高二通用技术 第四章 闭环控制系统通用技术
通用技术开环和闭环控制系统
控制系统旳
工作过程与方式
一、控制系统
电风扇旳风速控制是经过变化电机旳转速 来实现旳。给电风扇设定风速挡位，电机就以 一定旳转速带动扇叶转动，输出预定旳风速。 风速挡位是该控制系统旳输入，扇叶转动旳风 速是该控制系统旳输出，一种挡位相应着一种 风速。
电风扇旳控制
输入 风速挡位
输出 电路、电机、扇叶 风速
电饭煲
电源旳电信号 锅内旳温度
脱粒机
电源旳电信号 脱粒旳量
红外线自动水龙头 人手旳红外信号 水龙头旳出水量
2、分类：
开环控制系统 控 （open loop control system） 制 系 统
闭环控制系统 （closed loop control system）
二、开环控制系统
案例分析：自动门
水箱注水控制系统方框图：
设定 时间
控制器
水流量
水箱旳水位
进水阀门
水箱
（输出）
增长反馈后水箱注水控制系统方框图
比较器
给定 + 水位
控制器
水流量 进水阀门
检测装置
水箱
水箱旳水位 （输出）
1、定义：
系统旳输出量返回到输入端并对控制过程产 生影响旳控制系统称为闭环控制系统
2.特征：系统旳输出端与输入端信号之间存在 一种回路——反馈回路。
关闭
请完毕P106旳“立即行动”
1、家用缝纫机旳缝纫速度控制系统（属于开环控制系统）
脚踏
脚蹬、曲柄、链轮
缝纫
力度
中轴、链条
速度
2、电冰箱旳温度控制系统（属于闭环控制系统）
设定 温度
比较器
控制 器
制冷 温度值 温度计 装置
高中通用技术课程开、闭环控制系统的区分
⾼中通⽤技术课程开、闭环控制系统的区分2019-08-24在⾼中通⽤技术课程的《技术与设计2》中，我认为对学⽣来说，最⼤的重难点应该就是开环控制系统和闭环控制系统的判断与分析。
在教材中，对开、闭环控制系统分别是这样定义的：“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；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。
”从定义来看，闭环控制系统⽐开环控制系统多了⼀个检测输出量并返回输⼊端⽐较的过程，也就是反馈环节，因此，判断有没有反馈环节，就是我们区分开、闭环控制系统的⼀个最明显的标志，也是最确切的办法。
但是我发现学⽣在⾯对⼀个控制系统的时候，却经常不能很好地判定到底有没有反馈。
尤其有的同学经常把检测输⼊信号的装置当成了反馈环节中检测装置，以致把开环控制系统误判成了闭环控制系统。
⽐如⾃动门控制系统，系统中有⼀个检测装置，但这是⽤来检测有没有⼈站到门⼝的装置，⽽不是检测输出量并返回到输⼊端的装置。
因此，不能以此来判定这⾥有⼀个反馈环节，这是⼀个闭环控制系统。
在教学过程中，根据我⾃⼰对开、闭环控制系统的理解，我让学⽣可以再⽤以下⼏种⽅法来辅助区分这两者：1. 看输⼊量与输出量开、闭环控制系统的输⼊量与输出量之间都是有⼀定关系的。
⾸先，在不考虑⼲扰因素的情况下，开环控制系统的输⼊量与输出量应该是⼀⼀对应的。
⽽闭环控制系统系统则是⼀个输⼊量对应多个输出量；其次，因为闭环控制系统的输⼊量与输出量要在⽐较器中进⾏⽐较，所以必须是同⼀种量。
只要把握好这两种关系，我们就可以⽐较容易地判断出⼀部分开环控制系统。
⽐如，电风扇控制系统，⼀个挡位对应⼀个风速，改变挡位，风速就要随之变化，输⼊量与输出量不是同⼀种量且⼀⼀对应，这肯定是⼀个开环控制系统。
2. 看该系统的输出量是不是⾃动维持在某个状态上详细⼀点说，就是看这个系统在⼯作过程当中，⼀旦输出量发⽣了变化，会不会⾃动、及时地进⾏调整，把输出量维持在原来的状态上。
高中通用技术第四单元控制与设计闭环控制系统的干扰与反馈第2课时2课件苏教版必修2
思考 生活中哪些干扰因素是可以利用的？如何进行利用？
干扰因素的普遍性
几乎所有控制系统都存在着干扰因素，干扰不可能被杜 绝，但可以被克服。
反馈
什么是反馈？
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(feedback) 。
案例一：投篮
篮筐位置 （输入量）
第二个自动抽水控制装置组成和工作过程
1. 该控制系统的被控对象是什么？被控量是什么？（被控 对象是水塔，被控量是水塔的水位）
2. 水塔水位靠什么来实现？（水泵） 3. 水泵靠什么来控制？（控制电路） 4. 控制电路怎么知道什么时侯该开始抽水，什么时侯停止
抽水？（通过传感器检测水位，再反馈给控制电路）
自动抽水控制装置
（1）自动抽水实物模型1的控制效果：设定间隔时 间和抽水持续时→启动→过一段时间后开始抽水→抽 水持续一段时间后停止抽水
（2）自动抽水实物模型2的控制效果：水塔放水→ 当水塔水位降低到一定水位，开始抽水→当塔水位上 升到一定水位，停止抽水。
