第一課 通用技術(shù) 控制與設(shè)計(jì)

1、第一節(jié) 什么是控制現(xiàn)代社會(huì)中控制的例子：學(xué)校的音樂(lè)鈴聲、多媒體教學(xué)系統(tǒng)、音樂(lè)噴泉系統(tǒng)、自動(dòng)伸縮門(mén)等。 家庭：電飯煲微波爐自動(dòng)傘自動(dòng)熱酒壺冰箱社會(huì)：幻彩聲控?zé)艚煌ㄐ盘?hào)燈程控電話交換機(jī)飲水機(jī)自動(dòng)門(mén)電梯驗(yàn)鈔機(jī)想一想：事物的發(fā)展與變化一棵蘋(píng)果樹(shù)天上降落的雨水騎自行車(chē)結(jié)不出蘋(píng)果結(jié)的蘋(píng)果又多又大結(jié)出蘋(píng)果又小又酸用來(lái)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(yú) 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(lái)；其中魚(yú)有可能多而肥，也可能少而弱 。可能被人摘下吃掉，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(zhǎng)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(dá)到某一特定目的，就必須借助適當(dāng)?shù)氖侄蝸?lái)實(shí)現(xiàn)。大禹治水 思考：大禹治水過(guò)程中，通過(guò)什么手段實(shí)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(guó)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(jìn)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(guò)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(guò)一定的手段使事物沿著某一確定方向發(fā)展的行為和過(guò)程。一、控制的涵義 射手通過(guò)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(duì)象。也就是說(shuō)，理解任何控制現(xiàn)象，都要明確三要素： 控制對(duì)象是什么 控制要達(dá)到什么目的 采取什么控制手段 控制事例控制的對(duì)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(chē)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(chē)安全行駛控制速度、騎車(chē)的技術(shù)、車(chē)的維護(hù)等等馬上行動(dòng)從人工干預(yù)的情形來(lái)分：人工控制自動(dòng)控制二、控制的分類(lèi)

4、人工控制：控制過(guò)程是在人的直接干預(yù)和全程干預(yù)下進(jìn)行的。關(guān)/開(kāi) 門(mén)駕駛汽車(chē) 自動(dòng)控制：指在無(wú)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。太陽(yáng)能路燈自動(dòng)門(mén) 馬上行動(dòng)：判斷人工控制和自動(dòng)控制的事例。音響的音量控制全自動(dòng)洗衣機(jī)普通水龍頭出水的控制電冰箱內(nèi)溫度控制自動(dòng)取款機(jī)籃球運(yùn)動(dòng)員投籃過(guò)程控制自動(dòng)烘手機(jī)自動(dòng)感應(yīng)門(mén)的開(kāi)關(guān)控制電梯的上下運(yùn)行過(guò)程控制飛鏢的投擲過(guò)程控制肥胖人群體形控制聲控走廊燈的控制紅外自動(dòng)水龍頭出水控制紅綠燈的轉(zhuǎn)換過(guò)程控制手搖晾衣架的控制光控路燈的控制人工人工自動(dòng)人工人工人工人工自動(dòng)自動(dòng)自動(dòng)自動(dòng)自動(dòng)自動(dòng)自動(dòng)自動(dòng)自動(dòng)從執(zhí)行控制的部件來(lái)分：機(jī)械控制、氣動(dòng)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(chē)自動(dòng)門(mén)汽車(chē)剎車(chē)氣動(dòng)控制機(jī)械控制、氣動(dòng)控制紅外線自動(dòng)門(mén)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(huì)生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域都有極其廣泛的應(yīng)用。希羅的自動(dòng)門(mén) 公元1世紀(jì)，希臘人希羅建造的自動(dòng)打開(kāi)廟門(mén)的裝置是最早利用氣壓和液壓為動(dòng)力的自動(dòng)門(mén)。如圖，祭壇點(diǎn)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(dòng)，將門(mén)打開(kāi)。當(dāng)祭壇的火熄滅時(shí)，廟門(mén)在重錘的作用下就會(huì)自動(dòng)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(lèi)能夠在一定程度上按照自己的意愿改變周?chē)沫h(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

