高中通用技術課程標準（廣教版）詳解技術與設計Ⅱ．第四章控制與設計第一節了解控制控制的涵義:

人們按照自己的意愿或目的,通過一定的方法,使事物向預期的目標發展,就形成了控制（control）控制的特點：具有明確的目的性1采用一定的干預手段2向預期的目標發展3大棚水果城市交通指揮燈案例分析希羅自動門公元1世紀,希臘人希羅建造的自動打開廟門的裝置(圖1)是最早利用氣壓和液壓為動力的自動門。如圖所示，祭壇點火使1的空氣膨脹，水流入2，利用水的重量使軸3轉動,將門打開。祭壇滅火，門即自動關閉。利用氣壓和液壓動力裝置，實現自動開門、關門。控制應用到工業生產中，提高了產品的質量和生產效率，減輕了工人的勞動強度，為工人提供了安全保障。汽車自動裝配線紡織機1.控制在工業生產中的應用二.控制的應用2.控制在農業生產中的應用控制應用到農業生產中，提高了勞動效率，減輕了農民的勞動強度，使農民減少在農田里日曬雨淋的時間。聯合收割機挑水水車抽水機3.控制在日常生活中的應用控制應用到日常生活中，提高了人們的生活質量，人類能夠在一定程度上按照自己的意愿改變周圍的環境，使之滿足人們的要求。如：空調機自動取款機4.控制在社會生活中的應用控制應用到社會生活中，使整個社會能協調、健康、有序地發展。如：交通法規計劃生育5.控制在軍事、國防中的應用控制應用到軍事國防中，提高了國家防備和抵抗侵略的能力，為保衛國家的主權、統一、領土完整和安全提供了必要的條件。如：精密制導武器火箭控制的分類(1)人工參與程度分類手動控制控制的過程必須在人的直接干預下才能完成控制任務。

自動控制控制的過程中不需要人的干預，就可按期望規律或預定程序進行的控制系統。手搖扇電風扇空調器風扇的風速控制過程中是由人直接參與的，屬于手動控制。按執行部件的不同分類：機械控制氣壓控制液壓控制電子控制……控制的分類(2)(3)按控制方式分類：開環控制閉環控制熱得快保溫電熱水杯工作過程分析:前者插電后加熱,水溫升高直至沸騰.后者插電后加熱,水溫升高,達到沸騰溫度時保險器自動跳開,停止加熱.當溫度下降到一定溫度時，電熱水杯繼續加熱，循環往復。熱得快----開環控制電熱水杯----閉環控制開環控制和閉環控制差別主要看有沒有反饋

第二節控制系統的組成與描述控制系統:任何一個控制的實現,都要通過若干個環節,這些環節就構成了一個系統.稱為控制系統.期望值（給定量）：是人們在控制過程中希望達到了目的。控制器：控制命令（信號）的發出裝置。執行器：將控制器發出的信號轉換成能影響被控對象的信號的裝置。被控對象：控制系統中所要求控制的裝置和生產過程。控制量：執行器的輸出信號。能對被控對象產生作用，從而使被控量發生變化的量。輸入量：即控制系統的給定量。輸出量：即控制系統需要控制的量。幾個概念投擲飛鏢、騎自行車的控制過程大腦期望值肢體飛鏢落點期望值(即基準值)是指人希望飛鏢所落的位置,也是給定量大腦是比較器和控制器肢體是執行器飛鏢是控制對象落點是指被控量期望值為輸入量落點為輸出量期望值大腦肢體自行車行駛方向眼睛期望值是指道路的方向大腦是比較器和控制器肢體是執行器自行車是被控對象行駛方向是指被控量眼睛(神經傳輸系統)是反饋環節閉環控制和開環控制1、定義：控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響，這種控制稱為開環控制系統。開環控制系統2、特征：

系統的輸出量僅受輸入量控制，輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞。例：自動聲光控制定時供水控制系統等閉環控制系統

1、定義：能將控制的結果(即比較量)反饋回來與希望值（即基準量）進行比較，并根據它們的誤差及時的調整控制作用的系統，稱為閉環控制系統。2、特征：與開環控制系統相比，閉環控制系統多了一個由檢測裝置組成的環節，構成一條閉合回路。例：保溫電熱杯水位設定供水控制系統等案例分析定時器水閥門游泳池水流量水位設定時間游泳池的定時注水控制系統輸入量：注水時間控制器：定時器執行器：進水閥門控制量：水流量控制對象：游泳池輸出量：游泳池水位定時注水控制系統為開環控制系統檢測裝置控制器進水閥門游泳池給定水位水流量比較器游泳池水位游泳池水位控制系統輸入量：給定水位控制器：水位檢測控制裝置執行器：進水閥門控制量：水流量控制對象：游泳池輸出量：游泳池的水位與定時注水控制系統相比水位控制系統多了比較器和檢測裝置，即增加了反饋環節。因此水位控制系統屬于閉環控制系統。二.控制系統的框圖表示

