丰和技术与设计二课件

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,*,第一单元 结构与设计,第,一节 常见结构的认识,第,二节 稳固结构的探析,第,三节 简单结构的设计,第,四节 经典结构的欣赏,第一节 常见结构的认识,学习目标：,1,、了解结构的含义,2,、从力学的角度理解结构的概念和一般分类,3,、能结合简单的结构案例，分析结构是如何承受力的,学习内容：,一、无处不在的结构,二、结构与力,三、结构的类型,一、无处不在的结构,1,、,结构,指事物的各个组成部分之间的,有序,搭配和排列 （,P2,图例）,结构与各领域的关系,:,结构与自然界,自然界动植物中存在各种各样的结构为人类所服务 （,P3,案例分析,）,结构与技术领域,结构影响物体的性质和功能 （,P4,阅读,:,魁北克大桥的坍塌,）,结构与社会领域,人事结构、环境布局、文章结构等,二、结构与力,1,、,结构,（力学角度）,：,可承受一定力的架构形态,2,、,作用：,可以抵抗能引起形状和大小的改变,完成：,P6,连线,1,拉力,2,压力,3,剪切力,4,扭转力,5,弯曲力,A,作用与物体,使它产生弯曲,B,两个距离很近,大小相等方向相反且作用于同一物体上的平行力,C,挤压物体的力,D,物体所受的拉拽力,E,反方向向物体两端均匀施力,使物体发生扭转形变力,三、结构的类型,1,、,实体结构：,结构体本身是实心的结构,特点：,外力分布在整个体积中 如大坝、墙体等,2,、,框架结构：,结构体由细长的构件组成的结构,特点：,支撑空间而不存满空间 如脚手架、支撑架等,3,、,壳体结构：,层状的结构,特点：,外力作用在结构体的表面上 如头盔、贝壳等,指出表中物体的结构类型,在对应栏下打”,”,并写出受力特点,物体结构,实体结构,框架结构,壳体结构,组合结构,受力特点,栅栏,圆形陶瓷装饰品,冰山,高层建筑的穹顶,钢化玻璃锅盖,竹排,汽车外壳,人的头盖骨,古罗马斗兽场,小 结,常见结构的认识,一、无处不在的结构,结构的概念及作用,结构与各领域的关系,二、结构与力,结构、构件、内力与应力的概念,结构的受力分析（拉力、压力、剪切力、弯曲力和扭转力）,三、结构的类型及其受力特点,实体结构,框架结构,壳体结构,回忆一下,1,、,结构 ？,指事物的各个组成部分之间的,有序,搭配和排列。,2,、,有哪些典型的结构？,实体结构（墙壁、铅球）,框架结构（埃菲尔铁塔、脚手架）,壳体结构（头盔、高压锅盖）,小实验,1.,你能把粉笔稳定的立在讲台上吗？,2.,如果上面再放上一个粉笔盒还能稳定吗？,3.,至少要几根粉笔才能支撑起粉笔盒？,1.,你认为哪种结构更稳定呢？,2.,请你对结构的稳定性下个定义？,课本的定义：,结构的稳定性是指,结构在负载的作用下维持起原有平衡状态的能力。,第二节 稳固结构的探悉,学习目标,:,1.,能通过技术试验分析影响结构稳定性的因素,2.,理解结构与稳定性的关系,一、结构与稳定性,马上行动,:,添写下表,现象,原因分析,影响因素,姚明跑快容易跌倒,倒立的瓶子震动翻倒,半个陀螺不能转动,运动中稳定性差,静止中稳定性差,运动中稳定性差,支撑面小,结构的形状,重心太高,2,、影响结构稳定性的主要因素,重心位置的高低,以及结构与地面接触所形成的,支撑面的大小,和,结构的形状,等。,阅读,P11-P12,完成下列问题：,1.,静止的物体，如果重心所在的垂线落在结构（ ），就是稳定的，不会出现倾倒。,2.,结构与地面接触所形成的支撑面越（ ）稳定性越好。,3.,结构的形状不同，其稳定性也不同，（ ）的结构是工程中常见的结构类型。,大,结构底面范围内,三角形,练习：,阅读课本,13,页案例分析仿照案例完成题目：,根据课本摩托车的支架图分析：,支撑点与地面构成的几何形状：,三角形,前后车轮与地面的接触：,后轮着地,重心位置：,重心位于支架两脚与后轮构成的三角形内,稳定情况：,三角形越大稳定性越好。,探究,生活中我们有这样的经验，一个物体要有三个支撑点才能稳定，如果两个就会倒下。但是，自行车骑起来只有两个支撑点，为什么不会倒下。