通用技术(必修)--2017级控制-1

•智能控制：机器人自主避障和路径规划、无人驾驶车辆
按照执行部件的不同分为：
A 机械控制：普通水龙头、电饭煲等 B 气动控制：化工生产中常见的气动阀门、公共汽车车门开关控制等 C 液压控制：建筑工地打桩机、修理汽车用的液压千斤顶等 D 电子控制：电子计算器、家用电冰箱、自动门和汽车自动变速器的电子控 制装置等
卍 研究性学习
水箱水位自动控制系统
方案构思： 采用浮球作为水位高度的检测装置。当水箱的水位低于水箱 的某个高度时，出现了水位差（给定的水位高度与实际水位 高度之差），这个信号通过浮球、连杆机构传给进水阀，使 进水阀打开，从而水箱进水；当水箱水位达到水箱的某个高 度时，水位差为零，进水阀关闭。
水箱水位自动控制系统框图
输入
-
输出
反馈环节克服干扰使被控量稳定
常见执行器：电动、气动（公共汽车门）、液动（船闸）三种
在黑板上画图
系统的输出信号如电压、流量、速度等， 往往与给定值性质不同，不能与输入信 号直接比较，检测环节起测量并转化的 作用。
卍 研究性学习
闭环控制系统的工作过程： （1）闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被 控制量（Байду номын сангаас出量）的偏差。 （2）工作过程：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，从而是系统的被控量接近给定值， 达到精确控制的目的。
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。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。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。脑电图等。
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，引起被控量量值变化的各种因素。 要点：系统行为、被控量量值变化；引起变化的各种因素。
闭环控制系统是通过反馈环节克服干扰因素而使系统达到 稳定的 放假干扰 有利于实现目标的因素不属于干扰。
在黑板上画两张大脸，“四官俱全”，没有眼睛。然后请 一个同学上来“填”眼睛，闭着眼睛画，位置不对；也不 好看……睁着眼睛画，漂亮。 1、闭着眼睛画： 人脑控制手画眼睛：人脑——手——眼睛； 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。这是开环控制。 2、睁着眼睛画： 人脑控制手画眼睛，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 手去画好眼睛。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。这是闭环控制。
设定注水时间 水流量 定时器 进水阀门 游泳池
（输入）
游泳池的水位 （输出）
有定时器是开环
芝麻开门如何实现
复杂、稍难。
自动门
工作过程：（1）有人到达门口，传感器感知，发出“有人”的信号
（2）控制器接收信号后，经变换放大后传给电动机 （3）电动机根据传来的开门信号转动，门被打开
（4）控制器保持开门信号延时10s后，自动发出关门信号，电动机 反转，门重新关闭。
三、闭环控制的组成和工作过程
1、定义：
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
闭环控制系统的特点: 1)系统输出量对控制作用有直接影响。 2）有反馈环节，并应用反馈减小误差。 3）当出现干扰时，可以自动减弱其影响。
给定量和被控量
+
比 较 器
找出干扰因素
干扰因素
不叫输出量
关
比较：前者信息总自输入端单向传至输出端，不存 在信息逆向流动；而后者还要将输出信息反传给输 入端（比较环节），存在信息的逆向流动，故多了 一个信息传递过程
控制论
1. 功能模拟方法 考察功能是什么，不研究是如何实现的。 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 。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。再如按摩椅、机械手。
关
画出投篮的控制框图
单元重点
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 [思考提问]：生活中的反馈：反馈控制是一种在计划执行 一段时间或结束后进行的事后控制，主要为下一步计划的 实施总结经验，但它却常常是管理控制工作的主要形式。 例如投诉与反馈、留言反馈、意见反馈、环境反馈、教学 活动、超市反馈调查表、市场信息反馈系统、工作总结、 产品性能检验、现代酒店控制方法等。学情反馈
调节音量 调节出水温 度的高低 给庄稼治病
旋钮 改变燃气 火头的大小 操作喷雾器的 手柄
热水器
喷雾器
控制的分类
从控制过程中人工干预的情形来分： •人工控制（手动控制）：人工纺纱、打开普通自来水龙 头，揿按键打开电灯、驾驶汽车等； •自动控制：数控机床、饮料自动装罐生产线、花房恒温控制、 十字路口红绿灯的转换等
事物的发展与变化具有多样性，其结果可能是人们 预先期望的，也可能是不希望看到的。
下雨好处在于灌溉农田，但暴雨很可能引起洪涝灾害。
一、控制的含义及应用
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（control）。 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。
公共汽车车门开关控制系统的方框图
行 程
开 关 信 号
电磁阀
气动 活塞
车门
开 关
列举常见的开环控制系统
设定 叫醒 时间
电脑
客房 电话
电 信 号
叫醒信号
烟雾 信号
感烟 探测器
报警 控制器
报警部件
报 警 声
卍 研究性学习
游泳池注水或楼顶水箱注水，时间到了可是 有时水满了，有时却未满，怎么办？
· · · · · · · · · · · ·
2、自动烘手机
开环控制系统的方框图
控 制 量
输 入 量
控制器
执行器
被控 对象
输 出 量
输出量仅受输入量控制 量：未必是数量
二、开环控制的组成和工作过程
灯的开关控制的过程：
输入信号
开关
灯
输出信号
灯的开关控制的方框图：
手的动作 （输入） 开关 电路 电流 灯 光线 （输出）
游泳池注水控制系统方框图：
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，包括控制器、执行器等环节。
1、定义：
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响， 这种控制称为开环控制系统。
2、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。 列举你所知道的开环控制系统。
1、自动声光控灯
列举常见的闭环控制系统
卍 研究性学习
四、开环与闭环控制系统的比较
从构成形式上看，二者的不同表现为有反馈和无反馈；从本质上讲， 二者的不同在于信息的传递方式不同。 控制方式 开环 结构 简单 1条 2条 信息路径 输入－输出 输入－输出 较高 输出－输入 控制精度 不高
闭环
复杂
实际上简单方法是看结果：结果只有一个为闭环
在人力三轮车转弯过程中的方向控制问题中，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。
控制事例 电风扇扇叶转速 快慢的控制 音响的音量控制
控制的对象
控制的目的
控制的手段
电风扇
调节速度
换档
音响 燃气热水器温度 的控制 用喷雾器 喷洒农药
黑箱方法应用 的例子
观察计算机的 基本性能 测定钢材的硬 度 选购电视机
输入
输出
需要了解的 情况
运行应用程 计算机的反应 计算机的基 序 本性能 技术试验 钢的性能情况 钢的硬度
图像、声音、 清晰度、散热 电视好坏 外壳 的情况
重点与难点： 区分开环与闭环 填写控制框图