资源描述
一、常见的结构的认识：（一）、结构是指事物的各个组成部分之间的( )搭配和排列。举例时要拓展自己的想像！（从自然界拓展到技术领域和社会领域）1、自然界：天体结构、植物的结构、动物的结构。【练习】：请举例：生产生活中还有哪些产品的结构是受到自然界事物结构的启发而产生的？如：锯子（植物的叶）潜水艇（鱼）雷达（蝙蝠）等2、技术领域：汽车的结构、微机的结构、数字控床的结构 （案例： 魁北克大桥的坍塌P4）3、社会领域：教育管理系统的结构、通用技术的学科结构、课堂教学结构。 （二）、结构与力再回归到力学角度讲，结构是指可以承受一定（ ）的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。【练习】：请列举身边的结构事例：自行车轮，篮球，球拍等。1、内力：当一个结构受到外力作用时，内部各质点之间的相互作用会发生改变，产生一种抵抗的力，称为内力。在工程上我们常用到应力：是构件的单位横截面上所产生的内力。用公式表示应力为：= F/s , 其中 ,F 是内力 ,S 是受力面积 , 是应力。提问：应力单位呢？2、构件的基本受力形式： 拉力：物体所承受的拉拽力。 压力：挤压物体的力。剪切力：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的力（撕纸）。 扭转力：反方向向物体两端均匀施力，使物体发生扭转形变的力。弯曲力：作用于物体，使它产生弯曲的力。【练习】：列举你身边的五种力。（三）、结构的分类从物体结构形态上看有：实体结构，框架结构 ，壳体结构。1、实体结构-通常是指结构体本身是实心的结构。受力特点：外力分布在整个体积中。主要承受压力如墙壁、柱子、实心球等等。2、框架结构-通常是指结构体本身由细长的构件组成，支撑空间却不充满空间。如窗户、画框、房子的架构等等。受力特点：通过条状物的连接来承受荷载，可以承受压力和拉力3、壳体结构-通常是指层状的结构。如贝壳、头盔、汽车飞机的外壳等等受力特点：外力作用在结构体的表面上（壳形结构是通过壳形来传递力和承受荷载，特别是当顶部受到压力时，它能将力均匀扩散）。【练习】：分析我们新校在建工程的结构：（提示：从楼的各部分看：地基，墙柱，楼顶；从楼的整体来看）。二、稳定结构的探析（一）、结构的稳定性结构的稳定性:结构在负载的作用下维持其原有（ ）状态的能力。它是结构的重要性质之一。影响结构稳定性的三因素：重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大小和结构的形状等。P131、结构的重心。【提问】人骑车时身体略弯，目的是什么？2、结构与地面所形成的支撑面。【提问】独角茶几的高度如何？其支撑架底座，建筑、桥梁这类大型的固定结构，底座的特点是什么？ 3、结构的形状【提问】照相机的支撑架是什么形状的？注意：支撑面与接触面的区别、三因素是相互关联的。【提问】分析自行车的三角支撑，“结构的重心越低越稳固”对吗？【练习】分析比萨斜塔斜而不倒的原因。（二）、结构的强度结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。【提问】日本大地震造成房屋等建筑破坏，说明什么？1、影响结构强度的三因素：结构的形状、使用的材料、构件之间的连接方式P17。2、三角形是框架结构中最基本的形状之一，它结实、稳定，所有材料最少。【注意】：结构形状还包含了构件横截面的形状P18。3、结构构件两种常用连接方式：a、铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可相对转动，具体有松螺栓、松铆等，如折叠伞伞骨间的连接、门与门框的连接等。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，具体有榫接、胶接、焊接等，如固定铁床架的连接、不可移动的桌腿与桌面的连接等。【注意】：不同的材料有不同的连接方式。构件的连接方式不同，结构的强度也不同。【练习】列举身边的刚连接与铰连接事例。3、结构与功能（案例：自行车的结构与功能P21）三、简单结构的设计（综合案例分析或设计题，实践内容以纸笔形式体现）一、结构设计应考虑的主要因素有：符合使用者对设计对象的稳定性和强度要求，安全因素，公众和使用者的审美需求，使用者的个性化需要，对设计对象的成本控制要求和一定的使用寿命等。