,旋转的物体都有维持旋转轴稳定的能力。,课堂延伸,除了重心位置高低、结构与地面接触的支撑面大小和结构的形状外。你认为还有那些因素影响结构的稳定性？试举例说明。,一方面人们利用稳定的结构抵抗外力、承受载荷，另一方面又利用不稳定的结构实现某些功能，你能列举出一些例子吗？,课堂思考,小结,1.,结构的稳定性？,结构在负载的作用下维持起原有平衡状态的能力,2,.,影响结构稳定性的因素有哪些？,重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大小、结构的形状等。,作业,思考,P15P16,小实验一、二的结论，并尝试用本节知识验证这两个结论。,二、结构与强度,1,、结构的强度：,结构具有的抵抗被外力破坏的能力,马上行动,事件,结果,原因,分别在一根竹竿和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂同质量的重物,沿着垂直于中心线的方向撞击一根完整的钢管与用同样的方法撞击一根中间有焊接缝的钢管,2,、影响结构强度的主要因素：,结构的形状,结构的材料连接,A,铰连接：,被连接的构件在连接处不能相对移动，但可以相对转动。如：松螺栓、松铆等,B,刚连接：,被连接的构件在连接处既不能相对移动也不能相对转动。具体有胶接、焊接、榫接等。如,:,固定铁床架的连接、不可移动的桌腿与桌面的连接等,马上行动,P20,在自行车各部件之间的连接中，,三脚架属于,连接,；,刹车连杆之间属于,连接,；辐条与钢圈之间属于,连接,三、结构与功能,1,、结构对事物的功能和作用产生直接的影响,2,、结构的改变可能导致功能的改变,P21,案例分析,P22,探究,小 结,稳固结构的探悉,一、结构与稳定性,结构的稳定性,影响结构稳定性的主要因素,二、结构与强度,结构的强度,影响结构强度的主要因素,三、结构与功能,第三节 简单结构的设计,学习目标,:,熟悉设计一个简单结构应考虑的主要因素,能确定一个简单对象进行结构设计,并绘制设计图纸,做出模型或原形,学习内容：,一、结构设计应考虑的主要因素,二、简单结构的设计案例,一、结构设计应考虑的主要因素,1,、结构设计的目标及要求,结构设计应以一种或几种功能的实现为基本目标，应满足设计规范，满足使用者的基本需要,P24,及,P25,阅读与马上行动,列出你所知道或听说过的关于结构设计类的国家标准或规范,生活中：,工农业生产中：,2,、结构设计应考虑的主要因素,稳定性和强度、安全因素、经济因素、审美需求、个性化需要、成本控制和使用寿命等,在工程的结构设计中应考虑结构的,安全性、适用性和耐久性,结构设计,美观,稳定性,强度,成本,功能,人的个性化需求,寿命,安全,P25,案例分析,P26,马上行动,在户外广告牌的结构设计中，应该考虑其抗风性能，以减小正面风的压力。请你就户外广告牌设计中的抗风问题，提出两种以上可行的方案,设计方案,内 容,实现的方式、方法、途径,方案,1,方案,2,方案,3,二、简单结构的设计案例,以简易相片架为例说明简单结构的设计过程与方法,设计项目：,简易相片架,设计要求：,设计分析：,设计准备：,方案,A B C,P29,马上行动及探究,第四节 经典结构的欣赏,学习目标：,学会观察结构的实用性和美,能从技术和文化的角度欣赏并评价典型结构的设计案例,赏析结构设计作品的角度,:,技术与文化,技术的角度主要有,:,结构的使用功能的实现,结构的稳固耐用,结构造型设计的创意和表现力,材料使用的合理性,工艺制造的精湛程度等,文化的角度主要有,:,结构的文化寓意与传达,公众认可的美学原则,反映的时代、民族、习俗方面的特征,结构的个性特征等,案例分析一,赵州桥,技术角度：,1,功能,2,结构设计,3,技术施工,文化角度：,案例分析二,飞 檐,技术角度：,1,功能,2,结构设计,3,技术施工,文化角度,经典建筑设计欣赏,土耳其伊斯坦布尔清真寺,法国凯旋门,英国白金汉宫,罗马竞技场,印度姬陵,本单元小节（,P34,）,结构对自然界、技术领域和社会领域具有普遍意义。