控制与设计
第四章控制与设计
山东省昌乐一中 2011级通用技术导学案主要编制人：王爱军、李玉松、吴巧燕审核：审批：第四章控制与设计一《通用技术课程标准》要求：（1）理解控制的含义及其在生产和生活中的应用。
（2）分析典型的案例，了解手动控制、自动控制，熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程。
（3）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、执行器等环节的作用，熟悉反馈环节的作用。
（5）了解简单的被控制对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制设计的方案。
（6）能根据开环控制系统的设计方案，制作一个控制装置；或者能根据简单闭环控制系统的设计方案进行实施或模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。
【学习目标】知识与技能：1、理解控制的涵义及其应用2、能画出简单的闭环控制系统方框图3、结合实例，会分析控制系统过程与方法：通过具体案列进行分析理解。
情感态度与价值观：激情投入，高效学习，养成勤于思考及善于归纳的习惯。
【重点、难点】重点：开环控制与闭环控制系统的理解与应用难点：控制系统的设计与应用【使用说明】1、通览本章所有知识内容，完成自主学习部分。
2、小组成员积极讨论，踊跃展示。
3、激情投入，高效学习。
班级 姓名 编号 时间：2013年3月16日【自主学习】1、如果我们希望某一事物按照自己的意愿发展，就要对其进行 ，这种根据自己的目的，通过 ，就形成了控制。
2、能将控制的结果（即比较量）反馈回来与希望值（即基准量）进行比较，并根据它们的误差及时调整控制作用的系统，称为 。
3、 的系统，成为开环控制系统。
4、系统中将控制结果反馈回来的部分，成为 。
是闭环控制系统的重要特征。
5、按照执行部件的不同，控制分为： 、气动控制、 、电子控制等。
6、对于自动控制，按控制方式分为： 、 和复合控制等。
7、控制系统必须在 才能完成控制任务。
这种控制系统我们称之为 。
8、在控制的过程中 的控制系统称为自动控制。
实验条件的控制与实验组设计原则
实验条件的控制与实验组设计原则在进行科学研究或实验时，确保实验条件的控制和实验组设计的合理性非常重要。
良好的实验条件控制和实验组设计原则可以提高实验的可靠性和准确度。
本文将探讨实验条件控制和实验组设计的一些原则和方法。
一、实验条件的控制原则实验条件的控制是为了降低外部因素对实验结果的影响，确保实验结果的可靠性和可重复性。
以下是一些实验条件控制的原则：1. 控制变量：在实验过程中，只改变一个变量，其他变量保持不变。
通过控制变量，我们可以准确地观察到特定变量对实验结果的影响。
2. 随机化：通过随机分组和随机分配样本，可以减少非随机因素的影响，确保实验组和对照组之间的差异仅由于实验处理引起。
3. 重复实验：通过重复实验，可以减少因实验误差或偶然因素引起的结果差异。
重复实验可以提高实验结果的准确度和可靠性。
4. 对照组：设置对照组是为了比较实验组结果的差异。
对照组与实验组在除被测变量外其他条件相同，可以帮助我们确定实验处理对实验结果的影响。
5. 标准化操作：在进行实验前，制定标准化操作流程，并确保每次实验操作一致。
标准化操作可以减少非系统性误差的影响，提高实验结果的可比性。
二、实验组设计原则实验组设计是指如何设置实验组和对照组，以及如何安排被试对象。
以下是一些常用的实验组设计原则：1. 随机分组：将参与实验的被试对象随机分配到实验组和对照组中。
随机分组可以减少实验结果的偏差，并确保实验组和对照组之间的差异是由于实验处理引起的。
2. 配对设计：在某些情况下，需要考虑被试对象之间的特定因素对实验结果的影响。
此时可以使用配对设计，将具有相似特征的被试对象配对，分配到实验组和对照组中。
3. 单盲和双盲设计：在一些情况下，知道自己所处的实验组或对照组可能影响参与者的行为或反应。
为了减少这种干扰，可以采用单盲或双盲设计，即被试对象不知道自己所处的实验组或对照组。
4. 多组设计：为了比较多个实验处理的效果，可以采用多组设计。
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眼睛及神经传输系统
我们希望自行车按照我们的意愿行驶，那就要对其 进行干预。这种根据自己的目的，通过一定的方法使事 物沿着某一确定的方向发展的行为，就称为控制。
期望值
大脑
肢体
飞镖
落点
投掷飞镖的控制过程框图
风扇没有温度设定，也没有室 温检测系统。风扇转速控制系 统只控制风扇依档位转动。
设定档位 控制器 电机 风扇
输出风力
风扇的控制过程框图
闭环控制系统与开环控制系统的对比
控制系统
反馈
控制精度
结构
成本
应用范围
闭环
有反馈
精度高
结构复杂
成本高
高精度、 高可靠、 系统本身 不稳定的 应用领域
汽车手打方向盘
倒车雷达 红绿灯 普通电风扇（除有若干档位，无其它功能） 遥控玩具车 摇动钴辘，提取井水
控制系统的区分归类二：
二、有些控制系统需要根据反馈情况进行实时 控制，有些则不需要。
车子歪向一边，我们的大 脑会立刻下令纠正。
设定车的行驶方向
大脑
肢体 眼睛及神经传输系统
自行车
车的实际行驶方向
夏天，空调检测到室内温 度高于我们设定的温度过 多，也会立刻启动制冷。
