高中通用技術(shù)控制與設(shè)計(jì)課件(PPT 60頁)

1、控制與設(shè)計(jì)第1頁，共60頁。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.控制的定義。2.自動(dòng)控制和人工控制的區(qū)別。專題一、控制的手段與應(yīng)用第2頁，共60頁。 事物發(fā)展的結(jié)果可能是人們預(yù)先期望的，也可能是與預(yù)期的目標(biāo)不相符，甚至是不希望得到的。如果人們想達(dá)到某一特定的目的，就必須運(yùn)用適當(dāng)?shù)氖侄蝸韺?shí)現(xiàn)。第3頁，共60頁。了解控制我們聽到過的“控制” 自動(dòng)控制、控制情緒、自我控制的能力、控制溫度控制人口增長(zhǎng)、控制病情等等“控制”存在與當(dāng)今社會(huì)的各個(gè)方面。工業(yè)生產(chǎn)、城市交通、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航天技術(shù)等等第4頁，共60頁。什么是控制事物的發(fā)展與變化具有多樣性。 如果人們想達(dá)到一定的目的，就必須采取一定的手段來實(shí)現(xiàn)。控制的定義： 人們按照自己

2、的意愿和目的，通過一定的手段，使事物向期望的目標(biāo)發(fā)展，這就是控制。第5頁，共60頁。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第6頁，共60頁。采取的手段蘋果樹雨水騎自行車病蟲害防治、果樹管理、土壤管理等等興修水利、建水電站、水源管理等等控制速度、騎車的技術(shù)、車的維護(hù)等等。第7頁，共60頁?？刂茖?duì)象控制目的控制手段種蘋果樹蘋果樹果實(shí)多又大病蟲害防治、果樹管理、土壤管理等等雨水雨水灌溉農(nóng)田興修水利雨水雨水發(fā)電建水電站雨水雨水減少洪澇災(zāi)害洪水預(yù)報(bào)騎自行車自行車安全行駛控制速度、騎車的技術(shù)、車的

3、維護(hù)等等第8頁，共60頁?？刂剖瞧毡榇嬖?。遙控航模飛機(jī)抽水馬桶水箱的自動(dòng)控制系統(tǒng)第9頁，共60頁。抽水馬桶水箱的自動(dòng)控制系統(tǒng)第10頁，共60頁。控制的含義對(duì)控制現(xiàn)象理解從下面三個(gè)方面入手：1、對(duì)象：控制的對(duì)象是什么？2、目的：控制要達(dá)到什么目的？3、手段：要采用什么樣的手段來控制？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。 第11頁，共60頁。控制事例控制的對(duì)象控制的目的控制的手段電風(fēng)扇扇葉轉(zhuǎn)速快慢的控制電風(fēng)扇調(diào)節(jié)速度換檔 音響的音量控制音響音量的調(diào)節(jié)旋鈕燃?xì)鉄崴鳒囟鹊目刂茻崴髡{(diào)節(jié)出水口溫度的高低改變?nèi)細(xì)饣痤^的大小用噴霧器噴灑農(nóng)藥噴霧器給莊稼治病操作噴霧器

4、的手柄 大禹治水洪水安息洪波、大治水患疏通河道，泄洪為主人力三輪車轉(zhuǎn)彎中的方向控制人力三輪車改變?nèi)嗆囆旭偟姆较螂p手轉(zhuǎn)動(dòng)車把第12頁，共60頁。 控制的實(shí)現(xiàn)需要通過一定的手段。從控制過程中人工干預(yù)的情形來分，控制有人工控制和自動(dòng)控制。控制的手段第13頁，共60頁。從人工干預(yù)的情形來分：人工控制：控制的過程需要人的接觸，即人直接干預(yù)。如：普通自來水龍頭，撳按鍵打開電燈、駕駛汽車等；關(guān)/開 門駕駛汽車第14頁，共60頁。自動(dòng)控制：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(jìn)行，即沒有人的接觸。太陽能路燈自動(dòng)門如：打開紅外傳感水龍頭，太陽能路燈，自動(dòng)門，聲控?zé)?，無人駕駛汽車等；第15頁

5、，共60頁?？刂茖?shí)例1人工控制自動(dòng)控制自動(dòng)控制對(duì)風(fēng)速的控制第16頁，共60頁?？刂茖?shí)例2自動(dòng)控制人工控制人工控制第17頁，共60頁?？刂茖?shí)例1自動(dòng)控制人工控制第18頁，共60頁?？刂频膽?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(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域都有極其廣泛的應(yīng)用。第19頁，共60頁。控制在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用 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(dòng)強(qiáng)度，為工人提供了安全保障。生產(chǎn)流水線紡織機(jī)第20頁，共60頁。汽車自動(dòng)裝配生產(chǎn)線 汽車油漆第21頁，共60頁。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(dòng)效率，減輕了農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，使農(nóng)民減少在農(nóng)田里

