声器,铃声,对“婴儿尿湿报警器”分析与扩展思考“婴儿尿湿报警器”控制系统,44,控制系统方框图：,在控制系统中，为了分析方便，常采用方框来表示系统的环节，用单向信号线来表示系统信号传递的方向，这种图称为控制系统的方框图。,控制系统方框图的作用：,表示系统各个环节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。,输入量,控制器,执行器,被控对象,输出量,(控制量),(给定量),(被控量),输入量,:如游泳池的设定时间;输出量:游泳池的水位,控制系统方框图：在控制系统中，为了分析方便，常采用方框来表示,45,例,:,电子门铃的开环电子控制系统,用手按动按钮开关,输入一个触发信号,音乐集成电路经过触发后工作,产生一组载有”音乐”的电信号,.,扬声器将电信号转变为音乐声,.,输出的音乐声的变化对系统的控制状态并不产生影响,即不存在反馈,.,输入:,控制(处理):,输出:,特点:,例: 电子门铃的开环电子控制系统 用手按动按钮开关,输入,46,分析下列电子控制系统中的被控对象、被控量、控制器和它们的工作过程的共同点,:,扬声器,音乐声,音乐集成电路,路灯,光的变化,电子电路,锁舌,锁舌的运动,集成电路,电子音乐门系统,路灯自动控制系统,电子锁,自动门,被控对象,被控量,控制器,集成电路,门,门的开关,分析下列电子控制系统中的被控对象、被控量、控制器和它们的工作,47,闭环控制系统,闭环控制系统,48,反馈,控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程，就是,反馈,。,投篮,控制器（大脑）,执行器（手）,被控对象（篮球）,篮球实际投掷的位置,监测装置（眼睛）,篮圈的位置,+,-,（,1,）什么是反馈,控制器（大脑）,执行器（手）,被控对象（篮球）,篮球实际投掷的位置,监测装置（眼睛）,篮圈的位置,+,-,投篮,控制器（大脑）,执行器（手）,被控对象（篮球）,篮球实际投掷的位置,监测装置（眼睛）,篮圈的位置,+,-,投篮,控制器（大脑）,执行器（手）,被控对象（篮球）,篮球实际投掷的位置,监测装置（眼睛）,篮圈的位置,+,-,投篮,控制器（大脑）,执行器（手）,被控对象（篮球）,篮球实际投掷的位置,监测装置（眼睛）,篮圈的位置,+,-,投篮,控制器（大脑）,执行器（手）,被控对象（篮球）,篮球实际投掷的位置,监测装置（眼睛）,篮圈的位置,+,-,反馈 控,49,从反馈来看，闭环控制系统就是指在系统的输出端与输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生影响的控制系统。闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量（输出量）的偏差。,由于某种干扰因素的存在，系统的被控量偏离给定,值,时，闭环控制系统中的反馈环节能及时检测出被控量的值，并迅速反馈到输入端，与给定值进行比较，控制器根据比较得到的偏差信号进行调节，从而使系统的被控量接近给定值，达到精确控制的目的。所以，一个闭环控制系统，能够克服外界干扰，使被控量控制在给定,值,附近。,供水水箱的水位自动控制系统,加热炉的温度自动控制系统,从反馈来看，闭环控制系统就是指在系统的输出端,50,游泳池,进水阀门,控制器,给定水位,水流量,游泳池的水位,（输出）,检测装置,比较器,+,-,闭环控制系统,简单闭环控制系统的方框图：,被控对象,执行器,控制器,给定量,控制量,被控量,检测装置,比较器,-,+,+,+,游泳池进水阀门控制器给定水位水流量游泳池的水位（输出）检测装,51,小 结,控,制,系,统,开环,闭环,控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响,系统的输出量,仅受,输入量控制，输入量到输出量之间的信号是,单向传递,系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响,输出量到输入量之间的信号形成一个回路,小 结控开环闭环控制系统的输出量不对系统的控制产,52,开环控制系统方框图,执行器,被控对象,控制器,输出,输入,控制量,传感器,闭环控制系统方框图,被控对象,执行器,控制器,给定量,控制量,被控量,检测装置,比较器,-,+,+,+,开环控制系统方框图执行器被控对象控制器输出输,53,1、干扰因素,干扰,就是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，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。,干扰对控制功能的影响,克服干扰的基本方法,1,、消除干扰,2,、减弱干扰,3,、提高控制系统性能,1、干扰因素干扰就是对控制系统的行为造成影响的有害的信号及扰,54,2、反馈,1,、什么是反馈,控制系统中，输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈,。,2,、,系统工程最重要的定理是反馈原理。一个系统要让它安定运行下去必须有反馈系统。反馈有两种，一种是叫正反馈，一种叫负反馈。系统在运行中不断会受到周围信号的干扰，正反馈的作用是把这些干扰信号放大到无限大，让这个系统崩溃。负反馈的作用是把这些信号缩小到最小，让它不影响系统的安全运行，让系统处于一个稳定状态。,2、反馈1、什么是反馈,55,高中通用技术控制与设计教材课件,56,瓦特式速度调节器原理1,瓦特式速度调节器原理1,57,闭环控制系统的工作过程,从反馈看，闭环控制系统就是指在系统的输出端与输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生影响的控制系统。闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量的偏差。,闭环控制系统与开环控制系统的比较,开环控制系统本身不能对被控量进行调整和补偿。,由于某种干扰信号的作用使输出信号出现非正常状态时，系统本身没有自动纠正能力，必须借助与人工。,闭环控制系统则不然，不论何种原因造成系统的输出量偏离给定量，闭环控制系统都会产生控制作用来减小这一偏差。,闭环控制系统的工作过程,58,3,、,控制系统的分析方法,功能模拟方法,以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟原型的功能和行为的方法 。,3、控制系统的分析方法功能模拟方法,59,黑箱方法,通过对系统的输入与输出的关系的研究推断系统内部结构和功能的方法，通过观测黑箱外部的输入信息(外界对黑箱的影响)和输出信息(黑箱对外界的反应)研究和认识其功能、特性、结构、机理。,黑箱方法,60,