,从力学的角度看，结构是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力, ,结构的牢固、稳定、简约、和谐、美观是结构设计不变的追求,第二单元流程与设计,第,一节 生活和生产中的流程,第,二节 流程的设计,第,三节 流程的优化,第一节,生活和生产中的流程,学习目标：,通过对典型的工作流程和生产工艺流程案例的分析，理解流程中环节和时序的意义,学会了解流程的含义及其对生活、生产的意义,阅读简单的流程图,学习内容,：,一、认识流程,二、生活与流程,三、生产与流程,一、认识流程,一、流程的含义与意义,、时序：,时间上的先后顺序,马上行动,:,请列举生活中时序不可颠倒的事例,并说明理由,时序不可颠倒的事例,理 由,1,2,3,4,、环节,:,完成某个具体目标、组成某项生产或某个活动过程的若干阶段或小的过程称为环节。,马上行动,：填写新生入学环节及具体事项,起床,洗漱,早读,早餐,早操,上课,环 节,具 体 事 项,1,、,、,、,、流程：,一项活动或一系列连续有规律的事项或行为进行的程序,纸币的印制流程，基本上是按照如下的工序展开的：,设计纸币图制作雕版制作印版,印号码凹凸版印刷胶版印刷,检查大张裁成单张检查单张,进仓库包装放箱统计数量,马上行动,二、流程的表达,流程图（文字、表格、图示）、模型表达、动画演示等,五四表彰大会会议的议程。,第一项：奏国歌、唱团歌。第二项：诗朗诵：我心中的团旗。第三项：宣读表彰决定，颁奖。第四项：入团宣誓仪式。第五项：成人宣誓仪式。第六项：大会发言。,第七项：领导讲话,图示表达,马上行动及思考,二、生活与流程,科学合理的流程,可以指导我们正确的做事,提高工作和学习的效率,使我们的生活变得有序、合理,为我们的安全提供保障。,案例分析及马上行动,P44,归纳流程对于日常生活的意义，并举出例子,提高生活效率：,使生活变得有序合理：,使生活更为安全：,减少生活中的盲从：,三、生产与流程,1,、对于生产过程：,加工流程、组装流程、包装流程、质量检查流程、安全生产流程等,2,、对于企业经营过程：,原材料采购流程、市场销售流程、财务工作流程等,3,、用运科学合理的流程可以有效的组织生产、提高生产效率、保证安全生产、保护环境等。,案例分析：,软皮椅的生产流程,P45,阅读：,自动化生产流水线,P46,案例分析：,连续式淬火的工艺流程,P47,案例分析：,李龙飞的庄稼为什么颗粒无收,P48,阅读：,流程型行业的特点、分布范围,P48,第二节流程的设计,学习目标：,学会分析流程设计应考虑的基本因素,能画出流程设计的框图,能对生活、生产中的简单事项进行流程设计,学习内容：,一、流程设计要考虑的基本因素,二、流程设计的步骤,三、流程设计举例,一、流程设计要考虑的基本因素,、流程设计的目标与要求,1,、工作和生活方面的流程设计：,节省时间、提高工作功效、提高工作质量等目标。,2,、生产活动的流程设计：,提高效率、提高质量、节省资源、安全生产、提高经济效益、提高管理水平等方面明确设计的目标。,2,、流程设计中的基本因素,生产活动的流程设计的基本因素主要有：,材料：,不同的材料有不同的加工处理方法,工艺：,不同产品的工艺要求各异流程设计也不同,设备：,生产设备的水平决定了流程的自动化水平,人员和资金：,人员的技术水平和必要的资金影响生产的过程、质量和周期，是进行流程设计必须考虑的因素,环境：,生产过程对环境的污染以及环境对生产的反作用，是流程设计时应关注的重要因素,。,案例分析及马上行动,二、流程设计的步骤,首先：,要明确设计的目标和任务，明确流程所应遵循的内在变化规律。,其次：,要分析现有材料、设备、资金、人员工艺和环境等因素。,再次：,列出流程涉及的主要事项，并进行初步的排列。,然后：,分析各事项（步骤）之间先后顺序，合理的安排流程的时序和环节。,最后：,选择一种合适的表达方式画出流程图，对于有严格时间要求的时序，要标注时间。