高中通用技術(shù)控制與設計課件(PPT 60頁)

1、控制與設計第1頁，共60頁。學習目標1.控制的定義。2.自動控制和人工控制的區(qū)別。專題一、控制的手段與應用第2頁，共60頁。 事物發(fā)展的結(jié)果可能是人們預先期望的，也可能是與預期的目標不相符，甚至是不希望得到的。如果人們想達到某一特定的目的，就必須運用適當?shù)氖侄蝸韺崿F(xiàn)。第3頁，共60頁。了解控制我們聽到過的“控制” 自動控制、控制情緒、自我控制的能力、控制溫度控制人口增長、控制病情等等“控制”存在與當今社會的各個方面。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。 如果人們想達到一定的目的，就必須采取一定的手段來實現(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)、車的維護等等。第7頁，共60頁?？刂茖ο罂刂颇康目刂剖侄畏N蘋果樹蘋果樹果實多又大病蟲害防治、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害洪水預報騎自行車自行車安全行駛控制速度、騎車的技術(shù)、車的

3、維護等等第8頁，共60頁?？刂剖瞧毡榇嬖?。遙控航模飛機抽水馬桶水箱的自動控制系統(tǒng)第9頁，共60頁。抽水馬桶水箱的自動控制系統(tǒng)第10頁，共60頁。控制的含義對控制現(xiàn)象理解從下面三個方面入手：1、對象：控制的對象是什么？2、目的：控制要達到什么目的？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?？刂剖吕刂频膶ο罂刂频哪康目刂频氖侄坞婏L扇扇葉轉(zhuǎn)速快慢的控制電風扇調(diào)節(jié)速度換檔 音響的音量控制音響音量的調(diào)節(jié)旋鈕燃氣熱水器溫度的控制熱水器調(diào)節(jié)出水口溫度的高低改變?nèi)細饣痤^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)動車把第12頁，共60頁。 控制的實現(xiàn)需要通過一定的手段。從控制過程中人工干預的情形來分，控制有人工控制和自動控制?？刂频氖侄蔚?3頁，共60頁。從人工干預的情形來分：人工控制：控制的過程需要人的接觸，即人直接干預。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。自動控制：在無人直接參與的情況下，使事物的變化準確地按照期望的方向進行，即沒有人的接觸。太陽能路燈自動門如：打開紅外傳感水龍頭，太陽能路燈，自動門，聲控燈，無人駕駛汽車等；第15頁

5、，共60頁?？刂茖嵗?人工控制自動控制自動控制對風速的控制第16頁，共60頁。控制實例2自動控制人工控制人工控制第17頁，共60頁?？刂茖嵗?自動控制人工控制第18頁，共60頁?？刂频膽?控制的應用自古就有，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用。第19頁，共60頁?？刂圃诠I(yè)生產(chǎn)中的應用 控制應用到工業(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。生產(chǎn)流水線紡織機第20頁，共60頁。汽車自動裝配生產(chǎn)線 汽車油漆第21頁，共60頁?？刂圃谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用 控制應用到農(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

6、日曬雨淋的時間。聯(lián)合收割機農(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?？刂圃谲娛?、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(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?！吧裰畚逄枴?返回地面。導彈、火箭第27頁，共60頁?？刂圃谌粘Ｉ钪械膽?控制應用到日常生活中，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)機自動取款機自動控制水龍頭 第28頁，共60頁。現(xiàn)代網(wǎng)絡家電

7、第29頁，共60頁?？刂圃谏鐣钪械膽?控制應用到社會生活中，使整個社會能協(xié)調(diào)、健康、有序地發(fā)展。控制人口增長，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習目標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)電風扇的風速控制: 電風扇風速的擋位 電機、扇葉 風速 (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、實現(xiàn),都要通過若干個環(huán)節(jié),這些環(huán)節(jié)就構(gòu)成了一個系統(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應關(guān)系.輸入輸出電飯煲 電源電信號 鍋內(nèi)的溫度 脫粒機電源電信號 脫粒機的轉(zhuǎn)速 紅外水龍頭人手的紅外線信號 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?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋。第35頁，共60頁。投籃控制器（大腦）執(zhí)行器（手）被控對象（籃球）籃球?qū)嶋H投擲的位置監(jiān)測裝置（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) 定時器進水閥門游泳池設定注水時間 水流量 游泳池水位 (輸入) (輸出)自動門的控制系統(tǒng) 控制電路 電機 自動門紅外線信號 轉(zhuǎn)動 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”輸入輸出電風扇的控制電路、電機、扇葉風速擋位風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：自動門自動門的動作過程是怎樣的？當門口沒有人時，門是關(guān)著的；當有人來門口時，門打開；當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：功能：無人時，常關(guān)；有人時，開門技術(shù)要求：當人距門1m時，門即打開；門打開后，延時10s后關(guān)門第40頁，共60頁。自動門如何實現(xiàn)自動開、關(guān)的呢？電機控制電路紅外傳感器電機自動門控制電路門的開啟或關(guān)閉人體熱輻射轉(zhuǎn)動控制器執(zhí)行器控制量紅外傳感器第41