（教材P25）二、简单的结构设计案例：要求：规范，完整，具体。（参考：如：设计相框P26）设计项目：作品名称设计要求：尺寸、稳定性与强度要求、附加功能；设计分析：结构类型、各构件的连接方式；设计方案：图文描述整个设计过程；呈现草图：各构件及连接后的整体草图。【达标练习】一、必做题： 1、敞肩拱承受桥面及负载的 力，吊兰的吊绳承受 力，运动员在单杠上做大回环姿势时，会使杠体受到 力，双手拧干衣服里的水，衣服受到 力，剪纸时纸受到 力。2、汶川地震中灾民临时居住的帐篷，它的主体在结构类型上属于（ ）A、壳体结构B、组合结构 C、框架结构D、金属结构3、臂力器是一种锻炼人上肢力量、增加手臂肌肉强度的健身器材，当人们使用时，臂力器受到的力主要是：A、扭转力B、弯曲力C、剪切力D、拉力4、钻石有令人难以置信的强度，就是因为其分子结构为四面体，每个四面体都有四个角、四个面和六条边，每个面都是三角形，说明钻石的强度与（ ）有关。A、结构形状B、使用的材料C、构件间连接方式D、稳定性5、下面连接属于铰连接的是 属于刚连接的是 （1）门与门框的连接 （2）剪刀的松铆连接 （3）销接 （4）榫接的桌椅（5）胶接木版 （6）机械连杆与滑块 （7）折叠伞伞骨架之间（8）焊接铁床 （9）自行车三脚架的连接6、如下图，手中的竹竿的主要作用是 （ ）A 通过增加重量来增加稳定性B 改变人和竹竿的形状来增加人的稳定性C 通过调整竹竿来调整人的重心位置以此增加稳定性D 竹竿主要是保护人不受伤害。二、选做题（拓展练习）1、某建筑施工工地，由于塔吊操作人员操作失误，塔吊倾倒。造成人员和设备的重大损失，请回答以下问题：（1）、分析起吊重物的钢缆为什么由多股钢丝拧绞组成？参考答案：多股钢丝绞合在一起，就可以防止它们之间的相对移动，保证各股钢丝同时受力，实际上也就是有效的增大了横截面积，减少了绳子的应力，增大了钢缆的强度。（2）、塔吊倾倒的主要原因是什么？参考答案：塔吊操作员在操作过程中，使塔吊重心所在点的垂线落在了结构底面的范围之外，致使塔吊倾倒。3、自行车骑起来时，只有两个支撑点，为什么不会倒下呢？人骑自行车运动时，人能够随时调节人和自行车的重心所在点的垂线落在两个车轮之间的连线（接触面）上，故自行车不会倒下。板书：结构稳定性三要素；结构强度三要素；第二单元：流程与设计一、流程的含义：1、流程的概念：P41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。可以把流程理解为为了一定的目的去做事情的顺序。任何流程都反映一定的时序，体现出一定的环节。2、流程的表达（流程图）：P42P43流程图有文字表达(开学典礼)、表格表达（课程表）、框图表达（办理身份证流程图）等方式，有些场合还可用模型表达、动画演示等。3、时序、环节（1）时序：时间上的先后顺序就是时序。时序体现了具体活动内容的先后关系，在这种先后关系中，有些步骤之间的时序是 的，有些步骤之间的时序是可以 的；（2）流程中工序的作业方式串行和并行。上一道工序完成之后才能进入下一道工序称为 。几项工作同时进行称为 。（3）完成某一个具体目标、组成某项生产或某个活动过程的若干 或小的 称为环节。P40用箭头（设计的一般过程）、用数字序号、用时间（作息时间表）等表达时序。例如：乘车的流程：买票候车检票上车二、流程的分析：1、生活与流程：生活中处处都有流程，科学合理的流程的意义：A、可以指导我们正确地做事，提高工作和学习的效率;如：洗衣、煮饭与烧菜的流程安排。B、使我们的生活变得有序、合理; 如：碘盐和味精佐料的加放流程。C、为我们的安全提供保障。如：青霉素注射流程。科学合理的流程，可以指导我们正确地做事，提高工作和学习的效率，是我们的生活变得有序、合理，为我们的安全提供保障。2、生产与流程：生产中科学、合理的流程的意义：A、提高生产质量和效率，提高经济效益；B、保证安全生产；C、节约能源、保护环境等；小结：不同的流程，产生的效益往往不同，“流程就是质量”、“流程就是效益”。