掷飞镖
生活中的控制
自动伸缩门
生活中的控制
音乐喷泉控制系统
生活中的控制
冰箱
生活中的控制
电饭煲
生活中的控制
１、一个输入对应一个输出 控制系统的共同特征： ２、中间有若干个环节
第四章控制与设计
控制与设计一、考点（1）了解控制的含义及其在生产和生活中的应用。
（2）通过典型的案例了解手动控制、自动控制，了解简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程。
（3）能识别简单的闭环控制系统的方框图，了解其中的控制器、执行器等环节的作用，了解反馈环节的作用。
（4）了解影响简单控制系统运行的主要干扰因素。
（5）了解简单的被控制对象的基本特性，了解被控量、控制量。
二、知识点1、控制：人们根据自己的目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展就形成了控制。
控制技术的广泛应用，提高了产品质量，降低了生产成本，增长了劳动生产率，使人们从繁重或危险的体力劳动和重复的手工操作中解放出来。
2、手动控制：控制过程是在人的直接干预和全程干预下进行的。
自动控制：指在无人直接参与的情况下，事物的变化准确地按照期望的方向进行。
3、控制系统的输出量不对系统控制产生任何影响，这种控制称为开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是闭环控制系统4、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成为干扰因素。
控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个，有的是人为的，有的是由于环境造成的。
5、在正常工作状态下，其输出与输入之间的关系，输出与干扰之间的关系称为被控对象的基本特性。
被控量：就是输出量；通过控制量来实现对被控量的控制。
三、例题1、如图所示为某种抽水马桶水箱的结构示意图：浮球和连杆用螺纹连接，通过调节连杆长度来设置给定水位，当水位上升到给定水位时，浮球带动连杆装置关闭进水阀。
如果往进水阀方向调节浮球，缩短连杆长度，那么产生的后果是A．降低给定水位高度B．增加给定水位高度C．不影响给定水位高度D．降低实际水位高度解析：如果向进水阀方向调节浮球，缩短连杆长度，那么浮球位置将上升。
依据杠杆原理，要关闭进水阀，浮球的位置将会上升的更高。
所以向进水阀方向调节浮球，也就增加了给定水位，那么在稳定状态下水箱的实际水位也变高了。
控制与设计
控制的分类
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(手动控制)和自动控制。
人工控制：控制过程是在人的直接干预 和全程干预下进行的。
关/开门
驾驶汽车
自动控制：指在无人直接参与的 情况下，使事物的变化准确地按照期 望的方向进行。
太 阳 能 路 灯
自 动 门
马上行动
请说说你所了解的人工控制和
自动控制的事例。
控制实例1
自动控制
人工控制
人工控制
控制实例1
人工控制
自动控制
自动控制
从执行控制的部件来分： 机械控制、气动控制、液压控制、 电子控制等等。 在很多的控制事例中，控制的手段可以是 综合的。
控制实例2
汽车自动门
气动控制 机械控制、气动控制
电子控制
汽车刹车
检测装置
闭环控制系统
给定量——作用于控制系统的物理量，预先给定的 被控量——需要进行控制的物理量 控制器——对被控对象起控制作用的设备总体，即
控制装置
执行器——执行控制器的指令
被控对象——需要控制的机器、设备或生产过程
闭环控制系统
• 比较器是将给定量与所测的被控量进行 比较，求出偏差
• 控制器将这一偏差进行运算处理，并向
• 1、自动门 • 自动门的动作过程是：当门口没有人 时，门是关着的；当有人来到门口时 ，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有： • 功能： • （1）无人时，常关； • （2）有人时，开门。
• • • •
技术要求： （1）当人距门1m时，门即打开。 （2）门打开后，延时10s后关门。 系统组成：门、电动机、控制器、 传感器。 • 工作过程 • （1）当有人到达门前某一距离时， 传感器感知，并发出“有人”的信 号 （2）控制器接到传感器传来的信号 后，经变换放大后传给电动机（这 里的电动机叫做执行器，也称为驱
控制与设计说课稿
技术与设计2第四单元控制与设计内容要求课程标准一、理解控制的含义及其在生产和生活中的应用，了解手动控制、自动控制。
教学目标:1.理解控制的含义2.积极观察生活，对控制技术产生强烈的兴趣与好奇心，并转化为对后续知识学习的动力教材内容：1、控制的含义(Ⅰ) ：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。
2、理解任何控制现象，都要明确：①控制的对象是什么，②控制要达到什么目的，③采取什么控制手段。
3、控制的分类：从控制过程中人工干预的情形分为人工控制和自动控制;现代控制技术往往是指自动控制技术。
自动控制是科学和技术的一个重要分支。
自动控制系统能在无人直接参与的情形下运行，并承担人的职能。
4、控制的应用(Ⅰ)如银行的自动取款机、红外线自动出水龙头装置、红外自动烘手机、农田节水灌溉的自动控制、十字路口红绿灯自动控制、冰箱、空调的恒温控制、精确制导武器等等。