,确定目标,明确任务,修改方案,分析基本因素,明确注意事项,(,步骤,),确定时序,划分环节,画出,(,或修改,),流程图,结束,能否达到,目的要求,是,否,三、流程设计举列,案例分析：小铁锤的加工流程（,P52,）,第三节 流程的优化,学习目标：,理解流程优化的意义及主要内容。,理解流程优化与设备、材料等之间的关系。,能概括某种简单生产流程优化过程应考虑的主要问题。,能对生产生活中的简单事项进行流程的改进设计，并用文字或图表说明流程设计方案的特点或优越之处。,学习内容：,一、流程优化的内容,二、流程优化的条件,一、流程优化的内容,流程优化涉及到：,工期优化、成本优化、技术优化、质量优化,等,流程的优化应在综合考虑各项指标的基础上，抓住主要矛盾，突出重点指标的优化，综合权衡，以达到整体优化的目的。,案例分析及马上行动：工期优化,P54,案例分析及马上行动：工艺优化,P55,案例分析及马上行动：成本优化,P56,二、流程优化的条件,流程的改进和优化需要一定的条件：,它建立在设备和工艺水平提高的基础上,建立在对流程内在机理进一步研究的基础上,马上行动,P57,阅读,P58,小试验,58,阅读,P59,本单元小节,P60,流程是一项活动或一系列连续有规律的事项或行为进行的程序。,第三单元 系统与设计,第一节 系统的结构,第二节 系统的分析,第三节 系统的设计,第一节,系统的结构,学习目标：,从应用的角度理解系统的含义,通过简单的系统的案例分析，理解系统的基本特性,学习内容：,一、什么是系统,二、系统的类型,三、系统的基本特性,一、什么是系统,系统：,有相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体，称为系统。,构成系统的三个条件：,至少要有两个或者两个以上的要素才能组成系统,要素部分之间相互联系、相互作用，按照一定方式形成一个整体,这个整体具有的功能是各个要素的功能中所没有的,讨论,:,车把的作用,:,脚蹬的作用,:,链轮和链条的作用,:,前后车轮的作用是,:,车闸的作用是,:,分析出现下列情况时,可能会导致的后果,车闸的橡皮松了,:,车把固定螺钉松了,:,链条断了,:,车轮的辐条断了,:,控制自行车的方向,将人脚踩的力传递到链轮链条上,将动力传递到后轮,驱动自行车行走,车轮的滚动带动自行车整体行进,控制自行车速度,刹车不灵,使自行车方向不好把握,车无法前进,车圈受力不均变形,马上行动,：（,P65,）,请指出下列系统分别由哪些要素组成,并说出相互之间有怎样的联系,系统的名称,组成要素,(,部分,),台灯,教室多媒体,手表,缝纫机,灯座、灯泡、灯罩、电线和开关,电脑、投影仪、展示台、音响、屏幕等,表壳、表芯、表带等,机头、面板、脚踏、皮带轮等,系统有大有小，有复杂有简单。对于教大型的和比较复杂的系统，根据一定的标准可划分为若干子系统,马上行动：自行车的子系统,自行车,传动子系统：脚蹬、链轮、链条等,制动子系统：刹车柄、车闸、连接线等,承重子系统：车架、鞍座、后车座等, ,二、系统的类型,系统是普遍存在的，也是多种多样的。根据需要可以对系统进行不同的分类。,自然系统：,指自然形成的系统（如生态系统）,人造系统：,由人工制造加工而成的系统（如计算机系统和机械传动系统）,实体系统：,是实物形态的（如生物系统、机械系统）,抽象系统：,是非实物形态的（如哲学系统）,还可以分为：,静态系统与动态系统、开放系统与封闭系统等,马上行动,（,P67,）,请分别列举以下系统的,23,个事例,工业生产方面的系统：,农业生产方面的系统：,军事方面的系统：,教育方面的系统：,三、系统的基本特性,整体性：,系统的最基本特性，也是观察和分析系统最基本的思想方法,系统是一个整体，它不是各个要素（部分）的简单相加，系统的整体功能是各要素（部分）在孤立状态下所没有的,系统的任何一个要素发生变化或出现故障时，都会影响其他要素或整体的功能发挥,系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和,二、相关性：,指组成系统的各要素之间或系统整体与部分之间的相互作用相互联系。,三、目的性：,任何系统都有某种目的，都要实现一定的功能，也是区别不同系统的标志。