3、简单流程图的识读：识读要点： 分析流程的环节，明确每个环节的功能和作用； 分析各环节的时序； 三、流程的设计：P501、流程设计的目标和基本要求：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。2、流程设计中的基本因素：P51生产活动中的流程设计的基本因素主要有材料、工艺、设备、人员、资金和环境等。不同行业的流程设计中考虑的基本因素各有差异。流程设计要依据事物内在属性和客观的变化规律，科学地设计时序和环节，以达到设计目标。3、流程设计的步骤：P51第一步：首先要明确设计的目的和任务，明确流程所应遵循的内在变化规律。第二步：要分析现有材料、设备、资金、人员、工艺和环境等因素。第三步：列出流程涉及的主要事项，并进行初步的排列。关键第四步：分析各事项（步骤）之间的先后顺序，合理地安排流程的时序和环节。第五步：选择一个合适的表达方式画出流程图，对于有严格时间的时序，要标注时间。注意：流程设计的基本要素是环节和时序。4、绘制流程图画流程设计框图的一般方法：A、根据对事物的内在属性和规律的分析，以及有关的考虑，将流程的全过程，按每个阶段的功能、作用的不同，分解为若干小过程环节，并用方框表示环节。B、按照每个小过程应该经历的时间顺序，将各环节依次排开，并用箭头线连接起来。四、流程的优化：1、流程的优化及目的：在设计和实施流程的过程中，经常需要进行不断的修改和完善，这种对流程修改的过程，叫做流程的优化。目的：提高工作效率、降低成本、降低劳动强度、节约能耗、减少环境污染、保证安全生产等。2、流程优化的内容：一般流程优化的主要内容有：工期优化、工艺优化、成本优化、技术优化、质量优化等。对一个流程的优化，可以是整体的全面优化，也可以是对某一个指标进行优化。经常会有这样的情况发生：某一个指标得到了优化，而使另外的指标下降了。比如，技术优化，可能使成本提高。成本优化了，也可能使质量下降。因此，在进行流程优化时，要综合平衡，以取得整体优化的成效。基本思路：一般是将一部分环节的工序由串行合并为并行。3、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。例如，零件加工中材料的改变，会导致设备的改变和工艺方法的改变，从而加工流程就要改变；若材料不变，加工工艺改变了，设备也要改变，这样，流程也会改变。因此，流程与材料、设备、工艺有着密切的关系，在优化流程时，需要充分考虑到这些条件。例：请分析分析班级扫卫生流程,并给予优化设计。扫 地擦课桌拖地取工具取水关门关窗移回课桌拖地扫地擦课桌擦窗户擦窗户擦黑板移课桌取水取工具取工具取 水移课桌拖地关窗关门移回课桌扫 地擦课桌擦黑板擦窗户取工具【达标练习】一、选择题1、电视机机壳的加工采用下面哪种加工方法（ ）A、切削法 B、少切削法 C、无切削法 D、钳工加工法2、原先，人们到银行或储蓄所存取款需要人工填单、记账等工作，自从引入计算机管理系统后，大大提高了工作效率，请问，这种流程优化属于（ ）A、工期优化 B、技术优化 C、成本优化 D、质量优化3、某加工厂要对其现有的加工流程进行优化，需要充分考虑到哪些条件？（ ）A、材料、资金、环境 B、设备、材料、工艺 C、人员、材料、资金 D、资金、工艺、环境4、牛奶工对送奶线路的优化属于( )A、成本优化 B、技术优化C、质量优化 D、工艺优化6、我们每周都按照本班的功课表来进行课程的学习，功课表属于流程的（ ）表达方式。A 文字 B 模型 C 表格 D 动画7、下图所示的是奶粉生产流程，有人要对其生产工艺流程进行改进，说法正确的是A5个环节一个也不能少，时序不可随意变动B去掉杀菌环节，因为在喷雾干燥环节就可以把细菌杀死C去掉浓缩环节可以提高工作效率D把杀菌环节放到出粉前，效果可能会更好8、我国古代中医经过长期的实践，总结出了一套比较科学的诊断工作流程：望诊闻诊问诊切诊处方；但是现在，中医的诊断也借助西医的物理检验手段来加强中医的诊断准确度，这样的流程优化属于：（ ）A、工期优化 B技术优化 C成本优化 D质量优化9、北京2008年吉祥物产生流程为（ ）（1）征集（2）筹划（3）评审（4）定稿（5）修改A：（1）（2）（3）（4）（5） B：（2）（3）（1）（5）（4）C：（1）（2）（5）（3）（4） D：（2）（1）（3）（5）（4）10、小张准备设计制作一个木质衣架，画好草图和视图后，在设计制作流程时，不必考虑的是( ) A加工工具 B加工精度 木料质地 D销售成本11、如图所示的阶梯轴，其加工流程要经过许多环节，如铸造、粗车成形、精车、热处理、抛光打磨等。