6、日曬雨淋的時(shí)間。聯(lián)合收割機(jī)農(nóng)田灌溉第22頁，共60頁。水 車第23頁，共60頁。溫室第24頁，共60頁。農(nóng)田灌溉 電源控制室水泵第25頁，共60頁。農(nóng)田灌溉 折射式微噴射流式微噴錘式微灌第26頁，共60頁。控制在軍事、國防中的應(yīng)用 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。“神舟五號(hào)” 返回地面。導(dǎo)彈、火箭第27頁，共60頁?？刂圃谌粘Ｉ钪械膽?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?？照{(diào)機(jī)自動(dòng)取款機(jī)自動(dòng)控制水龍頭 第28頁，共60頁?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)家電

7、第29頁，共60頁?？刂圃谏鐣?huì)生活中的應(yīng)用 控制應(yīng)用到社會(huì)生活中，使整個(gè)社會(huì)能協(xié)調(diào)、健康、有序地發(fā)展?？刂迫丝谠鲩L(zhǎng)，提高人口素質(zhì)各種法律制度交通管理 第30頁，共60頁。未完待續(xù)第31頁，共60頁。專題二、控制系統(tǒng)的工作過程與方式學(xué)習(xí)目標(biāo)1.反饋-在電子控制系統(tǒng)中的作用2.開環(huán)控制和閉環(huán)控制的區(qū)別3.用方框圖分析生活中常見電子控制系統(tǒng)。第32頁，共60頁。自行車行駛速度的控制：腳踩的力 腳蹬、曲柄、鏈輪、 自行車行駛的速度（輸入） 中軸、鏈條、飛輪 (輸出)電風(fēng)扇的風(fēng)速控制: 電風(fēng)扇風(fēng)速的擋位 電機(jī)、扇葉 風(fēng)速 (輸入) (輸出)1、控制系統(tǒng) 第33頁，共60頁。什么叫控制系統(tǒng):任何一種控制的

8、實(shí)現(xiàn),都要通過若干個(gè)環(huán)節(jié),這些環(huán)節(jié)就構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng),稱為控制系統(tǒng).控制系統(tǒng)的輸出與輸入之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系.輸入輸出電飯煲 電源電信號(hào) 鍋內(nèi)的溫度 脫粒機(jī)電源電信號(hào) 脫粒機(jī)的轉(zhuǎn)速 紅外水龍頭人手的紅外線信號(hào) 水龍頭出水量 控制系統(tǒng)通常分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)第34頁，共60頁。一、開環(huán)控制系統(tǒng)1、什么是開環(huán)控制系統(tǒng) 如果控制系統(tǒng)的輸出對(duì)系統(tǒng)的控制（即結(jié)果）沒有影響；或者說沒有反饋環(huán)節(jié)的系統(tǒng)。 反饋即控制系統(tǒng)中，將輸出量通過適當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過程，就是反饋。第35頁，共60頁。投籃控制器（大腦）執(zhí)行器（手）被控對(duì)象（籃球）籃球?qū)嶋H投擲的位置監(jiān)測(cè)裝置（眼睛）籃圈的

9、位置+-電燈的的控制“開與關(guān)”輸入電路、燈燈“亮與滅”輸出第36頁，共60頁。游泳池注水控制系統(tǒng) 定時(shí)器進(jìn)水閥門游泳池設(shè)定注水時(shí)間 水流量 游泳池水位 (輸入) (輸出)自動(dòng)門的控制系統(tǒng) 控制電路 電機(jī) 自動(dòng)門紅外線信號(hào) 轉(zhuǎn)動(dòng) 門的開啟或關(guān)閉第37頁，共60頁。列舉你所知道的開環(huán)控制系統(tǒng)：第38頁，共60頁。電燈的的控制電路、燈“開與關(guān)”燈“亮與滅”輸入輸出電風(fēng)扇的控制電路、電機(jī)、扇葉風(fēng)速擋位風(fēng)速輸入輸出控制系統(tǒng)的特征輸入“開與關(guān)”輸入“開與關(guān)”輸入輸出“開與關(guān)”輸入燈“亮與滅”輸出“開與關(guān)”輸入輸出輸出燈“亮與滅”輸出燈“亮與滅”輸出電路、燈燈“亮與滅”輸出輸入電路、燈燈“亮與滅”輸出“開與