,四、动态性：,任何系统都是一个动态的系统，永远处在运动变化和发展之中。,五、环境适应性：,任何一个系统都与所处的环境有物质、能量和信息的交换。所以系统必须具备环境适应能力。,马上行动（,P73,）,谈谈“春捂秋冻”的道理：,家用电冰箱为什么不能紧贴着墙放置，而应与墙保持一定的间距？,请列举在工程技术中通过系统的调节以适应环境变化的事例,人自身就是一个系统，春天穿多一些是对冬天的一种适应和衔接，秋天穿少一点是对夏天气候的衔接和向冬天过渡的一种准备。两者都是为了使人的身体逐渐适应外界气温的变化而不至于生病。,春不减衣，秋不加帽,其目的是为了有一个适当的散热空间，以保持其正常工作,事例,外界环境的变化,系统通过调节，适应环境变化,第二节,系统的分析,学习目标：,初步掌握系统分析的基本方法,理解系统优化的意义，能结合实例分析影响系统优化的因素,学习内容：,系统分析及其一般步骤,系统的优化,一、系统分析及其一般步骤,什么是系统分析：,为了发挥系统的功能，实现系统的目标，运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验，并在此基础上拟定一套有效的处理步骤和程序，或对原有的系统提出改进方案的过程，就是系统分析。,系统分析的特点是完整地而不是零星地处理问题。,借助系统分析，可以正确的提出整体目标，恰当的选择方案，科学地确定行动的方略。,案例分析（,P77,）汉字激光照排系统,系统分析的一般步骤,明确问题，设立目标,明确所要研究问题的性质,和范围，提出所要达到的目,标，明确约束条件,收集资料，制定方案,收集相关资料，制定解决问题的,各种备选方案，预计可能产生的,各种结果,分析计算，评价比较,对资料和数据做必要,计算，进行各子系统的分析，,再进行系统的整体分析，将各种方案,进行评价对比，选择最佳,方案,检验核实，做出决策,如果对方案不够满意,还可以按上述程序反复,进行，直到获得满意,的方案为止,系统分析的主要原则,整体性原则：,系统分析首先要着眼于系统整体，要先分析整体，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全过程，再看某一个阶段；先看长远，再看当前,科学性原则：,一方面要有严格的工作步骤，另一方面应尽可能地运用科学方法和数学工具进行定量分析，使决策的过程和结果更具说服力。,综合性原则：,系统分析总是为实现系统目标服务的。这就需要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。,系统分析还需要考虑设计方案出台所带来的后果。,在某些情况下，综合若干方案的优点，会取得意外效果,二、系统的优化,系统的优化：,是指在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）,案例分析：,农作物种植系统的优化,农业间作套种,案例分析：,利润问题,阅读：,数学模型,案例分析：,装修施工的组织优化,第三节 系统的设计,学习目标：,通过简单系统的设计案例的分析，初步学会简单系统设计的基本方法,确定一个生活或生产中的简单对象，根据设计要求完成系统的方案设计,学习内容：,一、系统的设计,二、简单系统的设计实现,一、系统的设计,系统的设计：,对系统进行调查分析、筹划研究、评价实施、运用改善等直到完成一个能协调工作的实际系统，这一过程就是系统设计。,1,、系统设计应考虑的主要问题,A,、系统设计的目的与要求,B,、系统各部分之间的相互联系与相互作用,C,、系统设计方案的优化,马上行动：,为坐落在山里的村庄策划一个筑路工程设计方案，需要筹划：资金分配、人员调配、地质勘探、路向选择、材料购置、施工进度等。,从系统设计的思路出发，怎样理顺这些关系？,2,、系统设计的一般步骤：,将系统分解为若干子系统,确定各子系统的目标、功能及相互关系,对子系统进行技术设计和评价，对系统进行总体技术设计和评价等,第一、要实现的总体目标是安全、经济、快速的完成筑路施工,第二、要选择好筑路技术设计方案，如公路要越过两座山坡，是穿隧道还是绕行。