在设计该加工流程时，要实现的目标是( ) A达到加工精度 B达到材料表面光洁度C流程优化 D达到阶梯轴的设计要求12关于流程优化，下列叙述正确的是( ) A流程优化一定要减少工期 B流程优化一定要减少环节 流程优化必定要减少环节或减少工期 D流程优化可能要增加环节13下列有可能属于流程优化目的的是( ) 提高工作效率； 提高产品质量； 保护环境； 节约成本。 A B D14如图是一个法兰盘。下列有关法兰盘的加工流程，相对合理的是( )A铸造车削热处理以提高硬度钻孔铸造热处理以提高硬度车削钻孔铸造车削钻孔热处理以提高硬度铸造钻孔热处理以提高硬度车削16、加工一个如图所示的零件（2孔为螺纹孔），材料为钢材，要求表面耐麿防锈。加工过程需要以下4个环节：下料和划线，锯割和锉削，钻孔和攻丝，淬火和电镀。正确的加工流程是A、 B、 C、 D、 说明：钢的淬火是将钢加热到某一温度（715）以上，保温一段时间，然后快速冷却，从而大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性磁性、耐蚀性等物理、化学性，同时又具有一定弹性和韧性。17、李明在制作小铁锤过程中需要加工一个螺纹孔（如图所示），其正确的工艺流程是A.划线冲眼钻孔攻丝孔口倒角B.划线冲眼攻丝钻孔孔口倒角C.划线冲眼钻孔孔口倒角攻丝D.划线冲眼孔口倒角钻孔攻丝二、填空题18、我们把完成某个具体目标、组成某个生产或者某个活动过程的若干阶段或小的过程称为环节。19、流程是一项活动或者一系列连续有规律的事项或行为进行的程序。任何流程都反映了一定的时序，体现出一定的环节。20、在编制计算机程序时，经常要用程序流程图来表示算法，流程图中的方框、菱形框表示一定的环节，箭头表示程序流动的方向。21、流程中工序的作业方式分为串行和并行。22、依据流程的性质以及人们的表达习惯，流程图有文字表达表格表达图示表达等方式，有些场合还可以用模型表达、动画演示等。三、综合题23.小李准备用密度板仿制一张小板凳小板凳由凳面、两块侧支撑板和前后两块紧固板组成，如图所示。小李设计的制作流程如下：划线五块板料锯割面刨平紧固板与侧面支撑板钉接表面油漆修饰请你分析该流程，找出遗漏的环节，画出完整的流程图。参考答案划线锯割五块板料锯割面刨平紧固板与侧面支撑板钉接凳面与凳脚的钉接表面油漆修饰24.李明发现椅子的榫接处松动，于是设计了如图所示的连接片，用以加固椅子的连接。现用6060的方形钢板加工该连接片，需要以下环节：划线；锯割；钻孔；锉削。请分析连接片的加工工艺，回答以下问题。（1）补充完整加工流程（在“_”处填写加工环节的序号）：_。 （2）加工图中R6的圆弧，合理的方法是：_。（从锯割；钻孔；锉削中选择一种，在“”处填写相应的序号。） （3）钻孔时用到的工具有：_、_。（从钢锯锉刀钻头丝锥手钳中选出二种，在“_”处填写相应的序号。） 参考答案（1）1324（2）2（3）3、526、王同学在放学路上车胎被扎破了，回到家他想自己补胎，请你帮王同学设计一个完整而合理的补胎流程。查漏参考答案：27、某大型连锁超市的配送中心位于如图所示的点，现在要将一批新进的冰箱配送到位于、处的三个超市去，送货车从点出发，送完货后返回，线路如图所示，图中带箭头的线分别表示两地往返的方向，数字表示两地之间的路程（单位：km），图中无箭头的线表示可往返线路。请试着设计最优的配送线路。参考答案：此类问题要考虑到各种线路的组合方案，通过计算找到最短的配送线路。计算结果如表所示。从表中可以看到方案2配送线路最短，为46km，比平均路程52少6km，是最优线路，这是成本优化的结果。思路：注意利用“11”和“9”两个最短距离。配送线路的方案与路程方案线路路程（km）151246359447551658第三单元：系统与设计一、系统的涵义：1、系统的概念：由相互联系、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，必须具备三个条件：第一，至少要有两个或者两个以上的要素（部分）才能组成系统；第二，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；第三，这个整体具有的功能是各个要素（部分）的功能中所没有的。