10、關(guān)”輸入電路、燈燈“亮與滅”輸出電燈的的控制“開與關(guān)”輸入電路、燈燈“亮與滅”輸出電燈的的控制“開與關(guān)”輸入電路、燈燈“亮與滅”輸出電燈的的控制“開與關(guān)”輸入電路、燈燈“亮與滅”輸出第39頁，共60頁。案例分析：自動(dòng)門自動(dòng)門的動(dòng)作過程是怎樣的？當(dāng)門口沒有人時(shí)，門是關(guān)著的；當(dāng)有人來門口時(shí)，門打開；當(dāng)人離開門口后一段時(shí)間，門又關(guān)閉。自動(dòng)門的功能和技術(shù)要求：功能：無人時(shí)，常關(guān)；有人時(shí)，開門技術(shù)要求：當(dāng)人距門1m時(shí)，門即打開；門打開后，延時(shí)10s后關(guān)門第40頁，共60頁。自動(dòng)門如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開、關(guān)的呢？電機(jī)控制電路紅外傳感器電機(jī)自動(dòng)門控制電路門的開啟或關(guān)閉人體熱輻射轉(zhuǎn)動(dòng)控制器執(zhí)行器控制量紅外傳感器第41

11、頁，共60頁。自動(dòng)門控制系統(tǒng)的方框圖開環(huán)控制系統(tǒng)：像這樣信息只從輸入端傳遞到輸出端，沒有信息反饋的控制系統(tǒng)，稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。電機(jī)自動(dòng)門控制電路門的開啟或關(guān)閉人體熱輻射轉(zhuǎn)動(dòng)紅外傳感器執(zhí)行器被控對(duì)象控制器輸出輸入控制量傳感器開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖第42頁，共60頁。擴(kuò)展思考根據(jù)自動(dòng)門控制系統(tǒng)控制過程和原理，通過稍加改動(dòng)，你還可以設(shè)計(jì)出應(yīng)用其他方面的控制系統(tǒng)嗎？請(qǐng)用方框圖表示你的設(shè)計(jì)想法。電機(jī)自動(dòng)門控制電路門的開啟或關(guān)閉人體熱輻射轉(zhuǎn)動(dòng)紅外傳感器第43頁，共60頁。對(duì)“嬰兒尿濕報(bào)警器”分析與擴(kuò)展思考“嬰兒尿濕報(bào)警器”控制系統(tǒng)是怎樣工作的？如何用方框圖表示？根據(jù)嬰兒尿濕報(bào)警器的控制原理，通過稍加改動(dòng)，你

12、還可以設(shè)計(jì)出應(yīng)用在哪些方面的控制系統(tǒng)？請(qǐng)用方框圖表示你的想法。與前面的“自動(dòng)門”相結(jié)合，你又可以設(shè)計(jì)出一個(gè)怎樣的控制系統(tǒng)？尿濕度傳感器控制電路鈴聲發(fā)生器揚(yáng)聲器鈴聲第44頁，共60頁?？刂葡到y(tǒng)方框圖：在控制系統(tǒng)中，為了分析方便，常采用方框來表示系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，用單向信號(hào)線來表示系統(tǒng)信號(hào)傳遞的方向，這種圖稱為控制系統(tǒng)的方框圖?？刂葡到y(tǒng)方框圖的作用：表示系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中的位置、功能和相互之間的關(guān)系。輸入量控制器執(zhí)行器被控對(duì)象輸出量(控制量)(給定量)(被控量)輸入量:如游泳池的設(shè)定時(shí)間;輸出量:游泳池的水位第45頁，共60頁。例: 電子門鈴的開環(huán)電子控制系統(tǒng) 用手按動(dòng)按鈕開關(guān),輸入一個(gè)觸發(fā)信號(hào) 音樂

13、集成電路經(jīng)過觸發(fā)后工作,產(chǎn)生一組載有”音樂”的電信號(hào). 揚(yáng)聲器將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐魳仿? 輸出的音樂聲的變化對(duì)系統(tǒng)的控制狀態(tài)并不產(chǎn)生影響,即不存在反饋.輸入: 控制(處理): 輸出: 特點(diǎn):第46頁，共60頁。分析下列電子控制系統(tǒng)中的被控對(duì)象、被控量、控制器和它們的工作過程的共同點(diǎn): 揚(yáng)聲器音樂聲音樂集成電路路燈光的變化電子電路鎖舌鎖舌的運(yùn)動(dòng)集成電路電子音樂門系統(tǒng)路燈自動(dòng)控制系統(tǒng)電子鎖自動(dòng)門被控對(duì)象被控量控制器集成電路門門的開關(guān)第47頁，共60頁。閉環(huán)控制系統(tǒng)第48頁，共60頁。 反饋 控制系統(tǒng)中，將輸出量通過適當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過程，就是反饋。投籃控制器（大腦）執(zhí)行器（