定时器控制有什么缺陷？
定时器控制有什么缺陷？
实际水位 （输出量）
传感器 （检测装置）
反馈
加热炉的温度自动控制系统
干扰因素是什么？ 反馈装置是什么？Fra bibliotek给定量 （输入量）
比较器
+
-
开关 （控制器）
加热器 （执行器）
干扰？
加热炉 （被控对象）
炉内温度 （被控量）
热电偶 （检测装置）
反馈？
闭环控制系统与开环控制系统的比较
控制系统
反馈
闭环
有反馈
开环
无反馈
控制精度
结构
开环控制系统与闭环控制系统 复习课件-高中通用技术苏教版(2019)必修《技术与设计2》
开环控制系统——案例
自动门控制装置
当人走进自动门时，门上方的红外线装置检测到人 体热辐射发出的红外信息，控制电路接收到该信号后， 便会发出相应的指令，启动电动机运转，从而带动门自 动开启。门开启后如果没有人在周围通知电动机反向运 转，使门关闭。
开环控制系统——投飞镖
期望值
大脑
输入量
控制器
手 执行器
A.控制器 .检测装置
C.电热盘 D.设定温度
【2016陕西卷】
闭环
实际温度
给定 温度
自动
加热装置
水箱
【2021陕西卷】
闭环 飞控单元 高度检测器
自动 电机
无人机
缩输回出/伸量出
被笔控尖对象
【2019陕西卷】
16.如图所示为红外感应饮水机电源控制方框图，该控 制系统的执行器是（ ）
A.饮水机电源 C.控制电路
B.加热状态 D.继电器
【2021陕西卷】
【2022陕西卷】
14.如图所示为汽车底部障碍物探测系统的控制方框图。 该控制系统的控制器是（ ）
A.信号 C.语音模块
落点位置
飞镖
被控对象
输出量
开环控制系统——声控灯、光控灯
输入量
控制器
执行器
输出量
被控对象
声光信号
声光检测 控制装置
开关
灯亮/灭 路灯
开环控制系统——火灾自动报警
输入量
控制器
执行器
输出量
被控对象
烟雾信号
感烟探测器
报警器
报警声 报警部件
【2015陕西卷】
红外输线入信量号 中央控处制器理器 机执械行部器件
B.微处理器 D.扬声器
粤教版通用技术必修2 第四章1.1.2了开环控制和闭环控制(共29张)
现代自动化工厂生产线
汽车冲压生产线
汽车焊接生产线
出蜀多山地，艰险难行，常规车 马运输不便
1788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器
阅读资料，合作学习：
离心式调速器工作
原理
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钱学森的《工程控制论》
二、控制的分类
按照控制方式分为手动控制与自动控制 按照反馈方式可分为开环控制与闭环控制
控制的涵义
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，就 形成了控制。
任务：找出教室里的控制 或你知道的控制 时间：3分钟
控制
空调-室温控制 灯光控制 教室里的多媒体控制系统 控制情绪 控制气氛 物价控制 人口增长率控制 ……
一等奖
一种控制人行横道上行人和车辆通行的系统——刘力豪
小
结
summary
01 控制的含义
1 02 控制的类型 2
手动和自动
控制的分类不仅限于课本中的两种分类，依据不同的分类标准就会有不同 的分类方式。
手动控制和自动控制
手动控制系统是在人的直接干 预下才能完成控制任务的控制系 统。 自动控制系统是在控制的过程
中如果不需要人的干预，就可按
期望规律或预定程序进行的控制 系统。
分析控制过程：
手动？自动？
开环控制和闭环控制
有人说，在 飞镖被投掷出后， 投掷者的眼睛可 以将飞镖的飞行 路线反馈给大脑， 存在反馈环节， 所以飞镖的投掷 过程是一个闭环 控制系统。你认 为这种说法对吗？ 为什么？
判断一个控制系统是否为闭环控制 的简单方法是：
干扰
反馈 调整
开环控制和闭环控制
闭环控制系统的工作过程 教案-高中通用技术苏教版(2019)必修《技术与设计2》
闭环控制系统的工作过程教材：普通高中课程标准实验教科书通用技术（必修2）章节：第四单元控制与设计第三节闭环控制系统的工作过程课时：第1课时一、核心素养目标(1)理解闭环控制系统的含义。
(2)通过实践体验，能分析闭环控制系统的基本组成和工作过程。
(3)通过案例分析简单的闭环控制系统，学会画闭环控制系统的方框图。
(4)能结合闭环控制系统的工作过程，分析反馈在控制系统中的作用及其基本原理。
(5)能结合案例分析影响简单控制系统运行的主要干扰因素。
二、教学重点学会分析闭环控制系统的基本组成及工作过程，并画出控制系统的方框图.三、教学难点掌握分析闭环控制系统的一般方法。
四、设计思想1. 教材分析本节课教学内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”的第三节“闭环控制系统的工作过程”。
