《(精品)第四单元 控制与设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(精品)第四单元 控制与设计.ppt（98页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、控制的手段与应用 事物发展的结果可能是人们预事物发展的结果可能是人们预先期望的，也可能是与预期的目标先期望的，也可能是与预期的目标不相符，甚至是不希望得到的。如不相符，甚至是不希望得到的。如果人们想达到某一特定的目的，就果人们想达到某一特定的目的，就必须运用适当的手段来实现。必须运用适当的手段来实现。一、认识控制事物的发展与变化一棵一棵苹果树苹果树雨水雨水骑骑自行车自行车结不出苹果结不出苹果结的结的苹果又多又大苹果又多又大结出苹果又小又酸结出苹果又小又酸用来灌溉农田用来灌溉农田发电发电引起洪涝灾害引起洪涝灾害代步、省力代步、省力摔跟头摔跟头撞到物体或别人撞到物体或别人病虫害防治、果树管理、病虫
2、害防治、果树管理、土壤管理等等土壤管理等等兴修水利、建水电站、兴修水利、建水电站、水源管理等等水源管理等等控制速度、骑车的技术、控制速度、骑车的技术、车的维护等等。车的维护等等。什么是控制？控制的定义：控制的定义：人们按照自己的意愿和目的，通过人们按照自己的意愿和目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制。展，这就是控制。1 1、对象：控制的对象是什么？、对象：控制的对象是什么？2 2、目的：控制要达到什么目的？、目的：控制要达到什么目的？3 3、手段：要采用什么样的手段来控制？、手段：要采用什么样的手段来控制？对控制现象理解从下面三个方面入手：对
3、控制现象理解从下面三个方面入手：大禹治水 思考：大禹治水思考：大禹治水过程中，通程中，通过什什么么手段手段实现了什了什么么样的目的？的目的？大型音乐喷泉生活中的一些控制举例：生活中的一些控制举例：热水器热水器热水器热水器双手转动车把双手转动车把双手转动车把双手转动车把改变三轮车行改变三轮车行改变三轮车行改变三轮车行驶的方向驶的方向驶的方向驶的方向人力三轮车人力三轮车人力三轮车人力三轮车人力三轮车转人力三轮车转人力三轮车转人力三轮车转弯中的方向控弯中的方向控弯中的方向控弯中的方向控制制制制疏通河道，泄疏通河道，泄疏通河道，泄疏通河道，泄洪为主洪为主洪为主洪为主安息洪波、大安息洪波、大安息洪波、大
4、安息洪波、大治水患治水患治水患治水患洪水洪水洪水洪水大禹治水大禹治水大禹治水大禹治水操作喷雾器的操作喷雾器的操作喷雾器的操作喷雾器的手柄手柄手柄手柄 给庄稼治病给庄稼治病给庄稼治病给庄稼治病喷雾器喷雾器喷雾器喷雾器用喷雾器喷洒用喷雾器喷洒用喷雾器喷洒用喷雾器喷洒农药农药农药农药改变燃气火头改变燃气火头改变燃气火头改变燃气火头的大小的大小的大小的大小调节出水口温调节出水口温调节出水口温调节出水口温度的高低度的高低度的高低度的高低燃气热水器温燃气热水器温燃气热水器温燃气热水器温度的控制度的控制度的控制度的控制旋钮旋钮旋钮旋钮音量的调节音量的调节音量的调节音量的调节音响的音量控音响的音量控音响的音量
5、控音响的音量控制制制制换档换档换档换档 调节速度调节速度调节速度调节速度电风扇电风扇电风扇电风扇电风扇扇叶转电风扇扇叶转电风扇扇叶转电风扇扇叶转速快慢的控制速快慢的控制速快慢的控制速快慢的控制控制的手段控制的手段控制的手段控制的手段控制的目的控制的目的控制的目的控制的目的控制的对象控制的对象控制的对象控制的对象控制事例控制事例控制事例控制事例音响音响音响音响 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，控制有人工控制和自动控制。二、控制的手段从从人工干预的情形来分：人工干预的情形来分：人工控制：人工控制：控制的过程是在人的直接干预下进行的。控制的过程是在人的直接干预下进行的。