6、水龍頭 現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)家電 聲控?zé)?音樂(lè)噴泉防盜報(bào)警器火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)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(dòng)強(qiáng)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(jī)汽車(chē)自動(dòng)裝配生產(chǎn)線 汽車(chē)油漆 汽車(chē)自動(dòng)裝配生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)零件的自動(dòng)裝配、噴漆等，并能對(duì)零件的傳送速度進(jìn)行控制，便于生產(chǎn)操作，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)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(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)田里日曬雨淋的時(shí)間。聯(lián)合收割機(jī)農(nóng)田灌溉水 車(chē)農(nóng)田灌溉挑水 水車(chē) 抽水機(jī)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(shí)現(xiàn)水量均勻噴灌的同時(shí)減輕了農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度。 控制應(yīng)用到軍事國(guó)防中，提高了國(guó)家防備和抵抗侵略的能力，為保衛(wèi)國(guó)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(guó)防中的應(yīng)用1、理解一個(gè)控制現(xiàn)象，要明確控制的對(duì)象是什么，控制要達(dá)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(gè)控制系統(tǒng)，其控制對(duì)象是： （ ）A、人 B、目標(biāo) C、計(jì)算機(jī) D、導(dǎo)彈2、控制系統(tǒng)中屬于自動(dòng)控制系統(tǒng)的是 （ ） A、按鈕開(kāi)關(guān)控制B、普通自來(lái)水龍頭C、花房恒溫度控

8、制D、汽車(chē)駕駛四、課堂練習(xí)DC3、普通家用自行車(chē)的剎車(chē)控制是屬于：( )A、機(jī)械控制 B、氣動(dòng)控制 C、液壓控制 D、電子控制4、按時(shí)間順序進(jìn)行控制的“交通路口紅綠燈控制系統(tǒng)”系統(tǒng)中被控對(duì)象是( )。A控制電路 B紅綠燈 C開(kāi)關(guān)裝置 D路面車(chē)輛5、在未設(shè)置紅綠燈自動(dòng)控制系統(tǒng)或自動(dòng)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(shì)指揮車(chē)輛的情形， 此時(shí)，被控對(duì)象是（ ）A控制電路 B紅綠燈 C開(kāi)關(guān)裝置 D路面車(chē)輛6、人們使用空調(diào)器對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)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(dòng)控制的是（ ） A、駕駛汽車(chē) 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(chēng)“懸絲傀儡”,又名“絲戲”,民間俗稱(chēng)“嘉禮”,乃流行于閩南語(yǔ)系地區(qū)的古老珍稀戲種，在提線木偶的控制過(guò)程中控制對(duì)象（） A手 B提繩 C木偶 D大腦9、 “皮影戲”是我國(guó)的傳統(tǒng)的民間藝術(shù)，演員只要在屏幕和燈光之間抖動(dòng)如栓在“小兔”身上的細(xì)線，屏幕上就能出現(xiàn)生動(dòng)活潑的小兔形象，這是一種控制現(xiàn)象，其控制對(duì)象是 （ ） A細(xì)線 B“小兔” C屏幕 D燈光CCB1、控制的涵義（明確對(duì)象、目的、手段）2、人工控制和自動(dòng)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(guò)程控制系統(tǒng)的基本組成簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)由兩部分組成：1、被控對(duì)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(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。 典型控制系統(tǒng)案例分析1、自動(dòng)門(mén)請(qǐng)看深圳某酒店的自動(dòng)門(mén)： 1、自動(dòng)門(mén)自動(dòng)門(mén)的動(dòng)作過(guò)程是：當(dāng)門(mén)口沒(méi)有人時(shí)，門(mén)是關(guān)著的；當(dāng)有人來(lái)到門(mén)口時(shí)，門(mén)打開(kāi)；當(dāng)人離開(kāi)門(mén)口后一段時(shí)間，門(mén)又關(guān)閉。自動(dòng)門(mén)的功能和技術(shù)要求有：功能：（1）無(wú)人時(shí)，常關(guān)；（2）有人時(shí)，開(kāi)門(mén)。技術(shù)要求：（1）當(dāng)人距門(mén)1m時(shí)，門(mén)即打開(kāi)。（2）門(mén)打開(kāi)后，延時(shí)10s后關(guān)門(mén)。系統(tǒng)組成：門(mén)、電動(dòng)機(jī)、控