在本节的学习中，学生要经历恒温箱控制系统的技术试验和分析过程，要站在工程设计的高度，应用系统分析方法与控制原理，解决生活中的实际问题，促使学生的系统思考和工程思维能力提升。
2. 教学策略设计（1）创设情境：以技术体验“搭建恒温箱控制系统”，引出课题。
（2）引导学生分析案例，概括出闭环控制系统工作过程，学会用方框图描述其控制过程。
（3）通过案例分析，认识反馈和干扰因素，能结合闭环控制系统的工作过程，分析反馈和干扰现象及其基本原理。
（4）通过巩固练习，引导学生总结、梳理重点。
五、教学准备1. 课件2.技术体验装置;恒温箱控制系统序号教学步骤教师活动学生活动1 情景导入走进情境：陈晨家住在北京，阳台上种植了许多植物。
冬天室外寒冷，陈晨想要设计一款恒温箱让阳台上的植物安全过冬。
创设情境，引出课题２任务一：解析闭环控制系统工作过程1. 搭建恒温箱控制系统技术体验：搭建恒温箱控制系统思考：恒温箱控制电路的工作状态取决于来自什么装置的信号？用方框图表示恒温箱控制系统的工作过程：设定→控制电路→制热或制冷模块→恒温器→实际温度温度检测装置在系统的输入量和输出量之间，除了从输入端到输出端之间，除了有从设定温度到实际温度的信息传递，还有一条从输出端返回到输入端的反馈环节，它们形成了一条闭合回路。
通用技术闭环控制精讲课件
优化方法
优化目标：提高闭环控制的稳定性、
01
准确性和快速性 优化方法：调整控制器参数、优化控
02
制算法、改进传感器性能 优化效果：提高闭环控制的性能和效
03
率，降低能耗和成本 优化实例：PID控制器参数优化、自适
04
应控制算法优化、传感器信号处理优化
优化效果评估
01
优化目标：提 高控制精度、 降低能耗、提 高系统稳定性
三个环节实现控制
入信号的变化自动调整控制参数
05
模糊控制算法：利用模糊逻辑实现控
06
闭环控制算法的应用：工业自动化、
制，具有较强的鲁棒性和自适应性
机器人控制、航空航天等领域
3 闭环控制的实现
硬件实现
传感器：用于检测和控制系 统的输入和输出
控制器：用于处理传感器信 号并生成控制信号
执行器：用于执行控制信号， 实现对系统的控制
02
评估指标：控 制精度、能耗、 系统稳定性
03
评估方法：实 验测试、仿真 模拟、数据分 析
04
优化结果：提 高控制精度、 降低能耗、提 高系统稳定性， 达到预期效果。
谢谢
4
闭环控制特点：具有稳 定性、快速性、准确性 和鲁棒性，能够实现系 统的自动调节和自动控 制。
闭环控制算法
01
闭环控制的基本原理：通过反馈控制 02
闭环控制算法分类：PID控制、自适应
实现系统的稳定性和准确性
控制、模糊控制等
03
PID控制算法：通过比例、积分、微分 04
自适应控制算法：根据系统状态和输
速度控制系统：通过速度传感器、控 制器和执行器实现对速度的闭环控制
压力控制系统：通过压力传感器、控 制器和执行器实现对压力的闭环控制
通用技术开环和闭环控制系统
通用技术开环和闭环控制系统引言在现代工程领域，控制系统被广泛应用于各种设备和机器中，用于监测和调节系统的运行状态。
控制系统根据设定的目标值对系统进行控制，以使系统达到预期的工作状态。
在控制系统中，存在两种基本的控制策略，即开环控制和闭环控制。
本文将对开环控制和闭环控制的基本概念和技术进行介绍，并讨论它们在通用技术中的应用。
开环控制系统开环控制系统是一种基本的控制策略，它通过将输入信号直接传递给执行器来控制系统的输出。
在开环控制系统中，不考虑系统的实际输出和期望输出之间的差异，也不对实际输出进行测量和反馈。
因此，开环控制系统的控制效果主要依赖于输入信号和执行器的性能。
开环控制系统具有简单、稳定等优点，适用于一些简单且可预测的系统。
例如，开环控制系统经常应用于家用电器中，比如电磁炉和微波炉等。
在这些设备中，输入信号和执行器之间的关系相对简单，因此开环控制系统可以实现较好的控制效果。
然而，开环控制系统也存在一些缺点，例如对参数变化和噪声的鲁棒性较差。
闭环控制系统闭环控制系统是一种比较复杂的控制策略，它将系统的实际输出与期望输出之间的差异作为反馈信号，通过调节输入信号控制系统的输出。
闭环控制系统通过不断测量和反馈实际输出来实现对系统的精确控制，并具有较好的鲁棒性和适应性。
闭环控制系统通常包括传感器、控制器和执行器等组件。
传感器用于测量系统的实际输出，控制器根据实际输出和期望输出之间的差异计算调节量，执行器根据控制器的输出执行相应的操作。
闭环控制系统通过不断测量和反馈实际输出，使系统的输出逐渐趋近于期望输出，从而实现对系统的控制。
闭环控制系统在工业自动化、机器人技术等领域得到广泛应用。
例如，在自动驾驶车辆中，闭环控制系统可以通过传感器测量车辆的位置和速度，并根据目标路线和速度计算调节量，控制车辆的行驶方向和速度。