6、如：人工纺纱、打开普通自来水龙头，按键打开电灯、驾驶汽车等；关/开 门驾驶汽车自动控制：自动控制：在无人直接参与的情况下，使事物的变化准确地按照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。期望的方向进行。如：数控机床、饮料自动装罐生产线、花房恒温控制、十字路口红绿灯的如：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转换等太阳能路灯自动门机械控制机械控制气动控制气动控制液压控制液压控制电子控制电子控制从控制的执行部件来分：从控制的执行部件来分：请区分人工控制和自动控制请区分人工控制和自动控制 音响的音量控制音响的音量控制音响的音量控制音响的音量控制 全自动
7、洗衣机全自动洗衣机全自动洗衣机全自动洗衣机 普通水龙头出水的控制普通水龙头出水的控制普通水龙头出水的控制普通水龙头出水的控制 电冰箱内温度控制电冰箱内温度控制电冰箱内温度控制电冰箱内温度控制 自动取款机自动取款机自动取款机自动取款机 篮球运动员投篮过程控篮球运动员投篮过程控篮球运动员投篮过程控篮球运动员投篮过程控制制制制 自动烘干机自动烘干机自动烘干机自动烘干机 自动感应门的开关控制自动感应门的开关控制自动感应门的开关控制自动感应门的开关控制 电梯的上下运行过程控制电梯的上下运行过程控制电梯的上下运行过程控制电梯的上下运行过程控制 飞镖的投掷过程控制飞镖的投掷过程控制飞镖的投掷过程控制飞镖的投
8、掷过程控制 肥胖人群体形控制肥胖人群体形控制肥胖人群体形控制肥胖人群体形控制 声控走廊灯的控制声控走廊灯的控制声控走廊灯的控制声控走廊灯的控制 红外自动水龙头出水控制红外自动水龙头出水控制红外自动水龙头出水控制红外自动水龙头出水控制 红绿灯的转换过程控制红绿灯的转换过程控制红绿灯的转换过程控制红绿灯的转换过程控制 手摇晾衣架的控制手摇晾衣架的控制手摇晾衣架的控制手摇晾衣架的控制 光控路灯的控制光控路灯的控制光控路灯的控制光控路灯的控制 人工人工自动自动人工人工自动自动自动自动自动自动自动自动自动自动自动自动自动自动自动自动自动自动人工人工人工人工人工人工人工人工控制演变人工人工控制自动控制三、
9、控制的应用三、控制的应用 控制的应用自古就有，并在近代得到迅速发展，在社会生产生活的各个领域都有极其广泛的应用。1.控制在工业生产中的应用控制在工业生产中的应用 控制应用到工业生产中，提高了产品的质量和生产效控制应用到工业生产中，提高了产品的质量和生产效率，减轻了工人的劳动强度，为工人提供了安全保障。率，减轻了工人的劳动强度，为工人提供了安全保障。生产流水线纺织机汽车自动装配生产线 汽车油漆2.控制在农业生产中的应用控制在农业生产中的应用 控制应用到农业生产中，提高了劳动效率，减轻控制应用到农业生产中，提高了劳动效率，减轻了农民的劳动强度，使农民减少在农田里日晒雨淋的了农民的劳动强度，使农民减
10、少在农田里日晒雨淋的时间。时间。联合收割机农田灌溉农田灌溉 电源控制室水泵农田灌溉 折射式微喷射流式微喷锤式微灌实现水量的均匀喷灌，节约水资源，降低劳动强度等意义实现水量的均匀喷灌，节约水资源，降低劳动强度等意义3.控制在军事、国防中的应用控制在军事、国防中的应用 控制应用到军事国防中，提高了国家防备和抵抗控制应用到军事国防中，提高了国家防备和抵抗侵略的能力，为保卫国家的主权、统一、领土完整和侵略的能力，为保卫国家的主权、统一、领土完整和安全提供了必要的条件。安全提供了必要的条件。4.控制在日常生活中的应用控制在日常生活中的应用 控制应用到日常生活中，提高了人们的生活质量，控制应用到日常生活中
11、，提高了人们的生活质量，人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境，人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境，使之满足人们的要求。使之满足人们的要求。空调机自动取款机红外线水龙头现代网络家电 5.控制在社会生活中的应用控制在社会生活中的应用 控制应用到社会生活中，使整个社会能协调、健控制应用到社会生活中，使整个社会能协调、健康、有序地发展。康、有序地发展。控制人口增长，提高人口素质各种法律制度交通管理课堂分析：课堂分析：下列控制现象是自动控制还是人工控制：下列控制现象是自动控制还是人工控制：（1）摇动轱辘，提取井水；）摇动轱辘，提取井水；（2）用打气筒给自行车的轮胎充气；）用打气