教师可先抛砖引玉再让学生尽情发挥举例5、控制手段了解在生产过程中对力、热、光、声、水位、流量等的控制，了解生活中电冰箱、洗衣机、空调机等生活用品的控制技术。
对于传感器的教学，只做一般性阐述，不深究内部构造，看成黑箱即可。
了解其与输入和输出之间的关系就可以了教学建议：精心设置课上活动环节⏹1、模仿迎宾员和手动上水过程的活动，建议一定要由学生参与完成。
目的是强调对控制过程的体验，体验最简单的控制过程中的一般的控制思想⏹2、自动门和自动水箱的工作过程，有条件的话做出动画或事物展示，让学生充分、细致的观察，使学生获得充分的感性经验⏹3、技术试验¡±走直线是理解开环控制与闭环控制差别的既生动又形象，又容易被学生接受的活动，建议充分组织好，让学生充分、细致的体会。
4、建议在学生的学习活动过程中，随时填写技术学习活动卡。
具体可参考地址版《技术⏹与设计2》教师教学用书P102 __ P103课程标准二、分析典型的案例，熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程课程标准三、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、执行器等环节的作用，熟悉反馈环节的作用教学目标：1.建立控制实施的工作过程的经验或体验2.清楚一般控制系统的组成要素，熟悉简单控制系统的工作过程。
技术_控制与设计教案
通用技术_控制与设计教案一、教学目标1. 知识与技能：（1）了解控制与设计的基本概念及其在实际应用中的重要性；（2）掌握常用的控制方法和技术，如PID控制、模糊控制等；（3）学会使用相关设计软件进行控制系统的设计和仿真。
2. 过程与方法：（1）通过案例分析，培养学生分析问题和解决问题的能力；（2）通过实践操作，培养学生动手能力和团队协作精神。
3. 情感态度与价值观：（1）培养学生对通用技术的兴趣和好奇心；（2）培养学生勇于创新、不断探索的精神。
二、教学内容1. 控制与设计的基本概念（1）控制的概念及其分类；（2）设计的原则和方法。
2. 常用的控制方法和技术（1）PID控制原理及应用；（2）模糊控制原理及应用。
3. 控制系统的设计与仿真（1）使用MATLAB进行控制系统设计；（2）使用Simulink进行控制系统仿真。
三、教学重点与难点1. 教学重点：（1）控制与设计的基本概念；（2）常用的控制方法和技术；（3）控制系统的设计与仿真。
2. 教学难点：（1）PID控制和模糊控制的设计与应用；（2）MATLAB和Simulink在控制系统设计中的应用。
四、教学过程与方法1. 课堂讲解：通过讲解控制与设计的基本概念，让学生了解控制与设计的重要性；通过案例分析，让学生掌握常用的控制方法和技术。
2. 实践操作：让学生动手实践，使用MATLAB和Simulink进行控制系统的设计与仿真。
3. 小组讨论：让学生分组讨论，分享各自的设计成果，互相学习，提高设计能力。
五、教学评价1. 课堂讲解：通过提问、回答等方式评估学生对控制与设计基本概念的理解程度；2. 实践操作：通过学生提交的设计报告和仿真结果，评估学生对控制方法和技术掌握的程度；3. 小组讨论：通过学生之间的互动和讨论，评估学生的团队协作能力和创新能力。
1. 教材：《通用技术_控制与设计》教材2. 软件：MATLAB、Simulink3. 案例素材：各类控制系统的实际应用案例4. 网络资源：相关学术论文、教程、案例等七、教学安排1. 课时：45分钟2. 教学环节：课堂讲解、实践操作、小组讨论3. 教学流程：（1）课堂讲解（20分钟）：介绍控制与设计的基本概念、常用控制方法和技术；（2）实践操作（15分钟）：学生使用MATLAB和Simulink进行控制系统设计；（3）小组讨论（5分钟）：学生分享设计成果，互相学习，提高设计能力。
模糊PID控制原理与设计步骤
模糊PID控制原理与设计步骤模糊PID控制（Fuzzy PID control）是在PID控制基础上引入了模糊逻辑的一种控制方法。
相比传统的PID控制，模糊PID控制能够更好地适应系统的非线性、时变和不确定性等特点，提高系统的性能和鲁棒性。
设计步骤：1.确定系统的模型和控制目标：首先需要对待控制的系统进行建模，确定系统的数学模型，包括系统的输入、输出和动态特性等。
同时，需要明确控制目标，即系统应达到的期望状态或性能指标。
2.设计模糊控制器的输入和输出变量：根据系统的特性和控制目标，确定模糊控制器的输入和输出变量。
输入变量通常为系统的误差、误差变化率和累积误差，输出变量为控制力。
3.确定模糊集和模糊规则：对于每个输入和输出变量，需要确定其模糊集和模糊规则。
模糊集用于将实际变量映射为模糊集合，如“大、中、小”等；模糊规则用于描述输入变量与输出变量之间的关系，通常采用IF-THEN形式，如“IF误差大AND误差变化率中THEN控制力小”。
4.编写模糊推理和模糊控制算法：根据确定的模糊集和模糊规则，编写模糊推理和模糊控制算法。
模糊推理算法用于根据输入变量和模糊规则进行推理，生成模糊的输出变量；模糊控制算法用于将模糊的输出变量转化为具体的控制力。
5.调试和优化：根据系统的实际情况，调试和优化模糊PID控制器的参数。
可以通过试错法或专家经验等方式对模糊集、模糊规则和模糊函数等进行调整，以达到较好的控制效果。
6.实施和验证：将调试完成的模糊PID控制器应用到实际系统中，并进行验证。