闭环控制系统的高精度和鲁棒性可以使自动驾驶车辆在复杂的交通环境中准确地执行各种操作。
开环和闭环的比较开环控制系统和闭环控制系统的选择取决于实际应用中的需求和要求。
高中通用技术课程开、闭环控制系统的区分
高中通用技术课程开、闭环控制系统的区分
高中通用技术课程中，开环与闭环控制系统是密切关联的，它们扮演着不同的角色，是高中学生深入学习和理解通用技术课程的关键。
那么，它们之间有何区别呢？
开环控制系统是一种较为简单的控制系统，由输入信号和输出信号、控制模型和控制器组成，它提供了一种执行控制的基本方法，通过调整输入信号实现对输出信号的控制，从而实现对固有对象的控制，其优点在于由于结构简单，所以其传递时间较短，可以较为有效地实现控制。
而闭环控制系统则是一种更为复杂的控制系统，其实现控制的机制与开环控制系统大不相同，由输入信号、输出信号、控制模型、传感器、反馈信号、控制器及控制对象等组成，包含了开环控制系统所不具备的传感器和反馈信号组成部分，使其能够精确控制固有对象，能够较好地抵抗外界扰动。
总结而言，开环控制系统是结构较为简单而且传递时间较短，能够有效地实现控制；而闭环控制系统则拥有更复杂的结构，能够有效地抵抗外界扰动，实现更高精度的控制。
因此，熟悉开环与闭环控制系统的区别，对于高中生深入学习和理解通用技术课程大有裨益，具有重要的意义。
高中通用技术：闭环控制系统课件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
给 定＋ 量－
控制器
护士执行
护士的眼 睛
门诊室
门诊室里的 就诊人数
接
通
电
源
控制电路
发热盘
电饭锅 的内锅
电饭锅的内 锅温度
输入
热量
输出
给 定＋ 温－ 度
热量
控制电 路
发热盘
检测装置
电饭锅的 内锅
电饭锅的内锅 温度
1、纪律是集体的面貌，集体的声音，集体的动作，集体的表情，集体的信念。 2、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。 3、反思自我时展示了勇气，自我反思是一切思想的源泉。 4、在教师手里操着幼年人的命运，便操着民族和人类的命运。一年之计，莫如树谷；十年之计，莫如树木；终身之计，莫如树人。 5、诚实比一切智谋更好，而且它是智谋的基本条件。 6、做老师的只要有一次向学生撒谎撒漏了底，就可能使他的全部教育成果从此为之失败。2022年1月2022/1/102022/1/102022/1/101/10/2022 7、凡为教者必期于达到不须教。对人以诚信，人不欺我;对事以诚信，事无不成。2022/1/102022/1/10January 10, 2022 8、教育者，非为已往，非为现在，而专为将来。2022/1/102022/1/102022/1/102022/1/10
水流量
输出
设 定＋ 水－ 位
水流量
控制器
进水阀门
检测装置
游泳池水位 游泳池
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。
闭环控制系统方框图：
4.3闭环控制系统的干扰与反馈
•2.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。
事例
输入
检测装置 人的眼睛
输出 线与针孔对准
“穿针引线” 线的位置
投掷飞镖
靶的位置 (期望值)
眼睛
飞镖实际投掷 的位置
五、 闭环控制系统的工作过程 •闭环控制系统就是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。
•核心：通过反馈来减少被控量(输出量)的偏差。
•在加热锅炉的温度控制系统中，可能有干扰因素：加 热炉外的环境温度变化、加热器的电压波动等 •系统如何克服干扰使炉温稳定在给定范围内？通过热 电偶检测炉内的温度值，并与给定的温度值进行比较， 将偏差传给控制器进行控制。
六、控制系统的分析方法 1. 功能模型法 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 。 2.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。
黑箱方法应用 输入 的例子
观察计算机的 运行应用 基本性能 程序 测定钢材的硬 技术试验 度
输出
需要了解的 情况
计算机的基 本性能
计算机的反 应 钢的性能情 况
钢的硬度
选购电视机
图像、声 音、外壳
清晰度、散 热的情况
电视好坏
案例分析： 汽车驾驶： 1、控制系统的克服措施： 刹车、转向、鸣喇叭； 2、针对干扰源的措施： 加强国民交通意识； 3、管理措施： 交通部门设立道路隔离带、交通法加重对违章的处 罚； 轮船行使： 1、环境因素： 选择风平浪静的天气； 2、轮船本身设计： 改变轮船的长宽比、 增加减摇鳍、 船艏设计；