,第三、要考虑工期、人员、材料的具体安排方案，降低材料成本，减少材料浪费，在不增加过多人工的前提下，提高工程进度,二、简单系统的设计的实现,案例分析：,手电筒照明供电部分的设计,案例分析：,室内住宅电气系统的设计,作业,1.,什么是系统？,2.,系统的三个条件？,3.,系统的基本特性？,4.,系统分析的原则？,第四单元 控制与设计,第一节 控制的手段与应用,第二节 控制系统的工作过程与方式,第三节 闭环控制系统的干扰与反馈,第四节 控制系统的设计与实施,第一节 控制的手段与应用,学习目标：,理解控制的含义,了解控制的手段,理解控制在生活和生产中的应用,学习内容：,一、控制的手段,二、控制的应用,一、控制的手段,事物的发展与变化多种多样，如果人们想达到某一特定的目的，就必须借助适当的手段来实现。,马上行动：,指出下列事物发展与变化的多种可能性,在座的高三学生：,刚出生的婴儿：,一叶树叶：,控制,：,人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制。,马上行动：找出自行车中存在的各种控制现象,升入大学,复读再考,步入社会,不幸夭折,遗臭万年,名垂青史,随风飘舞,化做枯叶,寄托相思,刹车控制,速度控制,方向控制,控制现象中要明确：控制的,对象,、控制要达到的,目的,以及采取控制的,手段,马上行动：（,P97,）填写下表,案例分析：,从手摇扇到空调器,马上行动：,写出人工控制和自动控制的事例,人工控制：,自动控制：,控制事例,控制的对象,控制的目的,控制的手段,音响音量的控制,音 响,音量的调节,旋转音量旋钮,风扇转速控制,电风扇,调节速度,换档,水龙头流量的控制,水龙头,调节水流大小,旋转阀门,人工纺纱、电灯开关、扫地打水、汽车驾驶,数控机床、饮料自动灌装生产线、红绿灯、遥控装置,二、控制的应用,控制的应用涉及到社会生产生活的各个领域,控制应用到生活中，提高了人们的生活质量,控制在生产中得到了极为广泛的应用,控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用,了解以上相关事例,第二节 控制系统的工作过程与方式,学习目标：,分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程,熟悉闭环控制系统的基本组成，能画出一个简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器的作用,学习内容：,一、控制系统,二、开环控制系统,三、闭环控制系统,一、控制系统,自行车行使速度的控制,电风扇风速的控制,脚踩的力,（输入）,脚蹬、曲柄、链轮,中轴、链条、飞轮,自行车行驶的速度,（输出）,电风扇风速的档位,（输入）,电机、扇叶,风速,（输出）,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,控制系统,。,通常分为,开环控制系统,和,闭环控制系统。,马上行动：,指出表中所列事例是否属于控制系统，如果是请指出系统的输入、输出分别是什么,是否属于控制系统,输 入,输 出,电饭煲,脱粒机,红外线自动水龙头,是,接通电源的电信号,锅内的温度,是,接通电源的电信号,脱粒机脱粒的量,是,红外装置检测到人手发出的信号,水量,二、开环控制系统,控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为,开环控制系统,特点：,输出量直接受输入量的限制,案例分析：,自动门的控制系统,马上行动：,列出你所知道的开环控制系统,如：自动声控灯、自动烘手机、直流电动机、数控机床等,控制系统的方框图,：,用,方框,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。