第一課 通用技術(shù) 控制與設(shè)計

1、第一節(jié) 什么是控制現(xiàn)代社會中控制的例子：學(xué)校的音樂鈴聲、多媒體教學(xué)系統(tǒng)、音樂噴泉系統(tǒng)、自動伸縮門等。 家庭：電飯煲微波爐自動傘自動熱酒壺冰箱社會：幻彩聲控?zé)艚煌ㄐ盘枱舫炭仉娫捊粨Q機飲水機自動門電梯驗鈔機想一想：事物的發(fā)展與變化一棵蘋果樹天上降落的雨水騎自行車結(jié)不出蘋果結(jié)的蘋果又多又大結(jié)出蘋果又小又酸用來灌溉農(nóng)田發(fā)電引起洪澇災(zāi)害代步、省力摔跟頭撞到物體和別人討論：下列事物發(fā)展或變化的可能性：魚 塘成熟的西瓜 流行性病毒 竹 筍有可能干涸，有可能溢出水來；其中魚有可能多而肥，也可能少而弱 ?？赡鼙蝗苏鲁缘?，可能被榨成汁做成飲料，也可能爛在西瓜地里 ?？赡艽笠?guī)模傳播，也可能產(chǎn)生變異，也可能被控制住

2、?？赡荛L成竹子，可能被挖了，也可能被老鼠咬了。 事物的發(fā)展與變化呈現(xiàn)多樣性，發(fā)展結(jié)果可能是人們預(yù)先期望的，也可能與預(yù)期的目標(biāo)不相符，甚至是不希望得到的，如果人們想達到某一特定目的，就必須借助適當(dāng)?shù)氖侄蝸韺崿F(xiàn)。大禹治水 思考：大禹治水過程中，通過什么手段實現(xiàn)了什么樣的目的？疏通河道、泄洪為主“洪波安息”、“水患大治”大禹治水 大禹是中國古代傳奇英雄人物，他所處的年代洪水泛濫而久治不息。他的父親鯀（gn）受堯的命令而治水，采用壘壩筑堰、填塞洪水的方法，結(jié)果愈治愈泛，水患益盛，最終被舜帝治罪而死。鯀死后，水患并未止息。大禹子承父業(yè)，接受舜帝的命令進行治水。大禹治水，一改其父“以壅塞而阻水”的方法，以

3、疏通河道、泄洪為主，經(jīng)過13年的努力，終于“洪波安息”、“水患大治” 。 控制是根據(jù)自己的目的，通過一定的手段使事物沿著某一確定方向發(fā)展的行為和過程。一、控制的涵義 射手通過瞄準(zhǔn)，使箭射中靶心。 從前面的事例及定義中我們知道，控制都有它的目的、手段和對象。也就是說，理解任何控制現(xiàn)象，都要明確三要素： 控制對象是什么 控制要達到什么目的 采取什么控制手段 控制事例控制的對象控制的目的控制的手段大禹治水音響音量的控制騎自行車洪水安息洪波大治水患疏通河道，泄洪為主音響設(shè)備調(diào)節(jié)音量旋轉(zhuǎn)音量旋鈕自行車安全行駛控制速度、騎車的技術(shù)、車的維護等等馬上行動從人工干預(yù)的情形來分：人工控制自動控制二、控制的分類

4、人工控制：控制過程是在人的直接干預(yù)和全程干預(yù)下進行的。關(guān)/開 門駕駛汽車 自動控制：指在無人直接參與的情況下，使事物的變化準(zhǔn)確地按照期望的方向進行。太陽能路燈自動門 馬上行動：判斷人工控制和自動控制的事例。音響的音量控制全自動洗衣機普通水龍頭出水的控制電冰箱內(nèi)溫度控制自動取款機籃球運動員投籃過程控制自動烘手機自動感應(yīng)門的開關(guān)控制電梯的上下運行過程控制飛鏢的投擲過程控制肥胖人群體形控制聲控走廊燈的控制紅外自動水龍頭出水控制紅綠燈的轉(zhuǎn)換過程控制手搖晾衣架的控制光控路燈的控制人工人工自動人工人工人工人工自動自動自動自動自動自動自動自動自動從執(zhí)行控制的部件來分：機械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等