11、制器、傳感器。工作過(guò)程（1）當(dāng)有人到達(dá)門(mén)前某一距離時(shí)，傳感器感知，并發(fā)出“有人”的信號(hào)（2）控制器接到傳感器傳來(lái)的信號(hào)后，經(jīng)變換放大后傳給電動(dòng)機(jī)（這里的電動(dòng)機(jī)叫做執(zhí)行器，也稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)器）；（3）電動(dòng)機(jī)根據(jù)傳來(lái)的開(kāi)門(mén)信號(hào)轉(zhuǎn)動(dòng)，門(mén)被打開(kāi)（這里的門(mén)叫做被控制對(duì)象，也稱(chēng)為控制對(duì)象，簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)象）（4）控制器保持開(kāi)門(mén)信號(hào)延遲后，自動(dòng)發(fā)出關(guān)門(mén)信號(hào)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，門(mén)重新關(guān)閉。系統(tǒng)組成與工作過(guò)程如圖：傳感器控制器 電動(dòng)機(jī)（執(zhí)行器） 門(mén)（被控制對(duì)象）輸入有人否輸出開(kāi)/關(guān)紅外線自動(dòng)門(mén)控制電路紅外線裝置是否檢測(cè)到人體發(fā)出的熱輻射信號(hào)門(mén)的開(kāi)關(guān)電動(dòng)機(jī)門(mén)旋轉(zhuǎn)量自動(dòng)門(mén)的動(dòng)作過(guò)程當(dāng)門(mén)口沒(méi)有人時(shí)，門(mén)是關(guān)著的；當(dāng)有人來(lái)到門(mén)口時(shí)，門(mén)自動(dòng)打

12、開(kāi)；當(dāng)人離開(kāi)門(mén)口后一段時(shí)間，門(mén)又自動(dòng)關(guān)閉。提問(wèn)：當(dāng)人站在門(mén)口不動(dòng)，大門(mén)會(huì)怎樣？門(mén)的開(kāi)啟人工控制框圖大腦手眼睛輸入門(mén)輸出被控對(duì)象控制裝置自動(dòng)門(mén)的控制過(guò)程輸入紅外裝置檢測(cè)到人體熱輻射發(fā)出的信號(hào)控制電路電機(jī)門(mén)門(mén)的開(kāi)啟或關(guān)閉傳感器控制器執(zhí)行器被控對(duì)象輸出控制裝置被控對(duì)象人工控制與自動(dòng)控制的區(qū)別輸入：開(kāi)/關(guān)眼睛傳感器控制器電機(jī)大腦手門(mén)門(mén) 人工控制 自動(dòng)控制傳感器控制器執(zhí)行器門(mén)門(mén)被控對(duì)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(dòng)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(jìn)水閥門(mén)、人工作過(guò)程：當(dāng)水面低于設(shè)定水位時(shí)，人打開(kāi)閥門(mén)放水入水箱，人眼監(jiān)視水面高度；當(dāng)水面達(dá)到