,对于开环控制系统，通常可以用下面的方框图来描述,案例分析（,P104,）：,水泵抽水控制系统,控制器,:,即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件,如控制电路,执行器,:,即直接对被控对象进行控制的装置或元器件,如进水阀门,控制量,:,即执行器的输出信号,水量,被控对象,:,即控制系统中所要求控制的装置或生产过程,如游泳池,马上行动,：（,P104,）,输入量,控制器,执行器,控制量,被控对象,输出量,接通电源,（输入）,电机,水泵,水流量,水管,水管排水,（输出）,三、闭环控制系统,系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为,闭环控制系统,特点：,与开环系统比增加了一个能对输出量进行检测的装置，使输出量能反馈到输入端并与给定量比较，构成一个闭合回路。从而使输出量稳定在给定的范围内。,各环节的作用：,比较器,它将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差。,控制器,将这一偏差值进行运算处理，并向执行器下达控制指令,执行器,根据指令对被控制对象进行控制。,游泳池水位控制系统的方框图,:,简单闭环控制系统的方框图,:,给水定位,控制器,进水阀门,游泳池,水流量,泳池水位,检测装置,给定量,比较器,控制器,执行器,被控制对象,比较器,被控量,检测装置,控制量,马上行动,:(P106),判断下列控制系统是否属于闭环控制系统,画出方框图,.,控制系统,是否属于,闭环系统,方 框 图,家用缝纫机的,缝纫速度控制系统,电冰箱的温度控制系统,走道路灯的声光控制系统,红绿灯自动控制,第三节 闭环控制系统的干扰与反馈,学习目标：,能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素，并作分析。,熟悉闭环控制系统中反馈环节的作用,熟悉闭环控制系统的工作过程,了解功能模拟方法和黑箱方法在控制系统中的应用,学习内容：,一、干扰因素,二、反馈,三、功能模拟方法,四、黑箱方法,一、干扰因素,在控制系统中，除输入量（给定量）以外，引起被控量变化的各种因素称为,干扰因素 引起原因：人为 环境,马上行动：,在电冰箱的温度控制系统中，下列情况是否属于影响其温度控制的干扰项,A,开电冰箱的门,B,电冰箱所处环境温度骤变,C,把热饭菜放入电冰箱中,D,在电冰箱外放一盆冷水,思考：,指出下列控制系统中，可能存在哪些干扰因素,对干扰因素的利用可以实现某种目的，生活中哪些干扰因素可以利用？如何利用？,控 制 系 统,干 扰 因 素,自动扶梯的升降控制系统,利用滑轮组提升重物的控制装置,蔬菜大棚的温度控制,二、反馈,反馈：,在控制系统中，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。,反馈方法：,利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法，称为反馈方法。,案例分析：投篮,控制器,（大脑）,执行器,（手）,被控对象,（篮球）,篮圈的位置,篮球实际投掷的位置,检测装置（眼睛）,闭环控制系统的工作过程：,闭环控制系统中的反馈环节检测出，由于某种干扰因素的存在，而使系统的被控量与给定值产生的偏差，并迅速反馈到输入端，与给定值进行比较，控制器再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,。,案例分析：,供水水箱的水位自动控制系统,案例分析：,加热炉的温度自动控制系统,闭环控制系统与开环控制系统的比较：,开环控制系统结构简单，适用于控制精度要求不高而系统本身的元件又比较稳定的场合,闭环控制系统的设计麻烦结构复杂，构成控制系统成本高，用于要求高精度和高可靠性的场合。,控制论,控制论：,就是研究如何利用控制器，通过信息的变换和反馈作用，使系统能自动按照人们预定的程序运行，最终达到最优目标的学问。它是,自动控制、通讯技术、计算机科学、数理逻辑、神经生理学、统计力学、行为科学等,多种科学技术相互渗透形成的一门横断性学科。