2、 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。如，可把系统分为自然系统和人造系统，自然系统是自然形成的系统（如生态系统），人造系统是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）；也可把系统分为实体系统和抽象系统，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）。3、系统的基本特性：系统的基本特性主要有整体行（全局、集合）、相关性（匹配、关联）、目的性（功能）、动态性（更新）和环境适应性（自适应）等，这些特性都体现了一定的思想与方法。（结合课本相关案例，学会运用系统的基本特性，分析身边的系统特别是P69页五个案例）二、系统的分析：1、系统分析及其目的：系统分析是指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，并在此基础上拟订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。目的：寻求解决问题的最佳决策。2、系统分析的一般步骤：明确问题，设立目标收集资料，制定方案分析计算，评价比较检验核实，作出决策。 （结合田忌赛马案例）3、系统分析的主要原则：系统分析应遵循整体性原则（丁谓修复皇宫）、科学性原则（三三进九不如二五一十）和综合性原则（孝襄高速公路）。三、系统的优化：1、系统优化的目的：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）。最小的成本最大的利润；最短的工期更多的工程量；最少的能耗更多的产品；单位面积土地更高的农业产量。（案例：农业间作套种，家具利润问题等）几个关键字：优化目标；目标函数；约束条件；影响因素。2、系统优化的方法：数学模型最优解； 科学估算、试验满意解。四、系统的设计：1、系统设计的目的、方法与过程：系统设计是对各种各样的系统进行调查分析、筹划研究、评价实施、运行改善等，直到完成一个能协调工作的实际系统的过程。系统设计要考虑其目的与要求（以系统的整体功能的最优为目的）、系统各部分之间的相互联系与相互作用、对系统设计方案进行优化（整体优化，统筹兼顾）等问题。2、系统设计的一般步骤：系统设计的步骤包括：将系统分解为若干子系统，确定各子系统的目标、功能及其相互关系，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。3、简单系统的设计： 了解系统设计应解决的主要问题和基本的设计过程，写出系统设计或系统优化设计的书面方案，包括必要的设计草图以及量化数据。（案例：手电筒照明供电部分的设计）【达标练习】一、选择题1、下列各项中，属于自然系统的是（）A、Internet B、一片湿地C、智能大楼 D、一架飞机2、哲学系统是一个系统，它属于（）A、抽象系统B、开放系统C、静态系统D、人造系统3、我们使用计算机离不开Windows操作系统，他属于（）A、自然系统B、人造系统C、实体系统D、抽象系统4、下面关于系统的叙述，错误的是（）A、系统是一个整体，其功能是各要素（部分）在孤立状态下没有的B、系统的相关性是指组成系统的各要素之间或系统与部分之间的相互作用、相互联系C、系统必须适应外部环境的变化D、在一个系统中，有时各子系统之间往往是互不相干的，甚至是相互对立的。5、家用电冰箱在放置的时候要与墙保持一定的距离，其目的是为了有一个适当的散热空间，以保持它能正常工作。这反映了系统特性中的（ ）A、动态性 B、目的性C、环境适应性 D、整体性6、系统分析的一般步骤顺序正确的是( )分析计算 评价比较 收集资料 制定方案检验核实 作出决定 明确问题 设立目标A、 B、 C、 D、7、系统优化的意义（）A、获取系统的最佳效益或最佳功能B、改善系统的环境C、调整系统的结构 D、改变系统的特征8、现代医学采用中西医结合的方法攻克了许多难题，这所体现的系统分析中的原则是（）A、整体性原则B、科学性原则C、综合性原则 D、动态性原则9、魁北克大桥的垮塌是20世纪十大技术失误之一。