12、筒给自行车的轮胎充气；（3）电梯的上下运行控制；）电梯的上下运行控制；（4）农用灌溉抽水机抽水的控制。）农用灌溉抽水机抽水的控制。人工控制人工控制自动控制自动控制自动控制自动控制人工控制人工控制二二 控制系统的工作过程控制系统的工作过程和方式和方式任何一种控制的实现，都要通过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。构成了一个系统，称为控制系统。控制系统的输出与输入之间有一控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系。定的对应关系。小试验1：闭上眼睛写闭上眼睛写“控制系统控制系统”四个四个字字输入量：输入量：老师的指令
13、老师的指令输出量：输出量：所写的字所写的字“闭上眼睛写字闭上眼睛写字”的控制过程方框图的控制过程方框图 手手大脑大脑输入输入笔笔输出输出执行器执行器控制器控制器输入量输入量被控对象被控对象输出量输出量一、控制系统一、控制系统自行车传动系统由哪些部件构成？自行车传动系统由哪些部件构成？脚蹬、曲柄、链轮、中轴、链条、飞轮等脚蹬、曲柄、链轮、中轴、链条、飞轮等脚踩的力脚踩的力脚踩的力脚踩的力（输入输入输入输入）脚蹬、曲柄、链轮脚蹬、曲柄、链轮中轴、链条、飞轮中轴、链条、飞轮自行车行自行车行自行车行自行车行驶的速度驶的速度驶的速度驶的速度（输出输出输出输出）一、控制系统一、控制系统 电风扇的风速控制是
14、通过改变电机的转速来实电风扇的风速控制是通过改变电机的转速来实现的。给电风扇设定风速挡位，电机就以一定的转现的。给电风扇设定风速挡位，电机就以一定的转速带动扇叶转动，输出预定的风速。风速挡位是该速带动扇叶转动，输出预定的风速。风速挡位是该控制系统的输入，扇叶转动的风速是该控制系统的控制系统的输入，扇叶转动的风速是该控制系统的输出，一个挡位对应着一个风速。输出，一个挡位对应着一个风速。一、控制系统一、控制系统电风扇风速的档位电机、扇叶风速输输入入输输出出马上行动（马上行动（P102P102)：请指出下列控制系统请指出下列控制系统中的输入、输出分别是什么？中的输入、输出分别是什么？控制系统控制系统
15、输入输入输出输出电风扇风速控制电风扇风速控制电风扇风速控制电风扇风速控制电饭煲电饭煲电饭煲电饭煲脱粒机脱粒机脱粒机脱粒机红外线自动水龙头红外线自动水龙头红外线自动水龙头红外线自动水龙头调速器或挡位调速器或挡位风扇的转速风扇的转速电源的电信号电源的电信号锅内的温度锅内的温度电源的电信号电源的电信号脱粒的量脱粒的量人手的红外信号人手的红外信号人手的红外信号人手的红外信号水龙头的出水量水龙头的出水量水龙头的出水量水龙头的出水量控制系统通常又分为开环系统和控制系统通常又分为开环系统和 闭环系统闭环系统开环控制系统开环控制系统 在游泳池注水控制系统中，如果进水管单位时在游泳池注水控制系统中，如果进水管单
16、位时间的水流量一定，那么游泳池水位的高度与进水的间的水流量一定，那么游泳池水位的高度与进水的时间是一一对应的。我们就可以通过设定注水时间，时间是一一对应的。我们就可以通过设定注水时间，使游泳池的水位达到希望的高度。将注水的时间值使游泳池的水位达到希望的高度。将注水的时间值（假设为（假设为2 2小时）设定到定时器中，开启进水阀注小时）设定到定时器中，开启进水阀注水，一旦时间到达，定时器就会通知进水阀门关闭，水，一旦时间到达，定时器就会通知进水阀门关闭，停止向游泳池注水。停止向游泳池注水。分析：分析：游泳池的水位只受设定的注水的时间控制，这里，作游泳池的水位只受设定的注水的时间控制，这里，作为输入
17、的设定的注水时间可以计算，称为输入量；作为输为输入的设定的注水时间可以计算，称为输入量；作为输出的游泳池的水位可以用水面高度这样的量来计算，称为出的游泳池的水位可以用水面高度这样的量来计算，称为输出量。输出量。设定注设定注水的时水的时间间定定时时器器进进水水阀阀门门游游泳泳池池游泳池游泳池的水位的水位输入输入输出输出水流量水流量 定义：定义：控制系统的控制系统的输出量输出量不对不对系统的控制系统的控制产生任何影响，这产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。种控制系统称为开环控制系统。开环控制系统开环控制系统P103 案例分析案例分析红外装置红外装置是否检测是否检测到人体热到人体热辐射发出辐