13、設(shè)定的水位時(shí)，人關(guān)閉閥門(mén)。人工控制水箱水位框圖給定水位輸入大腦判斷手閥門(mén)水箱輸出實(shí)際水位眼睛反饋比較環(huán)節(jié)水箱水位控制自動(dòng)控制系統(tǒng)組成：水箱（包括水箱里的水）、閥門(mén)、連桿機(jī)構(gòu)、浮子（俗稱(chēng)水漂）工作過(guò)程：1、當(dāng)水面低于設(shè)定水位時(shí)，浮子下落，閥門(mén)打開(kāi)，進(jìn)水；2、浮子監(jiān)測(cè)水面高度，并隨著水面升高而浮生；3、當(dāng)水面達(dá)到設(shè)定的水位時(shí)，浮子傳感，通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)，將閥門(mén)關(guān)閉。自動(dòng)控制水箱水位框圖（給定水位）輸入水位差連桿機(jī)構(gòu)水箱輸出（實(shí)際水位）浮子反饋閥門(mén)（開(kāi)度）水位差信號(hào)實(shí)際水位即輸出量閥門(mén)開(kāi)度控制量反饋：將輸出信息反傳給比較環(huán)節(jié)的做 法，稱(chēng)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(duì)比 環(huán) 節(jié)方式傳感器控制器執(zhí)行器被控對(duì)象人工控制 人眼人腦與手 閥門(mén)水箱自動(dòng)控制 浮子連桿機(jī)構(gòu) 閥門(mén)水箱兩種自動(dòng)控制的比較傳感器輸入有人否控制器電動(dòng)機(jī)（執(zhí)行器）門(mén)（被控對(duì)象）輸出開(kāi)/關(guān)（給定水位）輸入水位差連桿機(jī)構(gòu)水箱輸出（實(shí)際水位）浮子反饋閥門(mén)（開(kāi)度）開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（）控制系統(tǒng)的輸出量不對(duì)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(hào)（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(wú)反饋環(huán)節(jié)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（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(gè)閉合的環(huán)路；（2）有檢測(cè)裝置。有反饋，反饋影響控制。能將控制的結(jié)果反饋回來(lái)與希望值進(jìn)行比較，并根據(jù)誤差及時(shí)調(diào)整控制作用A.拔動(dòng)教室電燈開(kāi)關(guān)，燈的亮與不亮與手動(dòng)有關(guān)。B.聲光感應(yīng)開(kāi)關(guān)，當(dāng)有聲音時(shí)燈亮。C.紅外感應(yīng)出水龍頭，手靠近水龍頭出水，離開(kāi)則不出水。D.賓館自動(dòng)門(mén)，當(dāng)有人進(jìn)入，門(mén)自動(dòng)打開(kāi)。E.當(dāng)手靠近自動(dòng)烘手機(jī)時(shí)，機(jī)器啟動(dòng)；當(dāng)手離開(kāi)時(shí)，機(jī)器關(guān)閉。日常生活中的控制：歸納、抽象以上活動(dòng)的特征 : 一個(gè)輸入信號(hào)（如手拔開(kāi)關(guān)）對(duì)應(yīng)著一個(gè)輸出信號(hào)（如燈亮或不亮）。 控制系統(tǒng)的輸入輸出之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。一般的控制過(guò)程都有一個(gè)輸

16、入和一個(gè)輸出。 任何一種控制的實(shí)現(xiàn)，都要通過(guò)若干個(gè)環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，我們稱(chēng)之為控制系統(tǒng)。 對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)，區(qū)別系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)控制還是閉環(huán)控制的關(guān)鍵就是： 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中是不是運(yùn)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(duì)象、控制裝置兩大部分（區(qū)分開(kāi)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(duì)象給定值被控量控制量1、開(kāi)環(huán)2、閉環(huán)反饋環(huán)節(jié)控制器執(zhí)行器被控對(duì)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(dòng)控制系統(tǒng)2、加熱爐的溫自動(dòng)控制系統(tǒng)3、人工調(diào)節(jié)液面4、希羅的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)框圖

17、表示小練習(xí)： 用方框圖將下面的幾個(gè)控制系統(tǒng)表示出來(lái)。1、供水水箱的水位自動(dòng)控制系統(tǒng)2、加熱爐的溫自動(dòng)控制系統(tǒng)3、人工調(diào)節(jié)液面4、希羅的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)浮球控制器閥門(mén)水箱預(yù)設(shè)水位進(jìn)水量比較器1、供水水箱的水位自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)熱量溫度眼睛大腦手、閥門(mén)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(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)火爐連動(dòng)系統(tǒng)廟門(mén)門(mén)的開(kāi)/關(guān)相關(guān)量門(mén)的開(kāi)/關(guān) 隨著音樂(lè)起伏而變化的音樂(lè)噴泉是控制技術(shù)的一種具體應(yīng)用。其工作過(guò)程是由 “聲電轉(zhuǎn)換裝置”將起伏的音樂(lè)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為隨之而變化的電信號(hào)，這種電信號(hào)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵轉(zhuǎn)動(dòng)。音樂(lè)聲信號(hào)強(qiáng)，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(lè)信號(hào)的強(qiáng)弱與噴泉水柱的高