通过监控系统的实际输出和期望输出，对模糊PID控制器的性能进行评估和调整。
总结：模糊PID控制是一种将模糊逻辑引入PID控制的方法，能够有效地提高系统的性能和鲁棒性。
设计模糊PID控制器的步骤主要包括确定系统模型和控制目标、设计模糊控制器的输入输出变量、确定模糊集和模糊规则、编写模糊推理和模糊控制算法、调试和优化以及实施和验证。
通过这些步骤，可以设计出较为优化的模糊PID控制器来实现系统的控制。
高三通用技术 专题八 控制与设计1
专题八控制与设计1、公开汽车车门的开关由司机操作，司机操作开关装置，电流控制“电磁阀〞的启闭，电磁阀决定压缩空气的流向，最后由压缩空气推动活塞开门或关门。
公共汽车车门的开关控制属于〔D〕A、机械控制B、电子控制C、液压控制D、气压控制2、平移型感应自动门控制系统的工作过程是：传感器检测到人，触发开门系统的开关，把门打开。
该控制系统的执行器是：A、门B、传感器C、主控器D、电机3、如下属于开环控制系统的是A、学校里的定时铃声控制系统B、抽水马桶的水箱水位控制系统C、电冰箱温度控制系统D、能根据交通路口车流量的大小自动改变、调整红绿灯时间的红绿灯控制系统4、关于控制，如下说法不正确的答案是( )A、能将控制的结果反响回来与期望值进展比拟，并根据它们的误差与时间调整控制作用的系统，称为闭环系统B、手动控制系统与自动控制系统最大的区别在于控制的过程中需不需要人的直接干预C、在控制过程中，所有能引起被控量量值变化的各种因素都可以称只为干扰D、闭环控制系统的核心是通过反响来减少被控量的偏差5、以下属于交通路口红绿灯按时间自动控制系统的干扰因素的是( )A、穿过斑马线的人群B、正常按红绿灯指挥的车辆C、闯红灯行驶的违规车辆D、使红绿灯产生频闪的电磁波6、声控灯控制系统中，传感器接收声音信号，经控制电路处理后驱动开关接通或关闭灯泡。
该系统的控制对象是灯泡，控制量是A、灯泡的发光B、声音的大小C、电源电压的高和低D、开关的通与断7、张伟同学设计了国旗自动升旗的简易控制装置，其根本的原理是：通过定时器控制电动机，用电动机带动国旗上升。
对该控制系统，以下的说法中，不合理的是( )A、定时器设定的时间就是国歌播放的时间B、国旗的上行速度=旗杆长度/国歌播放时间C、该控制系统属于开环控制系统D、该控制系统的被控对象就是国旗上升的速度阅读以下材料，回答第8-11题许多商店和旅馆都采用的自动门的工作过程为：当人走近自动门时，门上方的检测装置检测到人体信号，控制电路接收到该信号后，便发出相应的指令，启动电机转动，带动门自动打开；当人里开门口一段时间后，控制电路将作出判断，通知电机反向转动，门又自动关闭。
企业内控控制与制度设计案例分析参考答案部分
企业内控控制与制度设计案例分析参考答案部分 Ting Bao was revised on January 6, 20021案例分析参考答案项目一内部控制与制度设计基础［案例分析1] 参考答案：巴林银行的内部控制制度在设置上存在下列缺陷使得欺诈行为有可能发生，而且欺诈金额又是如此之大。
1、不相容职务分离控制存在缺陷。
该案例中，交易员一方面控制着交易行为而另一方面又控制着对交易的记录，这违背了不相容职务分离控制中“执行与记录某项经济业务的职务分离”的基本要求。
2、内部控制重大缺陷报告控制及内部控制缺陷的改进控制均存在问题。
该案例中，当巴林银行的内部审计师意识到交易员一方面控制着交易行为而另一方面又控制着对交易的记录后，管理层仍然没有采取任何行动，说明了巴林银行的内部控制重大缺陷报告控制及内部控制缺陷的改进控制均存在问题。
[案例分析2] 参考答案：1．该公司的内部控制制度在设计上存在内部环境控制缺陷，从而无法防止欺诈行为的发生。
该案例中，一方面公司的总裁、财务总监和主计长等关键管理人员职业道德低下，串通舞弊，导致内部控制制度“失灵”，另一方面该公司的内部控制制度在设计上存在关键管理人员工作岗位轮换控制缺陷，从而无法防止类似欺诈行为的发生。
2．结合该公司的具体情况，欲阻止这种欺诈行为的发生，应设计如下内部控制制度：（1）公司应根据不同层级人员的职责权限，结合不同层级人员对实现公司内控目标的影响程度和不同要求，分别制定适合不同层级人员的职业操守准则或者行为守则，并明确相应的监督约束机制。
高级管理人员应恪守以诚实守信为核心的职业操守。
（2）建立轮岗制度，定期或不定期进行关键工作岗位轮换，通过轮换及时发现存在的错弊情况，或抑制不法分子的不良动机。
（3）建立反舞弊机制。
公司应当明确反舞弊的重点领域、关键环节及其主要内容；建立并完善投诉、举报管理制度；发生舞弊事件后，在补救措施中应有评估和改进内部控制的书面报告，对舞弊者采取适当的措施，并将结果向内部及必要的外部第三方通报。
现代控制系统分析与设计
现代控制系统分析与设计一、现代控制系统的基本原理现代控制系统是指采用先进的数学方法与技术手段对被控对象进行监测、计算与控制的系统。
其核心原理是负反馈控制。
负反馈控制是指通过比较被控变量和参考输入信号的差异，并根据差异信号来调整控制器输出，以实现系统的稳定与优化。
在负反馈控制原理下，系统通过不断的调整控制器输出，使得被控对象的输出变量接近预期值，从而实现控制目标。
二、现代控制系统的分析方法现代控制系统的分析方法主要包括数学建模、传递函数法、状态空间法等。
数学建模是指将被控对象及其控制系统抽象为数学模型，以方程的形式描述系统的动力学行为。
传递函数法是将数学模型转化为传递函数形式，即输入变量和输出变量之间的关系。