5、等。在很多的控制事例中，控制的手段可以是綜合的。汽車自動門汽車剎車氣動控制機械控制、氣動控制紅外線自動門電子控制三、控制的應(yīng)用控制的應(yīng)用自古就有，并在近代得到迅速發(fā)展，在社會生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域都有極其廣泛的應(yīng)用。希羅的自動門 公元1世紀(jì)，希臘人希羅建造的自動打開廟門的裝置是最早利用氣壓和液壓為動力的自動門。如圖，祭壇點火使1中的空氣膨脹，水流入2，利用水的重力使軸3轉(zhuǎn)動，將門打開。當(dāng)祭壇的火熄滅時，廟門在重錘的作用下就會自動關(guān)閉。1.控制在日常生活中的應(yīng)用 控制應(yīng)用到日常生活中，提高了人們的生活質(zhì)量，人類能夠在一定程度上按照自己的意愿改變周圍的環(huán)境，使之滿足人們的要求。空調(diào)機自動取款機自動控制

6、水龍頭 現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)家電 聲控?zé)?音樂噴泉防盜報警器火災(zāi)自動報警系統(tǒng)自動感應(yīng)水龍頭 控制應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動強度，為工人提供了安全保障。2.控制在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用生產(chǎn)流水線紡織機汽車自動裝配生產(chǎn)線 汽車油漆 汽車自動裝配生產(chǎn)線實現(xiàn)了汽車零件的自動裝配、噴漆等，并能對零件的傳送速度進行控制，便于生產(chǎn)操作，大大減輕了工人的勞動強度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。3.控制在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 控制應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，提高了勞動效率，減輕了農(nóng)民的勞動強度，使農(nóng)民減少在農(nóng)田里日曬雨淋的時間。聯(lián)合收割機農(nóng)田灌溉水 車農(nóng)田灌溉挑水 水車 抽水機溫室農(nóng)田灌溉 電源控制室水泵農(nóng)田灌

7、溉 折射式微噴射流式微噴錘式微灌 農(nóng)田節(jié)水灌溉控制，在控制農(nóng)田灌溉水量、實現(xiàn)水量均勻噴灌的同時減輕了農(nóng)民的勞動強度。 控制應(yīng)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(wèi)國家的主權(quán)、統(tǒng)一、領(lǐng)土完整和安全提供了必要的條件。導(dǎo)彈、火箭4、控制在軍事、國防中的應(yīng)用1、理解一個控制現(xiàn)象，要明確控制的對象是什么，控制要達到什么目的和采取什么控制手段。例如，導(dǎo)彈控制系統(tǒng)控制的是導(dǎo)彈與目標(biāo)之間的距離，目的是要擊中目標(biāo)（距離為零），分析這個控制系統(tǒng)，其控制對象是： （ ）A、人 B、目標(biāo) C、計算機 D、導(dǎo)彈2、控制系統(tǒng)中屬于自動控制系統(tǒng)的是 （ ） A、按鈕開關(guān)控制B、普通自來水龍頭C、花房恒溫度控

8、制D、汽車駕駛四、課堂練習(xí)DC3、普通家用自行車的剎車控制是屬于：( )A、機械控制 B、氣動控制 C、液壓控制 D、電子控制4、按時間順序進行控制的“交通路口紅綠燈控制系統(tǒng)”系統(tǒng)中被控對象是( )。A控制電路 B紅綠燈 C開關(guān)裝置 D路面車輛5、在未設(shè)置紅綠燈自動控制系統(tǒng)或自動控制系統(tǒng)發(fā)生故障的交通路口，我們可以看到交警用手勢指揮車輛的情形， 此時，被控對象是（ ）A控制電路 B紅綠燈 C開關(guān)裝置 D路面車輛6、人們使用空調(diào)器對室內(nèi)溫度進行調(diào)節(jié)，使人感到舒適這是控制在（ ）方面的應(yīng)用、生活、生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、軍事ABDA7、下列所述屬于自動控制的是（ ） A、駕駛汽車 B、拖地板 C、用ATM取款

9、 D、人工紡紗8.根植于歷史文化名城泉州的提線木偶戲古稱“懸絲傀儡”,又名“絲戲”,民間俗稱“嘉禮”,乃流行于閩南語系地區(qū)的古老珍稀戲種，在提線木偶的控制過程中控制對象（） A手 B提繩 C木偶 D大腦9、 “皮影戲”是我國的傳統(tǒng)的民間藝術(shù)，演員只要在屏幕和燈光之間抖動如栓在“小兔”身上的細(xì)線，屏幕上就能出現(xiàn)生動活潑的小兔形象，這是一種控制現(xiàn)象，其控制對象是 （ ） A細(xì)線 B“小兔” C屏幕 D燈光CCB1、控制的涵義（明確對象、目的、手段）2、人工控制和自動控制3、控制的應(yīng)用。 小結(jié)：第二節(jié) 控制系統(tǒng)的基本組成與工作過程控制系統(tǒng)的基本組成簡單的控制系統(tǒng)由兩部分組成：1、被控對象2、控制裝置