18、射发出的信号的信号 控控制制电电路路电电机机自自动动门门门的开门的开启或关启或关闭闭 转转动动输入输入输出输出电动机电动机声声 音音传传 感感控控 制制器器输入量输入量门门输出量输出量可以识别、可以识别、记忆记忆的芯片的芯片门的开、关门的开、关声音：声音：“芝麻芝麻，芝麻芝麻，开门吧开门吧”“芝麻开门芝麻开门”声控开门系统的控制方框声控开门系统的控制方框图图 请写出请写出“芝麻开门芝麻开门”声控开门系统的控制方框图，声控开门系统的控制方框图，有兴趣的同学课后可以制作模型，把神话变成现实。有兴趣的同学课后可以制作模型，把神话变成现实。请画出下列开环系统的方框图请画出下列开环系统的方框图1、电视摇
19、控器的控制系统电视摇控器的控制系统2、楼道声控灯的控制系统、楼道声控灯的控制系统3、电动车的防盗报警系统、电动车的防盗报警系统按开机按开机按扭按扭控制控制电路电路显像及音显像及音频视频频视频电视机电视机电视电视节目节目影像影像设定设定声音声音分贝分贝控制控制电路电路灯泡灯泡计时器计时器灯光灯光时间时间外力外力强度强度控制控制电路电路音响装置音响装置计时器计时器警报器警报器警报声警报声声音声音 生活中还有哪些开环控制系统？要求学生应生活中还有哪些开环控制系统？要求学生应用一般开环控制系统方框图画出以下控制系统用一般开环控制系统方框图画出以下控制系统的控制方框图。的控制方框图。公共汽车车门控制系统
20、。公共汽车车门控制系统。红绿灯定时控制系统。红绿灯定时控制系统。防盗报警系统。防盗报警系统。火灾报警系统。火灾报警系统。音乐喷泉控制系统。音乐喷泉控制系统。闹钟定时控制系统。闹钟定时控制系统。自动烘手机自动烘手机二、闭环控制系统二、闭环控制系统课本（课本（P112）水箱的水位自动控制示意图水箱的水位自动控制示意图给定水位给定水位给定水位给定水位比较器比较器比较器比较器控控控控制制制制器器器器进进进进水水水水阀阀阀阀门门门门水水水水箱箱箱箱检测装置检测装置检测装置检测装置水箱水位水箱水位水箱水位水箱水位水流量水流量水流量水流量闭环控制系统就是把系统的输出量闭环控制系统就是把系统的输出量返回到输入
21、端并对控制过程产生影响的返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统。控制系统。给定量给定量给定量给定量比较器比较器比较器比较器控控控控制制制制器器器器执执执执行行行行器器器器被被被被控控控控对对对对象象象象检测装置检测装置检测装置检测装置被控量被控量被控量被控量控制量控制量控制量控制量简单闭环控制系统的方框图如下：简单闭环控制系统的方框图如下：案例分析：空调器温度控制系统案例分析：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，空调炎炎夏日，人们采取各种消暑措施消暑，空调炎炎夏日，人们采取各种消暑措施消暑，空调炎炎夏日，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
22、的呢？是第一选择。那么，空调器是如何控制温度的呢？是第一选择。那么，空调器是如何控制温度的呢？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？它的工作过程又如何呢？它的工作过程又如何呢？它的工作过程又如何呢？如设定温度为如设定温度为如设定温度为如设定温度为25252525o o o oC C C C，室内温度如果高于室内温度如果高于室内温度如果高于室内温度如果高于25252525o o o oC C C C，那么空调通过比较，控制电路发出信号促使压缩机那么空调通过比较，控制电路发出信号促使压缩机那么空调通过比较，控制电路发出信号促使压缩机那么空调通过比较，控制电路发出信号促使