请从系统的角度理解，这主要反映了系统特性中的（ ）A、整体性B、相关性C、目的性D、环境适应性10、以下不属于系统设计应该考虑的主要问题的选项是（ ）A、系统设计方案的优化 B、系统设计的目的与要求C、系统各部分之间的相互联系与相互作用 D、缩减系统的功能达到减少成本的目的二、填空题1、由相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干因素或组成部分的具有特定功能的有机整体称为系统.2、系统的基本特性包括整体性相关性目的性动态性环境适应性。3、系统分析的主要原则有整体性原则 科学性原则 综合性原则。4、在给定的条件（或约束的条件）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）为系统优化。三、综合题1、某中学随着办学规模的扩大原有的食堂不能满足师生的正常就餐需要。有人提出了三种解决方案：方案一是在就餐时间增加食堂的窗口和工作人员；方案二是不同年级的学生的下课时间错开20分钟；方案三是新建一个新食堂。请你对上述三种方案进行比较分析后完成下表。评价项目方案一方案二方案三成本投入状况实施的速度管理的可行性技术的先进程度技术实现的可行性可能产生的负效应整体效果评价参考答案:评价项目方案一方案二方案三成本投入状况少少多实施的速度快快慢管理的可行性可行较可行有经费可行技术的先进程度一般一般先进技术实现的可行性可行可行可行可能产生的负效应职工人数增加影响学生正常时间就餐投入增加整体效果评价可行较可行较可行2、小明所在学校的街道在半年内进行了三次施工，电信部门铺设通讯线路、煤气公司预埋煤气管道、市政部门维修下水管道，结果每施工一次就要重新铺设路面，造成了人力、物力资源的浪费，同时给市民也带来了更多的不便。请结合系统分析的主要原则分析这一事件的问题所在并拿出合理的解决方案。参考答案：这一事件的原因在于三家部门各自为政，违反了整体性原则。改进的办法是三家共同协商，确定合理的施工顺序，一次性地解决问题。3、“木桶理论”认为，木桶的盛水量取决于最短的那块木板的长度。请你用系统的观点加以解释。参考答案：木桶由若干木板组合而成，若把木桶看做一个整体，那么每块木板就是组成系统的部分。“木桶理论”实际上反映了系统的部分与整体之间的关系，部分影响整体。4、自行车是我们日常生活重要的交通工具，根据你的经验，请分析自行车可分为几个子系统，每个子系统包括哪些部件？参考答案：自行车分为大三子系统，分别是传动子系统、制动子系统、承重子系统。各子系统包括的零部件分别是：传动子系统包括脚蹬、链轮、链条等；制动子系统包括刹车柄、车闸、连接线等；承重子系统包括车架、鞍座、后车座、前后车轮等。第四单元 控制与设计一、控制手段与应用1、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。理解任何控制现象，都要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。例如，人力三轮车转弯过程中的方向控制问题，其控制的对象就是人力三轮车，控制的目的是为了改变三轮车行驶的方向，控制的手段是骑车人通过双手转动车把，改变前轮的方向并带动后轮。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（有无人直接参与）。按照执行部件的不同，控制可分为机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等。当然，在很多控制事例中，控制的手段又可以是综合的。二、控制系统的工作过程与方式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。控制系统通常又分为开环控制系统和闭环控制系统。1、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。对于开环控制系统，通常可以用下面的方框图来描述： 控制量输入量控制器执行器被控对象输出量2、控制系统可以把输出量返回到输入端与给定值进行比较，构成一条闭合回路。