高中通用技术导学案一.doc

第四章 控制与设计导学案一、学习目标1、理解控制的含义及控制现象，了解控制的手段，理解控制在生产生活中的应用。2、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。3、熟悉闭环控制系统的基本组成，能画出一个简单的闭环系统控制方框图，理解控制器、执行器的作用。4、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。5、熟悉闭环控制系统中反馈环节的作用和工作过程；了解功能模拟法和黑箱法的应用6、能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置。二、学习重点1、能结合案例分析开环和闭环控制系统的工作过程2、反馈；控制系统设计的一般思路三、学习难点会画出开环或闭环控制系统的工作方框图四、学习过程1、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2、控制的应用：（注意：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。） 生产中往往需要对温度、湿度、压力、速度及加工动作等进行控制。生活中的控制例子：教室的电灯，同学制作的台灯，声光控路灯，教室的门，银行的自动门，肯德基的感应出水龙头。 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 ，控制的目的是为了 ，控制的手段是 ，改变前轮的方向并带动后轮。3、控制方式：人工控制和自动控制 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。 人工控制是在人的直接干预和全程干预下进行的。人工控制又称手动控制。例如： 、 、 自动控制是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。例如：花房恒温控制、 、 。 4、控制系统的工作过程与方式：开环控制和闭环控制 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。一般的控制过程都有一个输入和一个输出，控制系统的输入输出之间有一定的对应关系。案例1：声控开关控制过程 声音的强弱声控开关灯泡灯泡的亮与熄案例2：画出公共汽车车门的开关控制过程控制系统一般分为开环控制系统和闭环控制系统。 （一）开环控制系统 开环控制系统是指输出量不对系统的控制产生任何影响的控制系统（即不将控制的结果反馈回来影响控制过程），这种控制系统为开环控制系统。 在控制系统中，为了分析的方便，常采用方框来表示系统的环节，用单向信号线来表示系统信号传递的方向，这种图称为控制系统的方框图。如下图被控对象执行器控制器 控制量输入量 输出量输入量即控制系统的给定量，如游泳池进水的设定时间； 输出量（被控量）控制系统所要控制的量（即控制目的），也就是控制系统的输出信号，如游泳池的水位； 被控对象控制系统中所要求的装置或生产过程，即对被控量进行调整时所操作的对象，如游泳池； 执行器直接对被控对象进行控制的装置或元件，如进水阀门； 控制器控制命令的发出者，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； 控制量执行器的输出信号，即能对被控对象产生作用，从而使被控量发生变化的量，如流过阀门的水量。 案例1：游泳池进水控制系统方框图 设定注水时间定时器进水阀门游泳池游泳池的水位 我们在投掷飞镖时，大脑控制手臂的投掷动作将飞镖掷出。当飞镖飞出后，飞镖的飞行就不可控制了。能否命中目标，取决于飞镖脱离手时的状态。案例2：画出自动门的控制系统方框图案例3：画出车辆超速检测系统方框图案例4：火灾自动报警控制系统工作过程方框图被控对象执行器控制器 （二）闭环控制系统 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称为闭环控制系统。（即能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据它们的误差及时调整控制作用） 简单闭环控制系统的方框图如下： 控制量输入量 输出量检测装置 反馈环节：系统中将控制结果反馈回来的部分，称为反馈环节。反馈环节把反馈回来的信号输送给检测装置（比较器）。 案例1: 电冰箱的温度控制方框图案例2:供水箱的水位自动控制系统方框图案例3:加热炉的温度自动控制系统方框图闭环控制系统的优点：当控制结果出现偏差时，能够对其进行修正。所以其控制效果好，精度高。 闭环控制系统的缺点：结构复杂，成本较高。 开环控制系统的优点：结构简单，成本低廉。 开环控制系统的缺点：不能自动修正被控制量的误差、系统参数的变化或外来未知干扰都会影响系统精度。5、控制中的干扰 一个控制系统在运行过程中，常常会受到一些变化不定的因素的影响。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。 就干扰的性质来说，有些干扰是可以避免的（如室内投飞镖时风对飞镖的干扰），这些干扰我们可以采取消除、减弱的办法克服；而有些干扰是不可以避免的（如风对飞行中的飞机的干扰），这些干扰我们只能在提高控制系统的性能