传递函数法可以通过频域分析来研究系统的稳定性、性能等特性。
状态空间法是通过引入状态变量的概念，将系统的动力学行为用矩阵形式表示，可以进行时域与频域分析，更加适用于多变量系统。
三、现代控制系统的设计流程现代控制系统的设计流程包括需求分析、系统建模、控制器设计、仿真与调试、实施与测试等步骤。
首先，需求分析是指明确控制系统的目标、性能指标和约束条件等。
其次，系统建模是将具体的被控对象及其所处环境抽象为数学模型，以便进行后续的控制器设计与分析。
然后，根据系统模型选择适当的控制策略，并设计控制器，以满足系统性能指标。
设计好控制器后，可以进行仿真与调试，通过软件模拟器或硬件实验平台进行系统性能评估与优化。
最后，实施与测试是将设计好的控制系统应用于实际场景，并进行实时测试与监测，以确保系统达到预期目标。
四、现代控制系统的改进现代控制系统的改进主要针对系统的稳定性、响应速度、鲁棒性等方面进行。
常见的改进方法包括：增加反馈环节，加强系统的稳定性；采用先进的控制策略，如PID控制、模糊控制、自适应控制等，以提高系统的响应速度和鲁棒性；运用现代控制理论，如最优控制、H∞控制等，以确保系统在不同工况下均具有较好的性能。
控制系统的基本概念与设计原则
控制系统的基本概念与设计原则控制系统是一种用于控制、调节和自动化操作的设备或系统，它根据输入信号进行判断和决策，通过输出信号对被控对象进行控制。
在工程领域中，控制系统被广泛应用于各种场景，如工业生产、交通运输和环境控制等。
控制系统的设计涉及一系列的概念和原则，下面将对其进行详细阐述。
一、控制系统的基本概念1. 输入信号：控制系统中的输入信号是指外部环境提供给系统的信息，通常以传感器获取并转换成电信号的形式呈现。
输入信号可以是温度、压力、湿度等物理量，也可以是开关信号或者命令信号。
2. 控制器：控制器是控制系统的核心部分，它根据输入信号进行判断和决策，并产生相应的输出信号。
控制器可以是一个简单的开关电路，也可以是一个复杂的计算机程序。
3. 输出信号：控制器根据输入信号进行计算后，将结果以输出信号的形式发送给被控对象。
输出信号通常是电压、电流或者数据等形式，被用于控制被控对象的状态或行为。
4. 被控对象：被控对象是控制系统的目标，在控制系统中接受来自控制器的输出信号，并根据其指令进行相应的动作。
被控对象可以是一个机械设备、一个电路系统，甚至是一个生物体。
二、控制系统的设计原则1. 反馈控制：反馈控制是控制系统设计中的基本原则之一。
通过在被控对象输出信号中引入反馈信号，可以实时监测系统的状态，并对输出信号进行修正，从而实现对系统的稳定性和准确性的控制。
2. 系统建模：在进行控制系统设计时，需要对被控对象进行建模，以便于分析和预测其响应特性。
系统建模可以基于物理原理，也可以基于数据分析方法，如系统辨识等。
3. 控制策略选择：不同的控制系统需要采用不同的控制策略，如比例控制、积分控制和微分控制等。
控制策略选择要根据被控对象的特性和控制要求来确定，以最大程度地提高系统的性能。
4. 系统性能评估：在控制系统设计完成后，需要对系统的性能进行评估。
常用的性能指标包括稳定性、准确性、鲁棒性等。
通过对系统性能的评估，可以对设计进行优化和改进。
通用技术与设计-控制与设计(16：9)
二、控制的应用
水 车
二、控制的应用
电源
控制室
水泵
折射式微喷
锤式微灌
射流式微喷
4-2 控制系统的工作过程与方式
一、控制系统 例：自行车的传动（或动力）控制系统 脚踩的力 （输入） 脚蹬、曲柄、链轮、 中轴、链条、飞轮 自行车速度 （输出）
踩动脚蹬的力越大，车轮的转速就越快。 思考： 自行车的制动(或刹车)控制系统是怎样的呢？
水箱注水控制系统方框图
给定 +比较器 控制器 水位 进水阀门 检测装置
水流量
水箱
水箱 水位
简单闭环控制系统的方框图：
比较器 给定量 + 控制器 (输入)
执行器
控制量
被控对象
被控量
(输出)
检测装置
•
•
在这个控制中，“重锤”具有多种功能。它既是测量装置、比较装置，还是控制装置 。具体控制过程如下：重锤感受锅内压力，并与自身的重量（忽略作用在重锤上因上 下面积不同而产生的大气压力的差）进行比较，当这个压力差大于0时，重锤被抬起， 打开出汽孔，减小锅内压力，重锤回落，锅内压力上升。如此反复进行，以保持锅内 压力恒定。由于重锤具有惯性，锅内蒸汽具有弹性，这个控制经常会出现振荡，这也 是为什么重锤会忽上忽下的原因。 这个控制的执行器应该是“出汽孔”，控制作用量（控制量）是出汽量。
二、开环控制系统
例：游泳池注水 如果进水管的进水量是均匀的，游泳池中的 一般情况下，一池水需要很长的时间才能灌 水位高度与进水的时间是一一对应的。我们可以 满，如果由人工控制整个注水过程，很费时间。 在注水口处装一个定时器，通过定时器来控制注 水过程（时间）。 流水量 设定注 游泳池 游泳池 定时器 进水阀 入时间 的水位 （输入） （输出）
自动控制原理与设计李中华第六版
自动控制原理与设计李中华第六版【实用版】目录1.自动控制原理概述2.自动控制设计的基本方法3.李中华的《自动控制原理与设计》第六版特点正文自动控制原理是研究在不确定性环境下，如何通过控制策略实现系统稳定性和性能优化的一门学科。
自动控制原理广泛应用于各种工程技术领域，如航空航天、机械制造、电力系统等。
李中华编写的《自动控制原理与设计》第六版，为我国自动控制领域的研究和应用提供了宝贵的理论资源。