高中通用技术 4.2 开环与闭环控制系统课件
反馈
（开度）
（实际水位）
阀门
水箱
输出
浮子
两种控制系统的比较
【开环控制系统】
输入 有人否
传感器
控制器
电动机 （执行器）
输出
门 （被控对象）
开/关
【闭环控制系统】
（给定水位）水位差
输入 —
连杆 机构
反馈
（开度）
（实际水位）
阀门
水箱
输出
浮子
【判断分析】
下面这些控制系统中，哪些属于开环控制系统？ 哪些属于闭环控制系统？ 1、声控灯 2、电冰箱温度的控制 3、电视机遥控器的控制 4、红绿灯的计时控制 5、饮水机水温的控制 6、马路上路灯的控制
1、自动门
2、（工10作s后过）程：
1m
【小试牛刀】
请同学们用图来描述一下自动 门的控制过程。
自动门控制系统框图
输入 有人否
传感器
控制器
电动机 （执行器）
输出
门 （被控对象）
开/关
【百家争鸣】
当有人一直站在门口时，自动门会怎 样 动作？为什么？ 实验1 实验2
典型案例分析（二）
水箱水位控制系统
（每组可从下面选一个课题，进行改进设计活动）
1、马路上的路灯 2、暖水瓶里烧水用“热得快” 3、十字路口红绿灯定时控制系统 4、电热毯
【课堂小结】
1、开环控制系统与闭环控制系统 2、开环控制系统与闭环控制系统的区别
⑴ 信息流的传递方式不同 ⑵结构复杂程度不同 ⑶控制精度不同
第四章 控制与设计
第二节 开环与闭环控制系统
第二节 开环与闭环控制系统
【学习目标】
1、知识目标：理解开环、闭环控制系统的组成与工作过 程，及两者的区别。
4.2控制系统的工作过程与方式
1、控制系统： 案例分析:自行车速度的控制的实现过程、电风扇 风速的控制过程、自动门的控制过程、遥控电视频道更 换的控制过程、航空模型的控制过程
一般的控制过程都有一个输入和一个输出。
定义：任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这 些环节构成一个系统，我们称之为控制系统。 特点：控制系统的输入输出之间有一定的对应关系。
【生活案例】保温电饭锅的保温控制、空调的温度控 制等等 【生产案例】温室大棚、氨气生产的反应炉温控制等 等 【复杂案例简述】导弹防空系统，战斧巡航导弹的控 制
分类：控制系统一般分为开环控制系统和闭环控制系统。
2、开环控制： 【利用前面的案例和普通游泳池注水控制系统控 制过程分别引出两个名词：输入量和输出量】 控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响， 这种控制系统成为开环控制系统。 开环控制系统抽水控制系统
3、闭环控制： 【讨论：在游泳池注水控制系统增加水位测量设 备和改变控制对象后，控制系统的过程与前面的开环 控制过程有何区别，输出量输入量之间产生了什么关 系和作用。】 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。 闭环控制系统方框图：
高中通用技术-闭环控制系统的工作过程与方式-优质课课件
输入
控制装置或元件
对 信号进行处理并发 出 命令的装置或元件
求控制的装置
[1 [视频3
[2[4
1、这几个控制系统的组成有什么共同点?2、它们都是开环控制系统吗?
台灯亮度
检测装置
9
闭环控制系统及其方框图1、 定义：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。
2、 闭环控制系统的方框图如下：比较器给定值 控制器 执行器
控制量被控对象
被控量
检测装置。
10
开环控制系统
闭环控制系统
装置组成部分
控制器、执行器、被控对象
控制器、执行器、被控对象、 结果检测装置
希罗的自动门控 制系统
基本组成。方框图timg6MHRBHA3给定量比较器控制器基本组成执行器被控对象被控量
总结开环控制
控制系统闭环控制
方框图 timg
14
作业：课后在你的生活中找出开环控制系 统、闭环控制系统各5个。
思考
5
人体感应台灯模型存在哪些 问题?单片机控制器
人体感 应器单片机灯泡灯泡被控对象
是否可以改进?开关执行器
灯亮暗 输出量
红外线信号
输入量
6
观察自动控制台灯模型，并说出它的工作过
小组试验
程 ?
7
你能画出控制方框图吗?
执行器开关光线传感器
控制器单片机控制电路
被控对象灯泡
给定环境亮度
说说路灯的控制过程
信号传递
单项传递
闭合回路
对干扰是否反馈
否
是
对比区别
小组讨论案例分析1、电冰箱的温度控制系统2、走道灯的声光控制系统3、人工调节液面4、希罗的自动门控制系统5、家用缝纫机的缝纫速度控制系统
高中通用技术：第四章 控制与设计 教案
第四章控制与设计（一）本章重点知识阐述：（1）控制是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。