23、压缩机进行工作；当温度达到设定温度时，控制电路发出进行工作；当温度达到设定温度时，控制电路发出进行工作；当温度达到设定温度时，控制电路发出进行工作；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，空信号，压缩机停止工作，风扇照常工作。因此，空信号，压缩机停止工作，风扇照常工作。因此，空信号，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调温度控制系统中有从输出端返回到输入端的信息调温度控制系统中有从输出端返回到输入端的信息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。反馈，它是闭环控制系统。反馈，它是闭环控制
24、系统。反馈，它是闭环控制系统。问题：根据空调器的工作过程，试画出问题：根据空调器的工作过程，试画出其温度控制系统的方框图。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：空调器温度控制系统方框图如下：设定温度设定温度设定温度设定温度比较器比较器比较器比较器控控控控制制制制电电电电路路路路压压压压缩缩缩缩机机机机空空空空调调调调器器器器检测装置检测装置检测装置检测装置输出温度输出温度输出温度输出温度空气温度空气温度空气温度空气温度马上行动（马上行动（P106）：）：判断下列控制系统是判断下列控制系统是否属于闭环控制系统，画出方框图。否属于闭环控制系统，画出方框图。请完成请完成P106的的“
25、马上行动马上行动”1、家用缝纫机的缝纫速度控制系统（属于开环控制系统）、家用缝纫机的缝纫速度控制系统（属于开环控制系统）脚踏脚踏力度力度脚蹬、曲柄、链轮脚蹬、曲柄、链轮中轴、链条中轴、链条缝纫缝纫速度速度2、电冰箱的温度控制系统（属于闭环控制系统）、电冰箱的温度控制系统（属于闭环控制系统）温度计温度计温度温度设定设定温度温度控制控制器器制冷制冷装置装置温度值温度值检测装置检测装置比较器比较器设定设定声音声音分贝分贝控制控制电路电路灯泡灯泡计时器计时器灯光灯光时间时间3、走道路灯的声光控制系统（开环）、走道路灯的声光控制系统（开环）4、交通路口红绿灯自动控制系统（闭环）、交通路口红绿灯自动控制系
26、统（闭环）设定设定车流车流量量控制控制器器红绿灯红绿灯计时器计时器红绿灯红绿灯显示显示时间时间检测装置检测装置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、根据开环电子控制系统和闭环控制系统的区别进行分析、根据开环电子控制系统和闭环控制系统的区别进行分析、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判断，在你认为正确的表格中打判断，在你认为正确的表格中打判断，在你认为正确的表格中打“”“”开环电子开环电子控制系统控制系统闭环电子闭环电子控制系统控制系统电子表电子表电取暖系统电取暖系统空调空调程序控制洗衣机程序控制洗衣机可调亮度的台灯可调亮度的台灯智能洗
27、衣机智能洗衣机电热水器小游戏小游戏在纸上先画出两张大脸，在纸上先画出两张大脸，“四官俱全四官俱全”，没有鼻子。再来，没有鼻子。再来“填填”鼻子，一次，鼻子，一次，睁着眼睛画，另一次闭着眼睛画。睁着眼睛画，另一次闭着眼睛画。1 1、闭着眼睛画：、闭着眼睛画：人脑控制手画鼻子：人脑人脑控制手画鼻子：人脑人脑控制手画鼻子：人脑人脑控制手画鼻子：人脑手手手手鼻子鼻子鼻子鼻子控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以控制过程中，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，称修正、调节。
28、是个单程的控制流向。这种控制，称修正、调节。是个单程的控制流向。这种控制，称修正、调节。是个单程的控制流向。这种控制，称为开环控制。为开环控制。为开环控制。为开环控制。分析原因：分析原因：2 2、睁着眼睛画：、睁着眼睛画：人脑控制手画鼻子，在此过程中，眼睛可以把手的人脑控制手画鼻子，在此过程中，眼睛可以把手的人脑控制手画鼻子，在此过程中，眼睛可以把手的人脑控制手画鼻子，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，使得大脑准确精位置及画的效果及时反馈给大脑，使得大脑准确精位置及画的效果及时反馈给大脑，使得大脑准确精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鼻子。控制