首先，自动控制原理主要研究系统的稳定性、稳态误差、动态性能等指标。
通过分析系统的数学模型，可以得到系统的稳定性边界，从而设计出满足性能要求的控制器。
自动控制原理还涉及到根轨迹法、频率响应法等分析方法，以及 PID 控制器、状态反馈控制器等设计方法。
其次，自动控制设计的基本方法包括根轨迹法、频率响应法和极点配置法等。
根轨迹法用于分析系统的稳定性，频率响应法用于分析系统的动态性能，极点配置法则用于设计具有指定性能的控制器。
这些方法在实际工程应用中具有广泛的应用价值。
李中华的《自动控制原理与设计》第六版具有以下特点：1.内容全面：该书系统地阐述了自动控制原理的基本概念、基本理论和设计方法，涵盖了根轨迹法、频率响应法、极点配置法等方面的内容，为读者提供了全面的理论体系。
2.结构清晰：该书在编排上遵循了由浅入深、循序渐进的原则，使得读者能够更好地理解和掌握自动控制原理及其设计方法。
3.例题丰富：书中配备了大量的例题和习题，有利于读者通过实践巩固所学知识，提高自动控制原理的应用能力。
4.适用性强：该书既可作为高等院校自动控制原理课程的教材，也可作为工程技术人员的参考书，具有很高的实用价值。
总之，李中华的《自动控制原理与设计》第六版为自动控制领域的研究和应用提供了宝贵的理论资源。
控制与设计教案
第四章控制与设计【教学时段】2015-20163学年下期【教学对象】高中二年级【授课教师】蒋娅【学情分析】学生对我校的授课模式比较熟悉，对本课程的重视程度不够，学习积极性较低。
因此，在上课过程中老师应注意多用一些生活中常见的案例，调动学生对控制及其设计的学习欲望，引起他们的重视，激发他们的学习热情，充分调动学生的学习积极性。
以此最终能够让他们用上所学的知识对案例进行测试、分析。
【教材分析】本堂课是《技术与设计2》里面比较难于理解的内容，“控制与设计”强调从系统的角度理解控制素统的组成、工作过程等问题。
对控制系统中的控制器、执行器、传感机构和被控对象等环节只限于定于一般性的理解，不去探讨其内部的工作过程。
通过控制的理论知识学习，达到能够分析生活中常见的控制，最终能够设计出自己想要做出的控制模型。
【教学设想】第一节课理解什么是控制，并建立开环、闭环、手动、自动控制的分类概念；第二节课对具体的控制系统进行进一步的分析，得到控制系统的基本组成及学会用框图描述各类控制系统；第三节课以设计制作一个小球下落装置为例，进行简单控制系统的设计；第四节课设计制作一个小球下落装置。
【教学目标】知识与技能：1.理解控制的涵义及其在生产和生活中的应用。
2.了解控制系统的类型，熟悉简单控制系统的基本组成和工作过程。
3.了解并能确定控制系统的主要参量。
4.能画出简单控制系统的方框图，理解其中各环节的作用。
5.能设计、制作、调试和改进简单的控制装置。
过程与方法：通过观察、思考、探讨、分析的过程，了解控制与设计方面的基础知识，能绘制简单的控制系统方框图，综合运用归纳、概括、综合、比较等方法。
情感态度价值观：学会用系统的眼光看事物，并优化事件，解决问题，培养学生的社会责任感和善于思考的能力。
【教学重点与难点】重点：理解控制的涵义，了解控制系统的类型中，熟悉简单控制系统的基本组成和工作过程。
难点：能设计的、制作、调试和改进开环控制系统。
控制与设计知识点大全
控制与设计知识点大全【控制与设计知识点大全】一、引言控制与设计是现代工程领域中不可或缺的重要环节，涉及到各种系统、设备和过程的调节和优化。
本文旨在全面介绍控制与设计的相关知识点，包括控制理论、设计方法以及实际应用等方面内容。
二、控制理论1. 控制系统的基本概念控制系统是指由传感器、执行器和控制器组成的系统，通过对系统的输入和输出进行监测和调节，实现对目标状态或性能的控制。
2. 反馈控制理论反馈控制理论是控制系统设计中的基础理论，通过对系统输出与期望输出之间的差异进行反馈调节，实现对系统稳定性和性能的优化。
3. 控制系统的稳定性与鲁棒性控制系统的稳定性是指系统在各种干扰和不确定性的影响下，是否能保持稳定。
鲁棒性则是指系统抵抗干扰和不确定性的能力。
4. 线性控制与非线性控制线性控制是指控制系统中的数学模型是线性的，而非线性控制则是指系统模型具有非线性特性，需要采用专门的设计方法。
5. 自适应控制理论自适应控制理论是指控制系统可以根据实时的系统状态和性能变化，自动调整控制策略和参数，以适应不断变化的工况条件。
三、设计方法1. 系统建模与仿真系统建模是指将实际系统抽象成数学模型，以便进行分析和设计。
仿真则是利用计算机模拟系统的动态响应和性能，评估不同控制策略的效果。
2. PID控制器设计PID控制器是最常用的控制器之一，通过比例、积分和微分三个部分的组合，实现对系统的稳定控制和响应速度调节。
3. 先进控制方法除了传统的PID控制，还有一些先进的控制方法，如模糊控制、神经网络控制、自适应控制等，可以更好地处理非线性、时变等复杂系统。
4. 优化与最优控制优化与最优控制是通过优化理论和方法，寻找最优的控制策略和参数，以实现系统性能的最大化或最小化。
四、实际应用1. 工业自动化控制与设计在工业自动化中起着重要作用，包括生产线控制、工艺控制、机械控制等方面。
2. 动力系统控制对于动力系统，如发电厂、机车等，控制与设计能够提高系统的效率和稳定性，保证安全运行。
自动控制原理与设计
自动控制原理与设计
自动控制原理与设计是一个应用于各种系统中的技术，目的是通过传感器和执行器的相互作用，实现对系统的自主控制和调节。