这里所说的手段就是控制技术。
（2）简单的控制系统由两部分组成，即被控对象和控制装置。
其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括反馈环节和比较环节。
（3）闭环控制系统是信息流经一个闭合环路，在其系统中将输出信息反传给比较环节的做法，称之为反馈。
开环控制系统是信息总是自输入端单向传至输出端，不存在信息逆向流动，也就不存在闭环。
（4）干扰就是控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响，这种影响越小越好。
分析一个控制系统的干扰因素要分析控制系统易受到其外部环境或条件中的哪些因素的影响。
（5）控制系统的运行调试通常有以下几方面的内容，即：系统的试运行、系统参数的调整、其他问题的发现与解决。
（6）控制系统的评价与优化通常有以下几个方面内容，即系统方案的评价与优化，系统制作水平的评价与优化，系统的总体评价与优化等。
（二）基础知识再现：1、信息流经一个闭合环路，这类系统称之为。
此系统中将输出信息反传给比较环节的做法，称之为。
2、闭环控制系统与开环控制系统，是两类不同的系统。
从构成形式上看，二者的不同表现为。
从本质上讲，二者的不同在于。
3、简单的控制系统由两部分组成，即和。
其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括环节与环节。
4、开环控制系统的结构和原理比较简单，信息从输入端传到输出断，仅有一条路径。
它的最大缺点是不高；闭环控制系统的结构较为复杂，信息流经的路径有两条，它可以有较高的和较强的性能。
5、控制系统框图中，信息流经的路径叫做，对于闭环控制系统来说，有两个基本通道，那就是和。
6、在控制系统中，将控制器的信号转换成能影响被控对象的信号的装置，称为。
7、在人体温度控制系统中，皮肤相当于。
8、就是控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响。
开环控制闭环控制通用技术
开环控制闭环控制通用技术开环控制和闭环控制是控制系统中常用的两种技术手段，它们在不同的应用场景下具有各自的特点和优势。
本文将从开环控制和闭环控制的基本概念、原理、特点以及应用等方面进行探讨，旨在探究开环控制和闭环控制的通用技术。
一、开环控制的基本概念和原理开环控制（Open Loop Control）是指在控制过程中，输出信号不受系统的实际状态或反馈信息的影响，仅依靠预先设定好的控制策略进行控制。
开环控制不考虑系统的实际状态和误差，只根据预先设定的输入信号和系统模型进行控制。
开环控制的原理可以用以下简单的模型来描述：输入信号经过系统处理后，得到输出信号。
在开环控制中，输入信号和输出信号之间没有直接的联系，输出信号的质量和精度依赖于系统本身的性能。
二、开环控制的特点和应用1. 特点（1）开环控制简单直观，易于实现和调试；（2）开环控制没有反馈环节，不受外界干扰和系统变化的影响；（3）开环控制的稳定性和精度较低，容易受到误差积累的影响。
2. 应用（1）开环控制常用于一些简单的、不需要高精度的控制系统，如电风扇、电灯等；（2）开环控制也常用于一些实时性要求较高、但对控制精度要求不高的系统，如机器人的简单动作控制。
三、闭环控制的基本概念和原理闭环控制（Closed Loop Control），又称反馈控制，是指在控制过程中，输出信号通过传感器测量得到的反馈信息作为输入信号的一部分，用于调整和修正控制系统的工作状态。
闭环控制通过不断的比较实际输出和期望输出之间的误差，采取相应的控制措施来调整系统的工作状态，从而实现对输出信号的精确控制。
闭环控制的原理可以用以下简单的模型来描述：输入信号经过系统处理后，得到输出信号，并经过传感器测量得到的反馈信息与期望输出进行比较，计算出误差信号。
根据误差信号，控制系统采取相应的控制策略，调整系统的工作状态，使输出信号逐渐趋近于期望输出。
四、闭环控制的特点和应用1. 特点（1）闭环控制具有较高的稳定性和精度，能够有效抑制系统中的干扰和误差；（2）闭环控制能够适应系统的变化和外界的干扰，具有较强的鲁棒性；（3）闭环控制的设计和调试相对较复杂，需要对系统的动态特性进行建模和分析。
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有的干扰因素是环境造成的，如影响 自行车行驶速度的变化的自然风等；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。
高二通用技术 第四章 闭环控制系 统通用技术