29、过程中有反馈环节可细的控制手去画好鼻子。控制过程中有反馈环节可细的控制手去画好鼻子。控制过程中有反馈环节可细的控制手去画好鼻子。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以把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了闭合回以把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了闭合回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。路。这种控制称为闭环控制。路。这种控制称为闭环控制。路。这种控制称为闭环控制。人脑人脑人脑人脑手手手手画鼻子画鼻子画鼻子画鼻子|眼睛眼睛眼睛眼睛|第三节第三节 闭环控制系统的干扰与反馈闭环控制系统的干扰与反馈 每天上学骑自行车的感受？乘车的感受等？
30、在送乘飞机出行时，为什么不能说祝你一路顺风?干扰因素接下来我们就研究研究闭环控制系统的干扰与反馈。一）什么是干扰因素：一）什么是干扰因素：1.1.干扰因素的概念：干扰因素的概念：在控制系统中，除输入量（给定在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因值）以外，引起被控量变化的各种因素称为素称为干扰（干扰（interferenceinterference）因素因素。案例一：逆风中骑自行车。案例一：逆风中骑自行车。脚踩的力脚踩的力自行车自行车行使的速度行使的速度风风给定量给定量给定量给定量被控量被控量被控量被控量逆风、顺风、上坡路逆风、顺风、上坡路案例二：飞机飞行。案例二：飞机飞行
31、。结论：结论：在控制系统中，干扰因素一定在控制系统中，干扰因素一定有，可能有一个，也可能有若干个。有，可能有一个，也可能有若干个。扩展讨论：扩展讨论：生活中还有哪些例子说明生活中还有哪些例子说明“闭闭环控制系统的干扰是存在的，是不环控制系统的干扰是存在的，是不可避免的可避免的”？马上行动：马上行动：在电冰箱的温度控制系统中，下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素？（1）开电冰箱门。外面热气进入冰箱将会引起箱内温度变化，属于干扰因素。（2）电冰箱所在房间的温度从20变到32属于干扰因素。（3）把热菜或热饭放入电冰箱中。属于干扰因素。严格说这也会引起环境温度的变化，但这种变化一般有利于冰箱实现目
32、标，不属于干扰因素。（4）在冰箱外放一盆冷水。思考：在下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？控制系统干扰因素 自动扶梯的升降控制系统 利用滑轮组提升重物的控制系统 蔬菜大棚的温度控制 扶梯承载的重力、电机输出电压的扶梯承载的重力、电机输出电压的波动、齿轮间的摩擦力等。波动、齿轮间的摩擦力等。滑轮组的摩擦力、电机电源的波动等、滑轮组的摩擦力、电机电源的波动等、绳子和滑轮，重物的重力。绳子和滑轮，重物的重力。外部环境温度的变化、大棚保温材料外部环境温度的变化、大棚保温材料的保温性能产生变化等、植物排放的的保温性能产生变化等、植物排放的二氧化碳，温室效应。二氧化碳，温室效应。案例分析：案例分析：
33、电视机的工作。电视机出现画面紊乱的现象往往是由于受到外界磁场干扰。比如：近距离摆放的电冰箱、空调器、电风扇、日光灯等等。他们就是电视机正常工作的干扰因素。克服这些干扰的办法就是将家用电器远离电视机放置。2.克服干扰的基本方法：A、消除干扰在飞机上不能使用通信工具B、减弱干扰电器在使用时远离其它电子设备C、提高控制系统性能采用闭环控制系统对干扰的利用，是指有意对控制系统施加干扰，使控制系统无法达到控制的目标，而不是控制系统本身需要干扰。例如：军事演习中对敌方信息指挥系统进行电磁波干扰。火盆。冬天冷了，可以在室内放火盆，这样可以使室内温度升高。马上行动：生活中哪些干扰因素是可以利用的？如何进行利用