该技术通常通过建立数学模型和运用控制算法来实现系统的稳定性和性能优化。
自动控制系统的设计过程包括以下几个主要步骤：
1. 系统的建模：首先要对所控制的系统进行建模，将其抽象成数学模型。
这包括系统的输入、输出和各种物理量之间的关系。
基于所建立的模型，可以对系统的特性进行分析和预测。
2. 控制器设计：根据系统的数学模型，设计合适的控制器来实现对系统的控制。
常用的控制器设计方法包括比例-积分-微分（PID）控制和模糊控制等。
通过选择合适的控制器参数和算法，可以使系统的性能达到要求。
3. 传感器和执行器选择：根据系统的要求，选择合适的传感器和执行器。
传感器用于获取系统状态的信息，执行器用于输出控制指令，实现对系统的调节。
4. 系统的实时监测和反馈：自动控制系统需要实时监测系统的状态，并根据反馈信息对控制指令进行调整。
通过不断地校正和调整，使系统能够在实际工作中保持所需的稳定性和准确性。
5. 系统性能评估和改进：对自动控制系统的性能进行评估，并通过改进控制策略和参数来提高系统的性能。
这可以通过仿真实验和实际系统实验来实现。
通过以上步骤，可以设计出满足系统需求的自动控制系统，实现对系统的自主控制和调节。
自动控制技术在工业生产、交通运输、航天航空等领域有着广泛的应用。
自动控制原理与设计
自动控制原理与设计自动控制原理与设计是现代工程领域中非常重要的一门学科，它涉及到许多领域的应用，如机械、电子、信息、自动化等。
在工业生产、交通运输、环境监测等领域，自动控制技术的应用越来越广泛。
本文将从自动控制的基本原理、控制系统的设计和应用等方面进行介绍和分析。
首先，自动控制的基本原理是建立在反馈控制的基础上的。
反馈控制是指系统输出的一部分被返回到系统的输入端，以调节系统的运行状态。
这种控制方式可以使系统对外部干扰和内部变化做出及时的响应，保持系统的稳定性和准确性。
在自动控制中，控制器通过对系统的反馈信号进行处理，可以实现对系统的自动调节和控制。
其次，控制系统的设计是自动控制技术的核心内容之一。
控制系统的设计需要考虑到系统的稳定性、灵敏度、鲁棒性等指标，同时还需要考虑到系统的动态特性、非线性特性等因素。
在控制系统的设计中，需要选择合适的传感器、执行器和控制算法，以实现对系统的精确控制。
此外，还需要考虑到系统的实时性、可靠性和安全性等方面的要求，以确保系统在各种工况下都能够正常运行。
最后，自动控制技术的应用非常广泛，涉及到许多不同的领域。
在工业生产中，自动控制技术可以实现生产线的自动化操作，提高生产效率和产品质量。
在交通运输领域，自动控制技术可以实现交通信号灯的智能控制、车辆的自动驾驶等功能。
在环境监测领域，自动控制技术可以实现对大气、水质、土壤等环境参数的实时监测和控制。
总之，自动控制技术的应用可以为人类的生产生活带来诸多便利和改善。
综上所述，自动控制原理与设计是一门涉及广泛、应用广泛的学科，它的研究和应用对于提高工程技术水平、推动社会进步具有重要意义。
希望通过本文的介绍，读者能够对自动控制技术有更深入的了解，进而为相关领域的研究和应用提供一定的参考和指导。
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1、手动控制
概念：控制系统必须在人 的直接干预下才能完成控制任 务。 特点：有人直接干预。Βιβλιοθήκη 电梯风 扇木 门
遥控模型
开车
2、自动控制
概念：在控制的过程中 不需要人的干预，就可按期 望规律或预定程序进行的控 制系统。
特点：不需要人的直接干预。
手摇扇
手摇扇子产生风
手动
电风扇
电机带动叶片转动时产生风
飞镖
落点
投掷飞镖的控制过程。
期望值 大脑
肢体
自行车
行驶 方向
眼睛
骑自行车的控制过程。
期望值
大脑
肢体
飞镖
落点
比较器和 控制器
期望值 大脑
执行器
肢体
被控 对象
自行车
被控量
行驶 方向
反馈环节
眼睛
输入
信号处理
输出
反馈环节
闭合的信号回路
电风扇风速 的档位
电机、扇叶
风速
输 入
输 出
任何一种控制的实现，都要通过 若干个环节，这些环节的有机组合就 构成了一个系统，称为控制系统。
电子表 电取暖系统 空调 程序控制洗衣机 可调亮度的台灯 智能洗衣机 电热水器
第三节 简单控制系统的设计
一、控制系统设计概论
第四节 控制中的干扰
• 飞镖投掷中的干扰因素
一、干扰对控制功能的影响
• 干扰的概念，在实际的控制系统中，常常会有一 些变化不定的因素对系统的行为造成不利的影响， 这种有害的因素我们称之为干扰。
2、睁着眼睛写：
人脑控制手写字，在此过程中，眼睛可以把手的位 置及画的效果及时反馈给大脑，使得大脑准确精细 的控制手去写好字。控制过程中有反馈环节可以把 控制结果反馈给人脑，控制流向形成了闭合回路。 这种控制称为闭环控制。 人脑——手——写字 | |———眼睛————|
小结：
1、控制的涵义 2、手动控制和自动控制 （有无人工干预） 3、开环控制与闭环控制 （有无反馈）
问题：根据空调器的工作过程，试画出 其温度控制系统的方框图。
空调器温度控制系统方框图如下：
比较器 设定温度 ﹢
控 制 电 路
× ﹣
压 空气温度 空 输出温度 缩 调 机 器
检测装置
• 根据开环电子控制系统和闭环控制系统的区别进行分析、 判断，在你认为正确的表格中打 “ ”
练习
开环电子 控制系统
闭环电子 控制系统
制 电 路 电 转 动
自
动 门的开 启或关 闭
门 机