（2）反馈的含义： 控制系统中，将输出量通过适当的检测 装置，返回到输入并与输入量进行比 较的过程，就是反馈。 例：投篮、自动电水壶
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⒋ 通过案例分析，找出并分析影响简单控制系 统运行的主要干扰因素，了解功能模拟方法和 黑箱方法在控制系统中的应用。
⒌ 结合一定的案例，了解简单的被控对象的基 本特性，能确定被控量、控制量，划出控制系 统的方框图，并形成初步的控制系统设计方案。
⒍ 能根据开环控制系统的设计方法，制作一个 控制装置，或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。
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5.家用电冰箱的闭环电子控制系统
输入
预置 温度 调节 装置
控制(处理) 输出
(电子电路)
比较器 （微型电脑）
(继电 器)
反馈
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被控 对象
(冷藏 室)
检测
温度传 感器
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补充材料
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输入量
比较器
3.控制系统框图
控制器
控制量
执行器
被控 对象
输出量
反馈环节
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4． 闭环控制系统的特征
• 在系统的输入量和输出量之间，还有 一条从输出量返回到输入端的反馈环 节，它们形成了一条闭合回路，反馈 环节使得输出量的改变对控制的过程 产生直接影响。
（3）反馈环节的作用： 通过将输出量通过适当的检测装置，返 回到输入并与输入量进行比较，从而 减少输出量的偏差，稳定输出量。
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7.闭环控制系统的工作过程：闭环控制系统的
核心是通过反馈来减少被控制量（输出量）的
偏差。 8.工作过程：（1）由于干扰因素的存在，系 统的被控量偏离给定值时；（2）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； （3）控制器根据比较得到的偏差信号进行调 节，从而是系统的被控量接近给定值，达到精 确控制的目的。 高二通用技术 第四章 闭环控制系
3.特征：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。
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开环控制系统： 4.控制系统框图
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闭环控制系统：
1.概念：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。 例：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、花房温度控 制系统、投篮、家用电饭锅保温控制系 统、家用电冰箱温度控制系统等。 2.基本组成：与开环控制系统相比，闭 环控制系统多了检测装置比较器。
家用电冰箱的结构和制冷原理图
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• 组成：压缩机、冷却器和散热器，它们之间 用一根管道相连。
• 管道里装有一种沸点很低的制冷剂。压缩机 在管道的底部，它使制冷剂不断地在管道里 循环。制冷剂流动到狭窄的毛细管时，受到 强大压力，由气态变成液态，通过散热器对 外放出热量。当制冷剂通过较粗的管道组成 的冷却器时，由于压力突然降低，制冷剂由 液态立即变为气态，从而吸收电冰箱内的热 量，使电冰箱内的温度降低，达到制冷的效 果。
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复习 开环控制系统：
1.概念：控制系统的输出量不对系统的控制产生 任何影响的控 制系统。
2.案例：红绿灯定时控制系统、防盗报警控制系 统、火灾自动报 警系统、公园的音乐喷泉自 动控制系统、红外线自动门控制系统、普通电 风扇风速控制系统、可调光台灯控制系统等。
闭环电子控制系统必须符合两个条件： （一）它的核心是电子技术； （二）有反馈。反方把人划入控制系统，
这个控制系统的核心就不单单是电子 技术，故不能称为闭环电子控制系统。 但因为存在反馈，可称为闭环控制系 统