它研究生物体和机器以及各种不同基质系统的通讯和控制的过程，探讨它们共同具有的信息交换、反馈调节、自组织、自适应的原理和改善系统行为、使系统稳定运行的机制，从而形成了一大套适用于各门科学的概念、模型、原理和方法,控制论是具有方法论意义的科学理论。,控制论的理论、观点，可以成为研究各门科学问题的科学方法，这就是撇开各门科学的质的物点，把它们看作是一个控制系统，分析它的信息流程、反机制和控制原理，往往能够寻找到使系统达到最佳状态的方法。这种方法称为控制方法。,控制论的主要方法有,控制方法、信息方法、反馈方法、功能模拟方法和黑箱方法等。,信息方法,是把研究对象看作是一个信息系统，通过分析系统的信息流程来把握事物规律的方法。,反馈方法,则是动用反馈控制原理去分析和处理问题的研究方法。,功能模拟法,用功能模型来模仿客体原型的功能和行为的方法。,黑箱方法（又称系统辨识）,通过考察系统的输入与输出关系认识系统功能的研究方法。,白箱方法,研究系统的可观性和可控性，通过定量分析找出两者之间的关系。,三、功能模拟方法,功能模拟法,用功能模型来模仿客体原型的功能和行为的方法。（,以功能和行为的相似性为基础,用“模型”模拟“原形”的功能和行为的方法，就是功能模拟法）,所谓功能模型就是只以功能行为是相似为基础而建立的模型。,如猎手瞄准猎物的过程与自动火炮系统的功能行为是相似的，但二者的内部结构和物理过程是截然不同的，这就是一种功能模拟。,功能模拟法为仿生学、人工智能、价值工程提供了科学方法,四、,黑箱方法,黑箱方法（又称系统辨识）,通过考察系统的输入与输出关系认识系统功能的研究方法。,它是探索复杂大系统的重要工具。系统辨识是在输入、输出的基础上，从一类系统中确定一个与所测系统等价的系统。,黑箱就是指那些不能打开箱盖，又不能从外部观察内部状态的系统。黑箱方法也是控制论的主要方法。,具体是：首先给黑箱一系列的刺激（系统输入），再通过观察黑箱的反应（系统输出），从而建立起输入和输出之间的规律性联系，最后把这种联系用数学的语言描述出来形成黑箱的数学模型。,黑箱方法不涉及复杂系统的内部结构和相互作用的大量细节，而只是从总体行为上去描述和把握系统、预测系统的行为，这在研究复杂系统时特别有用。,第四节 控制系统的设计与实施,学习目标：,了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计的方案。,能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；或者根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。,学习内容：,一、控制系统设计的一般思路,二、控制系统的设计与实施案例,一、控制系统设计的一般思路,需要明确：,系统要达到的目标是什么？,控制的对象是什么？,被控对象的特性有哪些？,被控量和控制量分别是什么？,外界的主要干扰因素有哪些？,怎样的方案既达到目的、又经济、易于实现？,如何选择设备和元件？,控制系统的设计方案还包括：,画出必要的设计图纸（控制电路设计或系统结构设计）和实施图纸、撰写设计说明书等,控制系统设计,明确控制的目的,实施控制系统所需,的设备、元件等,确顶被控量、控制量,分析主要的干扰因素,分析被控对象,的主要特性,控制系统的方案选择,控制系统的调试,运行和评价,系统的 成本分析, ,开环控制系统的设计,例：普通电风扇控制系统的设计,被控对象,电风扇；,被控量,电风扇输出的风速；,控制量,电机的转速；,案例分析,（,P119,）,例：电吹风控制系统的设计,被控对象,电吹风；,被控量,风的速度和温度；,控制量,电机的电压；,干扰因素,房间温度、电源电压的波动,；,闭环控制系统的设计,闭环控制系统的基本要求：,闭环控制系统必须是稳定的；,系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内；,要有较好的抗干扰性能；,案例分析：（,P120,）,二 、控制系统的设计实施案例,升旗简易控制装置的设计,作业,1.,什么是控制,?,2.,有哪两种控制系统,?,并简要介绍,?,3.,控制论的主要方法有哪些,?,