我们把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。三、闭环控制系统的干扰与反馈1、干扰因素在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。有的干扰因素是由于环境造成的，有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。在控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个。控制系统在工作过程中必须克服干扰，使被控量稳定。2、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。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。闭环控制系统的工作过程从反馈来看，闭环控制系统就是指在系统的输出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。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的偏差进行调整和补偿。也就是说，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的能力，要进行纠正，必须借助于人工。所以，开环控制系统的控制精确度（或称控制精度）相对比较低。但如果控制系统中各组成元件的特性比较稳定，而且外界的干扰相对较小，则开环控制系统也可以保证一定的精度。开环控制系统一般结构简单，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。闭环控制系统的优点是控制精度高，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。与开环控制系统相比，闭环控制系统的设计比较麻烦，结构也相对复杂，构成控制系统的成本较高。闭环控制系统是自动控制中广泛采用的一种控制方式，用于要求高精度和高可靠性的场合。3、 功能模拟方法以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟“原形”的功能和行为的方法，就是功能模拟法。4、 黑箱方法通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，就是黑箱方法。四、控制系统的设计与实施要设计好一个控制系统，应该明确这个系统要达到的目的是什么，所要控制的对象是什么，被控对象有哪些重要的特性，被控量和控制量分别是什么，外界的主要干扰因素有哪些，选择怎样的设计方案既能达到目的，又经济、易于实现，如何选择设备和元件，等等。设计一个控制系统，是选择开环控制还是闭环控制，应根据对控制精度的要求以及条件的可行性而定。在控制系统设计过程中，被控对象的特性往往难以直接得到，通常是通过了解被控对象的输入与输出之间的关系来分析它的基本特性，从而确定控制器的运算方式；一个控制系统中可能存在若干个干扰因素，需要分析主次，找出对系统影响最大的干扰因素；被控量和控制量的确定是控制方案的关键，对于简单控制系统，需要控制的量往往被确定为被控量，控制量应选择可控制的、对抑制干扰因素和保持系统稳定有明显作用的量；执行器、检测器的选择一是要根据被控量和控制量的需求，二是要根据控制的条件进行。总之，能达到控制的目的，采用易于实现的控制方式，降低控制成本、减少对环境的负面影响等，是我们进行控制系统设计必须考虑的基本问题。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。开环控制系统的设计开环控制系统的设计相对比较简单，在明确设计要求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可考虑具体控制系统的方案。闭环控制系统的设计第一，一个闭环控制系统要正常工作，首先必须是稳定的。第二，控制系统的控制精度必须符合要求，即系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内。