在控制系統中，為了分析的方便，常采用方框來表示系統的環節，用單向信號線來表示系統信號傳遞的方向，這種圖稱為控制系統的方框圖。它表示了系統的各個環節在系統中的位置、功能和相互之間的關系。開環控制系統的方框圖：控制器執行器被控對象給定值被控量控制量閉環控制系統的方框圖:檢測裝置控制器執行器被控對象給定值被控量控制量比較器反饋環節是閉環控制系統的的主要特征，也是與開環控制系統主要區別。比較器和檢測裝置組成閉環控制系統的反饋環節分析與探究（1）1、電冰箱的溫度控制系統控制電路電機-壓縮器組電冰箱制冷量箱內溫度預置溫度檢測裝置（熱敏電阻）分析與探究（2）2、走道燈的聲光控制系統聲-電傳感器觸點延時開關走道燈燈亮/滅有/無聲音分析與探究（3）3、希羅自動門控制系統火爐連動裝置廟門點火/熄滅

門的開/關軸轉動分析與探究（4）4.自動溫控熱水器控制電路發熱電阻熱水器熱量水溫預置溫度

檢測裝置（熱敏電阻）確定控制的目的給定控制要求確定系統的結構確定控制的被控量建立模型或原型確定待調參數分析、實驗系統的性能若性能不能滿足設計規范要求，重新確定系統的結構、部件性能等指標。控制系統設計的基本過程第三節簡單控制系統的設計二.設計實例抽水馬桶水箱的自動控制系統的設計

一.明確設計目的A.當水箱水位低于某一指定高度時，進水口立即進水。B.當水箱水位達到某一指定高度時，進水口停止進水。C.控制系統對控制精度和系統的穩定性均沒有特別要求。

二.確定被控量及設計指標1.被控對象是抽水馬桶的水箱2.被控量是抽水馬桶水箱水位的高度3.控制量是進水管的水流（進水量）4.水位的高度與進水量之間呈線形關系主要干擾因素是水箱的出水流量三.確定系統的結構從設計要求來看，屬于自動控制，因此選擇閉環控制系統。控制器（機械或電氣控制裝置）執行器(閥門）被控對象（水箱）被控量（水箱水位）給定量設定的水位高度檢測裝置（浮球或液位傳感器）控制量進水量比較器四.選擇實現的方法采用浮球作為水位高度的檢測裝置。放水時，扳動放水旋鈕，旋鈕通過杠桿將出水塞拉起。這樣水箱的水就會放出。水被放出后，出水塞落下，堵住出水口。此時，浮球也因水面下降，處在水箱底部。而浮球的下落，帶動杠桿將進水塞拉起，而使水進入水箱內。隨著水面的上升，浮球也會因浮力逐漸升高，直至通過杠桿將進水塞壓下，堵住進水口。這樣水箱內又盛滿水。五.部件模型及主要的參數的確定抽水馬桶主要應用的原理:杠桿平衡原理虹吸現象等根據公式F1×L1＝F2×L2確定桿的長度及支點的位置.水箱一次的沖水量實際上是隨水箱的橫截面積和水位設定高度而變化的，即：沖水量=水箱的橫截面積×設定高度六.驗證、完成你的設計明確了設計方案,并按選定的控制方法驗證了各部分的工作后,就可以將它們組裝起來.七.評估你的設計并進行優化第四節控制中的干擾干擾因素的概念：在控制系統中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素稱為干擾（interference）因素。腳踩的力自行車行使速度風給定量被控量逆風、順風、上坡路等可能受到強風雷雨天氣、大霧天氣、強磁場、飛鳥等影響。結論：在控制系統中，干擾因素一定有，可能有一個，也可能有若干個。控制器執行器被控對象給定值被控量控制量檢測裝置控制器執行器被控對象給定值被控量控制量比較器干擾

在一個控制系統中，實際的干擾可能出現在各個環節，但為了在描述和分析控制系統時有一個統一的形式。都假設干擾是加在被控對象上，這是一種等效的方法。干擾A、消除干擾如:在飛機上不能使用通信工具B、減弱干擾如：電器在使用時遠離其它電子設備C、提高控制系統性能