11、頁，共60頁。自動門控制系統(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)。電機自動門控制電路門的開啟或關(guān)閉人體熱輻射轉(zhuǎn)動紅外傳感器執(zhí)行器被控對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。擴展思考根據(jù)自動門控制系統(tǒng)控制過程和原理，通過稍加改動，你還可以設計出應用其他方面的控制系統(tǒng)嗎？請用方框圖表示你的設計想法。電機自動門控制電路門的開啟或關(guān)閉人體熱輻射轉(zhuǎn)動紅外傳感器第43頁，共60頁。對“嬰兒尿濕報警器”分析與擴展思考“嬰兒尿濕報警器”控制系統(tǒng)是怎樣工作的？如何用方框圖表示？根據(jù)嬰兒尿濕報警器的控制原理，通過稍加改動，你

12、還可以設計出應用在哪些方面的控制系統(tǒng)？請用方框圖表示你的想法。與前面的“自動門”相結(jié)合，你又可以設計出一個怎樣的控制系統(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)，用單向信號線來表示系統(tǒng)信號傳遞的方向，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)行器被控對象輸出量(控制量)(給定量)(被控量)輸入量:如游泳池的設定時間;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) 用手按動按鈕開關(guān),輸入一個觸發(fā)信號 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. 揚聲器將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐魳仿? 輸出的音樂聲的變化對系統(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:第46頁，共60頁。分析下列電子控制系統(tǒng)中的被控對象、被控量、控制器和它們的工作過程的共同點: 揚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動集成電路電子音樂門系統(tǒng)路燈自動控制系統(tǒng)電子鎖自動門被控對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?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋。投籃控制器（大腦）執(zhí)行器（

14、手）被控對象（籃球）籃球?qū)嶋H投擲的位置監(jiān)測裝置（眼睛）籃圈的位置+-（1）什么是反饋控制器（大腦）執(zhí)行器（手）被控對象（籃球）籃球?qū)嶋H投擲的位置監(jiān)測裝置（眼睛）籃圈的位置+-投籃控制器（大腦）執(zhí)行器（手）被控對象（籃球）籃球?qū)嶋H投擲的位置監(jiān)測裝置（眼睛）籃圈的位置+-投籃控制器（大腦）執(zhí)行器（手）被控對象（籃球）籃球?qū)嶋H投擲的位置監(jiān)測裝置（眼睛）籃圈的位置+-投籃控制器（大腦）執(zhí)行器（手）被控對象（籃球）籃球?qū)嶋H投擲的位置監(jiān)測裝置（眼睛）籃圈的位置+-投籃控制器（大腦）執(zhí)行器（手）被控對象（籃球）籃球?qū)嶋H投擲的位置監(jiān)測裝置（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，閉環(huán)控制系統(tǒng)中的反饋環(huán)節(jié)能及時檢測出被控量的值，并迅速反饋到輸入端，與給定值進行比較，控制器根據(jù)比較得到的偏差信號進行調(diào)節(jié)，從而使系統(tǒng)的被控量接近給定值，達到精確控制的目的。所以，一個閉環(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控制系統(tǒng)加熱爐的溫度自動控制系統(tǒng)第50頁，共60頁。游泳池進水閥門控制器給定水位水流量游泳池的水位（輸出）檢測裝置比較器+-閉環(huán)控制系統(tǒng)簡單閉環(huán)控制系

16、統(tǒng)的方框圖：被控對象執(zhí)行器控制器給定量控制量被控量檢測裝置比較器-+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)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響系統(tǒng)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系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對控制過程產(chǎn)生影響輸出量到輸入量之間的信號形成一個回路第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)方框圖被控對象執(zhí)行器控制器給定量控制量被控量檢測裝置比較器-+第53頁，共60頁。1、干擾因素干擾就是對控制系統(tǒng)的行為造成影響的有害的信號及擾動，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?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋 。2、系統(tǒng)工程最重要的定理是反饋原理。一個系統(tǒng)要讓它安定運行下去必須有反饋系統(tǒng)。反饋有兩種，一種是叫正反饋，一種叫負反饋。系統(tǒng)在運行中不斷會受到周圍信號的干擾，正反饋的作用是把這些干擾信號放大到無限大，讓這個系統(tǒng)崩潰。負反饋的作用是把這些信號縮小到最小，讓它不影響系統(tǒng)的安全運行，讓系統(tǒng)處于一個穩(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)本身不能對被控量進行調(diào)整和補償。