第三，闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。在进行闭环控制系统的设计时，几项控制要求之间往往会产生矛盾，需要结合具体问题全面解决或有所侧重地解决。【达标练习】一、单项选择题1、在电冰箱的温度控制系统中，下列不属于对温度的干扰因素的是（ ）A开冰箱的门；B把电冰箱所在的房间的温度从200C变到300CC把热菜或热饭放入电冰箱D在电冰箱放一盆冷水2、下列关于控制的叙述，错误的是（ ）A自动控制系统能在无人直接参与的情形下运行B“神州号”飞船之所以能够遨游太空，并且能够准确地返回地面，控制技术起着至关重要的作用C古老的农用水车就是一个控制系统D控制技术指的是自动控制技术3、用电视遥控器选台属于（ ）A人工控制 B自动控制 C气动控制 D液压控制4下列各项中，不属于控制的是（ ）A骑自行车时，如果觉得车速过快，我们就会使用刹车使车速变慢B当感觉教室内不够亮时，我们就会开灯C随着时间的推移，铁器会生锈D当我们的学习成绩不够理想时，我们会增加学习时间功改进学习方法，以提高学习成绩5下列控制系统中，属于开环控制系统的是（ ）A电冰箱的温度控制 B计算机的CPU上的风扇的转速控制C现代化农业温室的温度控制 D红绿灯定时控制系统6、我们理解一个控制现象，要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。射击比赛的射手通过瞄准目标，使*射中靶心，分析这个过程，其控制的对象是（ ）A人 B* C* D靶7、 家用冰箱的温度控制为闭环控制，为提高抗干扰性能，设计中还可以采取的措施是（ ）A增加反馈环节。B提高压缩机的制冷量C提高箱体的绝热性能 D说明书上建议用户将冰箱远离其它家用电器放置8、比较闭环控制系统和开环控制系统，下面判断错误的是（ ）A开环控制系统的控制精度较低B开环控制系统无反馈环节C闭环控制系统的抗干扰能力强 D闭环控制系统和开环控制系统都有比较器9、下列属于功能模拟法的是（ ）A棋类中的人和计算机的对弈B测试汽车性能时用用电脑虚拟一个场景C挑西瓜时用手敲击西瓜听声音D中医的望、闻、听、切10、自动洗衣机是将洗衣的洗涤、漂净、脱水三大步骤，按照多个开关信号的逻辑关系一步步地往下执行。使用者只要事先设好时间，把脏衣服放进去，洗衣粉备足，水管接好，启动洗衣机的洗衣按钮，最后等听见洗衣结束的铃声，取出已经甩干的衣服就完成了。这是一个 A手动的开环控制系统 B自动的开环控制系统C手动的闭环控制系统 D自动的闭环控制系统二、填空题1、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是反馈 。2、在控制系统中，除了输入量（给定值）以外，引起被控量 变化的各种因素称为干扰因素。3、通过对系统输入与输出关系 的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的法，就是黑箱子方法。4、闭环控制系统的设计的基本要求：一个闭环控制系统要正常工作、 控制系统的控制精度必须符合要求、 闭环控制系统应该有较好的抗干扰性能三、简答题1、下图是房间温度控制系统的方框图，请回答下列问题。（1）本控制系统中的控制对象是什么？控制对象是温度（2）本控制系统中的被控量和输入量是什么？输入是设定温度；输出是实际温度（3）在该控制系统工作时，打开空调房间的门窗，对控制系统起什么作用？起干扰作用2、如图所示是水箱液位控制系统，当水箱出水量大时,水位下降浮子下沉，带动活塞偏离进水口位置，此时进行补水直到水箱里的水位上升到给定水位，浮子上浮，活塞归位。在这个系统中，浮子、活塞以及两者之间的连杆机构组成一个杠杆系统。试回答以下问题：（1）该控制系统是开环控制还是闭环控制？（2）该控制系统的输入量和输出量分别是什么？（3）该控制系统中浮子起什么作用？（4）画出控制系统的框图。参考答案（1）闭环控制系统（2）输入量：给定水位 输出量：实际水位（3）该控制系统中浮子起检测输出量和输入量差值的作用。若学生回答起反馈作用也认为正确。（4）控制框图如下：
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