34、？二）反馈1.什么是反馈（feedback）？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）。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。生活中的反馈：游戏：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。控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以修正
35、、调节。是个单程的控制流向。这是开环控制。1.闭着眼睛画：人脑控制手画眼睛：人脑手眼睛；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。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，称为反馈方法。马上行动：分析“穿针引线”的动作过程，并补充一个适当的事例填写下表。事例事例输入输入检测装置检测装置输出输出“穿针引线”线的位置人的眼睛线与针孔对准靶的位置(期望值)眼睛飞镖实际投掷的位置投掷飞
36、镖能扑灭蜡烛的机器人打开机器人的开关光敏、力敏传感器找到蜡烛、并将其扑灭电冰箱温控器设定温度温度传感器制冷后冰箱内温度3.闭环控制系统的工作过程 闭环控制系统 从反馈来看，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。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。核心：通过反馈来减少被控量(输出量)的偏差。被控对象给定值给定值给定值给定值干扰干扰干扰干扰反馈环节控制器执行器比较器干扰干扰干扰干扰干扰干扰干扰干扰干扰干扰干扰干扰被控量被控量被控量被控量案例分析：阅读书上案例p112 供水水箱的水位自动控制系统。P112 思考：在水箱的水位控制系统中，控制
37、量还可以有其他选择吗？为什么？不能，因为我们主要为了实现水位的自动控制，那么控制量只能是水量。思考设计：家用抽水马桶是一个典型的闭环控制系统的水位控制。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。在加热锅炉的温度控制系统中，可能有那些干扰因素，系统如何克服干扰使炉温稳定在给定范围内？干扰因素有加热炉外的环境温度变化、加热器的电压波动、炉壁自身温度、炉内空气温度等。图片展示：烘箱（饮水机）P113 思考：首先用热电偶来代替温度计来测量温度的值，然后对温度的比较，当小于恒温箱给定时，就增大加热装置的电流；相反当大
38、于恒温箱给定时，就减小电流。这样恒温箱就能保持给定的温度。加热炉的温度自动控制系统的结构图：闭环控制系统受影响较小，因为闭环控制系统能不断修正控制效果。思考与分析 在出现干扰的情况下，开环控制系统和闭环控制系统哪种受干扰的影响小？为什么？4.闭环与开环控制系统的比较：闭环控制：反馈控制，偏差控制，可以抑制内、外扰动对被量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。开环控制：顺向作用，没有反向的联系，没有修正偏差能力，抗扰动性较差。结构简单、调整方便、成本低。在精度要求不高或扰动影响较小的情况下，这种控制方式还有一定的实用价值。提问回答：开环控制系统闭环控制系统能否自动调整和补偿控制精度结构适
39、用场合否否低低高高是是简单简单复杂复杂精度要求精度要求低、稳定低、稳定精度要求高、精度要求高、高可靠性高可靠性起增强输入信号作用正反馈。起减弱输入信号作用负反馈。正反馈不能进行控制，会使系统的偏差越来越大。只有负反馈控制系统才能完成自动控制的任务。负反馈控制系统最大的特点：检测偏差，纠正偏差。P114马上行动：就开环控制系统与闭环控制系统的联系与区别，设计一个图表。联系区别闭环控制系统都用于控制控制精度低、结构简单，用于控制精度要求不高而系统本身的元件又比较稳定的场合。开环控制系统控制精度高，麻烦，复杂，用于要求高精度和高可靠性的场合。三）控制系统的分析方法1.功能模型法请大家观察下面图1、图
