高三技术：控制与设计教学设计课件

高三通用技术高三通用技术控制与设计控制系统组成·开环闭环·干扰反馈·设计应用汇报人通用技术教研组日期2026年课程导览01走进控制世界生活案例与游戏体验，建立控制感性认识02控制系统组成解析控制器、执行器、被控对象等基本环节03开环与闭环辨析两类控制系统的本质区别与判断方法04干扰与反馈剖析干扰因素判断、克服与反馈机制05设计应用掌握控制系统方框图绘制与简单设计06素养提升对接核心素养与高考考查方向CHAPTER走进控制世界控制无处不在从生活现象出发，感受控制的力量01控制因何而存在控制是人类有目的地作用于客观事物的活动让万物按预期有序运行，控制让生活更高效、更安全、更精准生活处处有控制空调调温、红绿灯指挥交通、自动门开合、水箱注水控制的本质为了达到预期目的，通过一定手段对事物施加作用控制的意义减少人工干预、提高效率、保障安全、实现精准稳定技术演进从手动到自动，再到智能，控制技术不断演进控制三要素与手段任何控制都离不开

目的、对象

与

手段控制，是对目的、对象、手段三要素的协调运用控制三要素目的要达成什么目标对象被施加作用的事物手段实现控制的方式与装置三类控制手段手动控制人直接参与操作，如手动开关阀门自动控制装置按预定程序运行，如定时红绿灯智能控制能感知并自主决策，如智能信号灯按车流调配时长CHAPTER控制系统组成拆解控制系统的骨架认识控制器、执行器与被控对象从生活现象出发，感受控制的力量02控制系统的构成环节一个控制过程要经过若干环节，这些环节构成控制系统信号沿

输入量→控制器→执行器→被控对象→输出量

依次传递1输入量控制系统的给定量，即期望达到的目标值2控制器对输入信号进行处理并发出控制命令的装置3执行器直接对被控对象进行控制的装置，其输出称为控制量4被控对象控制系统中所要求控制的装置或生产过程5输出量控制系统所要控制的量，即被控量用方框图描述系统方框图是描述控制系统工作过程的技术语言方框图：环节与信号流向的可视化技术语言构成与流向环节表达方框表示环节，箭头表示信号传递方向一般流向输入量→控制器→执行器→被控对象→输出量表达价值呈现价值清晰呈现各环节的角色与信号的单向传递关系能力体现识读与绘制方框图，是图样表达能力的重要体现光控灯系统工作过程光控灯是理解控制系统组成的典型案例核心功能：白天关灯，天黑开灯01功能与工作过程白天关灯，天黑开灯闭环工作流程详解步骤1外界变暗，传感器感知并发出光线变暗信号步骤2控制电路接收信号后发出开灯指令步骤3开关闭合，灯泡点亮关键目标实现环境光变化到开灯动作的自动触发环节归位与系统特性4项传感器+控制电路担当