10、（包括：傳感器、控制器、執(zhí)行器等）傳感器 傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 典型控制系統(tǒng)案例分析1、自動門請看深圳某酒店的自動門： 1、自動門自動門的動作過程是：當(dāng)門口沒有人時，門是關(guān)著的；當(dāng)有人來到門口時，門打開；當(dāng)人離開門口后一段時間，門又關(guān)閉。自動門的功能和技術(shù)要求有：功能：（1）無人時，常關(guān)；（2）有人時，開門。技術(shù)要求：（1）當(dāng)人距門1m時，門即打開。（2）門打開后，延時10s后關(guān)門。系統(tǒng)組成：門、電動機、控

11、制器、傳感器。工作過程（1）當(dāng)有人到達門前某一距離時，傳感器感知，并發(fā)出“有人”的信號（2）控制器接到傳感器傳來的信號后，經(jīng)變換放大后傳給電動機（這里的電動機叫做執(zhí)行器，也稱為驅(qū)動器）；（3）電動機根據(jù)傳來的開門信號轉(zhuǎn)動，門被打開（這里的門叫做被控制對象，也稱為控制對象，簡稱對象）（4）控制器保持開門信號延遲后，自動發(fā)出關(guān)門信號，電動機反轉(zhuǎn)，門重新關(guān)閉。系統(tǒng)組成與工作過程如圖：傳感器控制器 電動機（執(zhí)行器） 門（被控制對象）輸入有人否輸出開/關(guān)紅外線自動門控制電路紅外線裝置是否檢測到人體發(fā)出的熱輻射信號門的開關(guān)電動機門旋轉(zhuǎn)量自動門的動作過程當(dāng)門口沒有人時，門是關(guān)著的；當(dāng)有人來到門口時，門自動打

12、開；當(dāng)人離開門口后一段時間，門又自動關(guān)閉。提問：當(dāng)人站在門口不動，大門會怎樣？門的開啟人工控制框圖大腦手眼睛輸入門輸出被控對象控制裝置自動門的控制過程輸入紅外裝置檢測到人體熱輻射發(fā)出的信號控制電路電機門門的開啟或關(guān)閉傳感器控制器執(zhí)行器被控對象輸出控制裝置被控對象人工控制與自動控制的區(qū)別輸入：開/關(guān)眼睛傳感器控制器電機大腦手門門 人工控制 自動控制傳感器控制器執(zhí)行器門門被控對象2、水箱水位控制以抽水馬桶水箱為例典型控制系統(tǒng)案例分析水箱水位控制自動控制水箱水位控制人工控制系統(tǒng)組成：水箱（包括水箱內(nèi)的水）、進水閥門、人工作過程：當(dāng)水面低于設(shè)定水位時，人打開閥門放水入水箱，人眼監(jiān)視水面高度；當(dāng)水面達到

13、設(shè)定的水位時，人關(guān)閉閥門。人工控制水箱水位框圖給定水位輸入大腦判斷手閥門水箱輸出實際水位眼睛反饋比較環(huán)節(jié)水箱水位控制自動控制系統(tǒng)組成：水箱（包括水箱里的水）、閥門、連桿機構(gòu)、浮子（俗稱水漂）工作過程：1、當(dāng)水面低于設(shè)定水位時，浮子下落，閥門打開，進水；2、浮子監(jiān)測水面高度，并隨著水面升高而浮生；3、當(dāng)水面達到設(shè)定的水位時，浮子傳感，通過連桿機構(gòu)，將閥門關(guān)閉。自動控制水箱水位框圖（給定水位）輸入水位差連桿機構(gòu)水箱輸出（實際水位）浮子反饋閥門（開度）水位差信號實際水位即輸出量閥門開度控制量反饋：將輸出信息反傳給比較環(huán)節(jié)的做 法，稱之為反饋。負(fù)反饋：反饋信息與原信息起相反的作用，使總輸入量減小。目標(biāo)