14、手）被控對(duì)象（籃球）籃球?qū)嶋H投擲的位置監(jiān)測(cè)裝置（眼睛）籃圈的位置+-（1）什么是反饋控制器（大腦）執(zhí)行器（手）被控對(duì)象（籃球）籃球?qū)嶋H投擲的位置監(jiān)測(cè)裝置（眼睛）籃圈的位置+-投籃控制器（大腦）執(zhí)行器（手）被控對(duì)象（籃球）籃球?qū)嶋H投擲的位置監(jiān)測(cè)裝置（眼睛）籃圈的位置+-投籃控制器（大腦）執(zhí)行器（手）被控對(duì)象（籃球）籃球?qū)嶋H投擲的位置監(jiān)測(cè)裝置（眼睛）籃圈的位置+-投籃控制器（大腦）執(zhí)行器（手）被控對(duì)象（籃球）籃球?qū)嶋H投擲的位置監(jiān)測(cè)裝置（眼睛）籃圈的位置+-投籃控制器（大腦）執(zhí)行器（手）被控對(duì)象（籃球）籃球?qū)嶋H投擲的位置監(jiān)測(cè)裝置（眼睛）籃圈的位置+-第49頁，共60頁。 從反饋來看，閉環(huán)控制系統(tǒng)就是

15、指在系統(tǒng)的輸出端與輸入端之間存在反饋回路，輸出量對(duì)控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心是通過反饋來減少被控量（輸出量）的偏差。 由于某種干擾因素的存在，系統(tǒng)的被控量偏離給定值時(shí)，閉環(huán)控制系統(tǒng)中的反饋環(huán)節(jié)能及時(shí)檢測(cè)出被控量的值，并迅速反饋到輸入端，與給定值進(jìn)行比較，控制器根據(jù)比較得到的偏差信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使系統(tǒng)的被控量接近給定值，達(dá)到精確控制的目的。所以，一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠克服外界干擾，使被控量控制在給定值附近。 供水水箱的水位自動(dòng)控制系統(tǒng)加熱爐的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)第50頁，共60頁。游泳池進(jìn)水閥門控制器給定水位水流量游泳池的水位（輸出）檢測(cè)裝置比較器+-閉環(huán)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單閉環(huán)控制系

16、統(tǒng)的方框圖：被控對(duì)象執(zhí)行器控制器給定量控制量被控量檢測(cè)裝置比較器-+第51頁，共60頁。 小 結(jié)控制系統(tǒng)開環(huán)閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸出量不對(duì)系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響系統(tǒng)的輸出量?jī)H受輸入量控制，輸入量到輸出量之間的信號(hào)是單向傳遞系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對(duì)控制過程產(chǎn)生影響輸出量到輸入量之間的信號(hào)形成一個(gè)回路第52頁，共60頁。 開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖執(zhí)行器被控對(duì)象控制器輸出輸入控制量傳感器 閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖被控對(duì)象執(zhí)行器控制器給定量控制量被控量檢測(cè)裝置比較器-+第53頁，共60頁。1、干擾因素干擾就是對(duì)控制系統(tǒng)的行為造成影響的有害的信號(hào)及擾動(dòng)，即除給定量外，引起被控量變化的各種因素稱為干擾因素。干擾對(duì)控制功

17、能的影響 克服干擾的基本方法 1、消除干擾2、減弱干擾3、提高控制系統(tǒng)性能第54頁，共60頁。2、反饋1、什么是反饋 控制系統(tǒng)中，輸出量通過適當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過程，就是反饋 。2、系統(tǒng)工程最重要的定理是反饋原理。一個(gè)系統(tǒng)要讓它安定運(yùn)行下去必須有反饋系統(tǒng)。反饋有兩種，一種是叫正反饋，一種叫負(fù)反饋。系統(tǒng)在運(yùn)行中不斷會(huì)受到周圍信號(hào)的干擾，正反饋的作用是把這些干擾信號(hào)放大到無限大，讓這個(gè)系統(tǒng)崩潰。負(fù)反饋的作用是把這些信號(hào)縮小到最小，讓它不影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行，讓系統(tǒng)處于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。第55頁，共60頁。第56頁，共60頁。瓦特式速度調(diào)節(jié)器原理1第57頁，共60頁。閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程 從反饋看，閉環(huán)控制系統(tǒng)就是指在系統(tǒng)的輸出端與輸入端之間存在反饋回路，輸出量對(duì)控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心是通過反饋來減少被控量的偏差。閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較 開環(huán)控制系統(tǒng)本身不能對(duì)被控量進(jìn)行調(diào)整和補(bǔ)償。