40、2,对比人工恒温箱控制系统与自动恒温箱控制系统的方框图，我们发现：两者的控制器、执行器及检测装置的具体结构不同，但两者在功能和行为是相似的，都能实现恒温箱的恒温控制。实际温度给定温度大脑肌体恒温箱+-眼睛图1人工恒温箱控制系统方框图实际温度给定温度比较电路电机恒温箱+-热电偶图2自动恒温箱控制系统方框图 这种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，就是功能模拟法。功能模拟方法是一种整体性研究方法，功能模拟法为仿生学、人工智能、价值工程提供了科学方法。你能列举功能模拟法的案例吗？可以通过模拟，进行技术设计，从而使有些不易实现的技术设计得以设计成功。探究：功能模拟方法
41、对技术设计有何意义？2.黑箱方法 同们学听说过“大脑之谜”吗？这可是在科学研究史上长期以来没有得到圆满解答的难题。思维究竟是怎样从物质中产生出来的？大脑功能的具体活动机制又是什么？要解答这一系列问题可不是一件容易的事。人们可以用物理上的分割法，研究物质的结构和属性；也可以用化学分解和合成的方法来了解不同物质的成分。但这些方法，对研究大脑的思维功能却鞭长莫及，因为即使按这些方法的要求，将大脑打开，解剖分析，也只能是对失去思维功能的大脑物质的认识。这样，在科学研究面前，大脑的思维过程就是一个只见其外观和表现，而无法深入其内在了解其机制的难题。它就像一个不能打开的箱子一样，里面的一切对于我们来说都是
42、黑乎乎的，一无所知，我们称之为黑箱。所谓黑箱方法，指的是当一个系统内部结构不清楚时，利用外部观察和试验方法，获得系统（即黑箱）的输入输出特性；再根据这种信息，在不打开“黑箱”的情况下，研究其功能和属性，探索其构造和机理的一种科学方法。它是通过对系统的输入与输出的关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法。黑箱方法提供了一种不必打开黑箱就可以研究其内部结构和功能的方法。黑箱方法的道理并不神秘，在我们的日常生活中，人们都在自觉或不自觉地运用这种方法。人们虽然不懂得电视机内部构造和机理，却知道按哪个开关打开它，调整哪些开关可以得到清晰稳定的画面效果等。这些都是我们运用黑箱方法的具体体现。黑箱方
43、法最典型的应用是中医看病。中医看病，主要是通过“望、闻、问、切”等外部观察作出诊断，开方抓药。有时遇到疑难杂症没有把握时，可以先投以试探性的药物，观察病人的反应，并随时增减药物，观其疗效，一旦抓住病症就大胆对症下药。这种从人体的输入特征入手，实施“辩证论治”的方法正是黑箱方法的精髓所在。你能举出黑箱方法在生活中应用的案例吗？黑箱方法应用的黑箱方法应用的例子例子输入输入输出输出需要了解的情况需要了解的情况望、闻、听、切望、闻、听、切了解情况了解情况对病情作出判断对病情作出判断图像、声音、外壳图像、声音、外壳清晰度、散热的清晰度、散热的情况情况电视好坏电视好坏看瓜形、瓜色，看瓜形、瓜色，听瓜声、测
44、弹性听瓜声、测弹性颜色深、声音脆，颜色深、声音脆，弹性好弹性好好瓜好瓜运行应用程序运行应用程序计算机的反应计算机的反应计算机的基本性能计算机的基本性能技术试验技术试验钢的性能情况钢的性能情况钢的硬度钢的硬度视觉的传递视觉的传递分析脑电波的反应分析脑电波的反应图像图像中医看病中医看病选购电视机选购电视机买西瓜买西瓜观察计算机观察计算机的基本性能的基本性能测定钢材的硬度测定钢材的硬度研究人脑研究人脑教师小结控制论：新时代的科学技术革命构筑了那一高耸入云的摩天大厦，而支撑这片大厦的擎天柱就是系统论、信息论和控制论，简称为三论。控制论研究的对象是包括人在内的生物系统和各种非生物系统（如工程系统、化工系
45、统、通讯系统、经济系统等），它横跨各个学科，超出了学科的局限性，为各门学科找到了共同的内涵，控制论享有“交叉科学”、“边缘科学”和“横断科学”的美称。功能模拟方法、黑箱方以及反馈方法都是控制论的主要方法。请同学们自由分组，每组3到6人，收集整理控制方法的有关资料，可以是我们已学过的反馈方法、功能模拟方法、黑箱方法中的一种，也可以向大家介绍新的控制方法，并用PowerPoint做成课件，下节课请每个小组派代表展示交流小组的成果，时间为三到五分钟。四）探究性学习展示：四）探究性学习展示：1.各小组学生派代表，展示交流小组成果。2.作品的总结及评价。希望同学们在生活和学习中主动尝试应用控制方法解决问题。一）什么是干扰因素一）什么是干扰因素二）反馈二）反馈三）控制系统的分析方法三）控制系统的分析方法四）探究性学习展示四）探究性学习展示五）小结五）小结