输出
闭环控制系统
水箱的水位自动控制示意图
比较器 给定水位 ﹢ 进 水流量 水 阀 门 检测装置 水箱水位
× ﹣
控 制 器
水 箱
闭环控制系统就是把系统的输出量 返回到输入端并对控制过程产生影响的 控制系统。 简单闭环控制系统的方框图如下：
给定量
比较器
请同学们说说你在生活学习中 所见到的应用控制的事例。
学校：学校的音乐铃声、多媒体教学系 统、自动喷泉等。 家庭：冰箱、电饭煲、微波炉等。 社会：交通信号灯、电子警察、电梯、 程控电话交换机等
手动控制和自动控制
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，控制有手动控 制和自动控制。
比较器
给定值 比较量
闭环控制系统结构框图 被控 控制 执行 对象 器 器 反馈 环节
被控量
开环控制系统
设定注 水的时 间 定 时 器 进 水流量 水 阀 门 游 泳 池
游泳池 的水位
输出
输入
定义：
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。
案例分析 红外装置 是否检测 到人体热 辐射发出 的信号 输入 控
﹢ × ﹣
控 制 器
执 控制量 行 器
被 控 对 象
被控量
检测装置
案例分析：空调器温度控制系统
炎炎夏日，人们采取各种消暑措施消暑，空 调是第一选择。那么，空调器是如何控制温度的呢？ 它的工作过程又如何呢？ 如设定温度为25oC，室内温度如果高于25oC， 那么空调通过比较，控制电路发出信号促使压缩机 进行工作；当温度达到设定温度时，控制电路发出 信号，压缩机停止工作，风扇照常工作。因此，空 调温度控制系统中有从输出端返回到输入端的信息 反馈，它是闭环控制系统。
把人体看做一个控制系统，你从书架上 那书的过程中，身体各个部分分别完成 什么功能？
脑 发出命令的部分是： 执行命令的部分是： 手 控制的作用对象是： 书 反馈环节是： 眼睛
“闭上眼睛写字”的控制过程方框图
输入 大脑 手 笔 输出
输入量
控制器
执行器
被控对 象
输出量
控制系统的组成和描述
期望值 大脑 肢体
二、克服干扰的基本方法
• 1、提高控制系统性能，采用闭环控制系统。 • 2、消除干扰（可避免的，只能在提高控制系统的性能上下 工夫。）。 • （1）飞机上不能使用通信工具。 • （2）为了避免外面磁场手干扰，在屏蔽室内进行电子测量。 • （3）为了避免电源电压被动改造的干扰，用电源稳压装置 供电。 • 3、减弱干扰（不可避免的，可以采取消除、减弱的办法） • （1）在恒温的环境中进行化学实验。 • （2）室内羽毛球比赛（减弱风的干扰）。 • 总之，克服干扰的基本方法，就是要分析干扰的性质，然后 “对症下药”。
手动控制
空调器
自动调温
自动控制
太阳能 路灯
自动门
自动扶梯
自 动 洗 车
马上行动
下列哪些是自动控制？哪些 是人工控制？
生活
现代网络家电
自动控制
工业生产
汽车自动装配生产线
自动控制
汽车油漆
农业生产
水车
自动控制
自动控制
温室
农田灌溉
锤式微灌
自动控制
折射式微喷
射流式微喷
思考
自动控制技术在各行各业的应用，一方 面减轻了人的劳动强度，解放了劳动生产 力，另一方面也可能造成失业人数增加。 对此，你有什么看法？
技术与设计2
第四章
控制与设计
一、控制
嫦娥一号奔月过程 投掷飞镖 骑自行车 瓦特速度调节器基本工作原理 电视制导导弹为什么能自动寻找目标
预期行驶方向
实际行驶方向
控制的含义
控制无处不在，如果我们希望 某事物按照自己的意愿发展，就要 对其进行干预，这种根据自己的目 的，通过一定的方法使事物沿着某 一确定方向发展，就形成了控制。 简单来说，控制就是使事物按照自 己的意愿进行的发展的干预。
控制系统的输出与输入之间有一 定的对应关系。
马上行动：请指出下列控制系统中的输入、 输出分别是什么？ 控制系统 输入 输出
风扇的转速 锅内的温度 脱粒的量
水龙头的出水量
电风扇风速控制 调速器或挡位
电饭煲
脱粒机
电源的电信号 电源的电信号
红外线自动水龙 人手的红外信号 头
开环控制系统结构框图 给定值 控制 器 执行 器 被控 对象 被控量
这两个问题并不矛盾。从经济学角度， 发展技术密集型的产业，解放劳动生产力， 减轻人的劳动强度，是社会发展的趋势， 而富裕的劳动力可以通过第三产业得以解 决。
开环与闭环控制系统
小试验1：闭上眼睛写“控制系统”四个 字
老师的指令 输入量：
输出量：所写的字
分析原因：
1、闭着眼睛写：
人脑控制手写字：人脑——手——字 控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以 修正、调节。是个单程的控制流向。这种控制，称 为开环控制。
三、案例分析:室内电视的工作 • 电视机的画面出现紊乱的现象往往是由于受 到外界磁场的干扰。 • 比如：近距离摆放的电冰箱、空调器、电风 扇、日光灯等，他们就是电视机正常工作的 干扰因素。 • 克服这些干扰因素的方法就是将家用电器远 离电视机放置。
• 干扰会使被控对象产生误动作。 • 如：投掷飞镖：出手后，突然来风，变动不定的 风，对飞镖飞行是影响的。 • 海中航行的船，受波浪、海风的影响。
• 问题： • 在出现干扰的情况下，开环控制系统和闭环控制 系统哪个受干扰的影响小？为什么？ • 闭环控制系统受干扰影响小，因为闭环控制系统 有反馈环节，能不断地修正控制效果，具有一定 的抗干扰能力。