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练习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
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• 再如：夏天买西瓜可以通过看 瓜形、看瓜色、听瓜声、测弹 性来判断西瓜的生熟。这些事 例都没有打开事物直接观看内 部结构，而是通过观察外部或 试验等方法来认识事物的。
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马上行动
（1）找出身边开环电子控制系统和闭环电子控制 系统的例子。
统通用技术
黑箱方法是把将要研究的系统作为黑箱，
通过对系统的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。在生活中有时我们需要认识对 象的内部无法打开或不便打开时这时 我们可以通过观测和考察它的输入与 输出的关系来推测其内部的特性和功 能，如：中医看病通过“望闻问切” 来了解病人的病况，最后对病情作出 判断。
开环电子控制系统：电熨斗、电子门铃、电子调 光台灯、电子手表、程序控制洗衣机、带遥控 电视机
闭环电子控制系统：空调机、电冰箱、智能电饭 煲、现代化农业温室
（2）闭环电子控制系统与开环电子控制系统相比 有什么优点？
• 闭环电子控制系统具有监测和反馈功能，可以 提高控制的精度，而且实现控制的自动化。
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开环电子控 闭环电子控
制系统
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
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统通用技术
1.游泳池水位控制
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2.篮球比赛运动员投篮工作过程
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3.水箱水位控制
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水箱水位控制
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4.人体温度控制系统
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• 功能模拟法以功能和行为的相似为基 础，用模型模拟原型的功能和行为的 方法。它为仿生学、人工智能、价值 工程提供了科学方法。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。再如：在国际 象棋的人机对弈中，计算机具有与人 脑类似的逻辑判断功能，能模拟棋手 的思维与人下棋。 高二通用技术 第四章 闭环控制系
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5.开环控制闭环控制系统两者的比较（1）开环：输入量
控制器
控制量
输出值
执行器
被控 对象
（2）闭环：
输入量
控制器
控制量
输出量
执行器
被控 对象
比较器
反馈环节 高二通用技术 第四章 闭环控制系 统通用技术
6.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）
这是闭环系统吗？
• 同学们几乎每天听着扩音机里播放的 音乐做广播体操，但扩音机从未引起大 家的注意。学习了上面的内容后，“扩 音机是一个什么电子控制系统”引起了 全班同学的热烈讨论。
正方：扩音机是一个开环电子控制系统 反方：扩音机是一个闭环电子控制系统
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分析评判：
第四章 控制与设计
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学习目标
⒈ 积极观察生活，能从生活中所遇到的和所观察到 的事物中识别各种受控现象和受控过程，理解控 制的含义。
⒉ 能够分析典型的案例，了解手动控制和自动控制， 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。
⒊ 通过案例分析，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， 熟悉反馈环节的作用。