14、偏離減小。（）正反饋：反饋信息與原信息起相同的作用，使總輸入量增大。目標(biāo)偏離增加。兩種控制方式對比 環(huán) 節(jié)方式傳感器控制器執(zhí)行器被控對象人工控制 人眼人腦與手 閥門水箱自動控制 浮子連桿機構(gòu) 閥門水箱兩種自動控制的比較傳感器輸入有人否控制器電動機（執(zhí)行器）門（被控對象）輸出開/關(guān)（給定水位）輸入水位差連桿機構(gòu)水箱輸出（實際水位）浮子反饋閥門（開度）開環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)：開環(huán)控制系統(tǒng)的特點（）控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)產(chǎn)生影響；（）系統(tǒng)的輸出量直接受輸入量的控制；（）信號（或信息）的傳遞是單向的，總是從輸入 端單向傳至輸出端；（4）無反饋環(huán)節(jié)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點（1）信息路徑兩條：一條自輸入

15、端傳至輸出端，另一條是輸出端信息經(jīng)反饋環(huán)節(jié)返回到輸入端的比較環(huán)節(jié)，形成一個閉合的環(huán)路；（2）有檢測裝置。有反饋，反饋影響控制。能將控制的結(jié)果反饋回來與希望值進行比較，并根據(jù)誤差及時調(diào)整控制作用A.拔動教室電燈開關(guān)，燈的亮與不亮與手動有關(guān)。B.聲光感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)有聲音時燈亮。C.紅外感應(yīng)出水龍頭，手靠近水龍頭出水，離開則不出水。D.賓館自動門，當(dāng)有人進入，門自動打開。E.當(dāng)手靠近自動烘手機時，機器啟動；當(dāng)手離開時，機器關(guān)閉。日常生活中的控制：歸納、抽象以上活動的特征 : 一個輸入信號（如手拔開關(guān)）對應(yīng)著一個輸出信號（如燈亮或不亮）。 控制系統(tǒng)的輸入輸出之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。一般的控制過程都有一個輸

16、入和一個輸出。 任何一種控制的實現(xiàn)，都要通過若干個環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)構(gòu)成一個系統(tǒng)，我們稱之為控制系統(tǒng)。 對于自動控制系統(tǒng)，區(qū)別系統(tǒng)是開環(huán)控制還是閉環(huán)控制的關(guān)鍵就是： 系統(tǒng)的設(shè)計中是不是運用了反饋調(diào)節(jié)的控制方式。 第三節(jié) 控制系統(tǒng)的框圖表示1.控制系統(tǒng)的組成組成：被控對象、控制裝置兩大部分（區(qū)分開環(huán)與閉環(huán)）相關(guān)量：給定量（輸入量）、控制量、被控量（輸出量）69框圖表示控制器執(zhí)行器被控對象給定值被控量控制量1、開環(huán)2、閉環(huán)反饋環(huán)節(jié)控制器執(zhí)行器被控對象給定值被控量控制量比較器繪制框圖的方法2、例子分析回顧1、供水水箱的水位自動控制系統(tǒng)2、加熱爐的溫自動控制系統(tǒng)3、人工調(diào)節(jié)液面4、希羅的自動門控制系統(tǒng)框圖

17、表示小練習(xí)： 用方框圖將下面的幾個控制系統(tǒng)表示出來。1、供水水箱的水位自動控制系統(tǒng)2、加熱爐的溫自動控制系統(tǒng)3、人工調(diào)節(jié)液面4、希羅的自動門控制系統(tǒng)浮球控制器閥門水箱預(yù)設(shè)水位進水量比較器1、供水水箱的水位自動控制系統(tǒng)水位熱電偶控制器加熱器加熱爐設(shè)定溫度比較器2、加熱爐的溫自動控制系統(tǒng)熱量溫度眼睛大腦手、閥門容器給定值比較器3、人工調(diào)節(jié)液面液體輸出量液面位置4、希羅的自動門控制系統(tǒng)火爐連動系統(tǒng)廟門門的開/關(guān)相關(guān)量門的開/關(guān) 隨著音樂起伏而變化的音樂噴泉是控制技術(shù)的一種具體應(yīng)用。其工作過程是由 “聲電轉(zhuǎn)換裝置”將起伏的音樂強度轉(zhuǎn)換為隨之而變化的電信號，這種電信號驅(qū)動電動機帶動水泵轉(zhuǎn)動。音樂聲信號強，水泵的轉(zhuǎn)速就快，噴頭的壓力就大，噴出的水柱就高。反之，噴出的水柱就低。音樂信號的強弱與噴泉水柱的高