控制器开关担当

执行器灯泡担当

被控对象灯的亮暗即

被控量系统特性：输出仅由输入触发，不了解灯实际亮暗是否符合预期交通信号灯定时控制不同控制系统的方框图内容不同，但结构存在共通之处“信号灯按计时链路逐级触发，自动转换各车道状态。”“结构共通，构成各异——各控制系统方框图结构存在共通之处。”第1步计时秒脉冲发生器发出脉冲信号用于计时。第2步提醒定时器到预设时间后提醒控制器。第3步转换控制器发出状态转换信号。第4步译码译码器翻译为不同车道信号灯的工作状态。CHAPTER开环与闭环有无反馈，天壤之别辨析两类控制系统的本质区别03开环控制单向传递输出量不对控制过程产生任何影响，即为开环控制控制系统输出量单向传递，不反馈、不影响自身控制过程定义与特征3项定义输出量不对控制产生任何影响特征信号单向传递，输出仅受输入量控制特点结构简单、成本较低，但精度较低、抗干扰能力弱通俗理解与典型实例4项通俗理解发出命令就不再检查效果典型实例电风扇调速、定时洗衣机典型实例红绿灯定时控制、定时浇花器典型实例公共汽车车门控制、闹钟定时闭环控制反馈纠偏输出量返回输入端并与输入量比较，即为闭环控制闭环核心：输出量返回输入端并与输入量比较形成反馈回路，实现即时纠偏定义与特征3项定义系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响特征输出量到输入量之间信号形成回路，即存在反馈环节特点结构较复杂、成本较高，但精度高，抗干扰能力强理解与实例4项通俗理解边做边看，发现偏差立即修正典型实例·自动感应门检测到人体信号即开启，形成感应反馈典型实例·恒温控制器实时感知温度并调节，维持设定恒温典型实例·自动调温空调根据室温自动启停制冷制热，保持舒适两类控制本质区别有无反馈，是开环与闭环最本质的分界线对比维度开环控制闭环控制反馈环节无有信号流向单向传递形成闭合回路控制精度较低较高抗干扰能力弱强结构成本简单、成本低复杂、成本高核心原理指令驱动偏差驱动判断闭环的常见误区判断关键只有一条：输出有没有被检测并送回修正判断闭环·常见误区有无反馈，是开环与闭环最本质的分界线判五大常见误区有传感器光控路灯虽有光敏传感器，但仅触发开关，未将输出反馈修正偏差，不算典型闭环自动≠闭环定时器自动运行，但属开环；定时定量的控制基本都是开环，不检测结果手动≠开环人眼看水位高了手动关阀门，反而属闭环——人充当了传感器加控制器传感机型带浊度传感器的洗衣机，水浑则继续洗，属闭环；纯定时洗衣机属开环CHAPTER干扰与反馈让系统学会自我纠错干扰因素的判断、克服与利用04什么是干扰因素除输入量以外，引起被控量变化的因素即为干扰因素分析干扰必须先明确系统的被控量与给定量在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素即为干扰因素生活案例干扰因素·直观感知逆风中骑自行车，风影响行驶速度，风即干扰因素电器设备近距离摆放会干扰电视机画面，是电视机正常工作的干扰因素干扰判断三步法判断干扰，按三步走判断干扰因素，先区分给定量与被控量，再沿变化链逐一排查。1步骤01认清控制量确定系统的被控量与给定量2步骤02判定影响判定该因素能否引起被控量的变化3步骤03判为干扰若能，且不是给定量与被控量，则为干扰因素干扰因素开冰箱门，属干扰因素干扰因素放入热菜热饭，属干扰因素给定量设定温度改变，不属于干扰，因为是给定量克服干扰三方法克服干扰有三条基本途径针对干扰，可从消除、减弱、提高控制系统性能三条途径入手，保障系统稳定运行。01方法一消除干扰从源头消除干扰如飞机上不能使用通信工具，避免手机信号干扰导航02方法二减弱干扰降低干扰强度如电器使用时远离其他电子设备03方法三提高控制系统性能采用闭环控制系统通过反馈自动补偿干扰带来的偏差干扰亦可被利用干扰因素有时要克服，有时还可利用干扰既可成为系统运行的障碍，也能被转化为可利用的工具，关键在于如何看待与驾驭它。利用实例军事可利用一定频率的电磁波，对对方信息指挥系统进行干扰生活手机来电闪，依据电磁波干扰原理实现来电提示识认识要求认识启示要以慎重、严谨的态度对待干扰的利用辩证视角干扰的利弊取决于是否有利于系统实现目标反馈让系统自我纠错反馈是闭环控制系统的灵魂让系统沿着预期目标运行——反馈的核心作用反反馈机制四要素定义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三个步骤检测输出、比较偏差、调整动作反馈方法利用反馈来分析和处理被控对象，使系统沿着预期目标运行核心价值通过反馈减少被控量的偏差，使系统能克服外界干扰，把被控量稳定在给定值附近恒温箱的反馈过程闭环控制一直在自己纠正自己设定温度→比较器偏差信号→温控器→加热器→箱体→温度传感器←闭环反馈工作过程设定温度→比较器→温控器加热器→箱体→温度传感器回比较器→闭环闭环开环风险环节角色5个温控器控制器加热器执行器箱体被控对象温度传感器检测装置箱内实际温度被控量CHAPTER设计应用从看懂到会画会设计掌握方框图绘制与简单控制系统设计05方框图的规范绘制会看会画方框图，才算真正读懂控制系统方框图绘制的核心：通过反馈减少被控量的偏差，形成闭环回路第一步明确目的确定被控量与给定量明确系统需要控制的物理量与期望达到的目标值，作为绘制方框图的出发点。第二步分解环节判定控制器、执行器、被控对象将控制系统的核心环节识别归类，为每个环节分配对应的方框。第三步逐级连接用方框表示环节，用箭头表示信号传递方向按信号流向依次排列方框，用带箭头的连线标明信号的传递方向。闭环补充画上检测装置与比较器，用箭头将输出端反馈回输入端，形成闭合回路。核心注意闭环系统的核心是通过反馈来减少被控量的偏差。简单系统设计思路从发现问题到画出方案，完成一次完整的设计经历简单系统设计

五步流程，从明确需求走向评估优化1明确需求确定要控制的对象与要达到的目标›2选择方式判断采用开环还是闭环更合适›3配置环节为系统选配控制器、执行器与检测装置›4绘制框图用方框图表达系统的工作过程与信号流向›5评估优化检验系统能否稳定运行并克服主要干扰案例练习与辨析案例辨析是检验学习效果的最佳方式课堂活动：小组合作完成简单控制系统的方框图绘制，并说明判断依据从开环到闭环，从知识到判断力的转化判断依据是开关量，效果达成即闭环开环案例无反馈定时洗衣机时间到就停，不管洗没洗干净定时浇花器时间到就浇水，不管土壤干湿闭环案例有反馈自动感应门检测到人才开门，人走即关声控灯系统声音控制、红外人体感应，双重触发避免误触发CHAPTER素养提升技术意识与工程思维在控制与设计中提升学科核心素养06五大核心素养对接控制与设计是培育核心素养的重要载体技术意识感知控制现象理解控制在生产生活中的广泛应用与影响工程思维以系统分析和比较权衡为核心进行要素分析与方案构思创新设计针对控制问题提出符合设计原则的构思方案图样表达识读并绘制控制框图等常见技术图样实现抽象与具体的思维转换物化能力将方