《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》高考復(fù)習(xí)第4單元+控制與設(shè)計(jì)

第四單元控制與設(shè)計(jì)一考試內(nèi)容與要求二具體內(nèi)容復(fù)習(xí)與討論三分析評價題、應(yīng)用題示例技術(shù)與設(shè)計(jì)2浙江省蘭溪市第三中學(xué)陳永新1控制的含義Ⅰ2控制的應(yīng)用Ⅰ3控制手段Ⅰ4開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程Ⅱ5閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程Ⅱ6控制系統(tǒng)的方框圖Ⅱ7控制系統(tǒng)的干擾因素Ⅰ8功能模擬方法和黑箱方法Ⅰ9控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案Ⅱ浙江省蘭溪市第三中學(xué)陳永新1控制的含義(Ⅰ)人們按照自己的意愿或目的，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。理解任何控制現(xiàn)象，都要明確：①控制的對象是什么，②控制要達(dá)到什么目的，③采取什么控制手段。2控制的應(yīng)用(Ⅰ)控制的應(yīng)用自古就有，并在近代得到了迅速發(fā)展，它涉及到社會生活、生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，在各行各業(yè)都存在應(yīng)用。3控制手段(Ⅰ)控制的分類：從控制過程中人工干預(yù)的情形分為人工控制（控制過程是在人的直接干預(yù)和全程干預(yù)下進(jìn)行的）和自動控制（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(jìn)行）；按照執(zhí)行部件的不同，控制分為機(jī)械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等。了解在生產(chǎn)過程中對壓力、溫度、水位、光照、流量的控制，了解生活中電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)機(jī)等生活用品的控制技術(shù)。浙江省蘭溪市第三中學(xué)陳永新4開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程(Ⅱ)任何一種控制的實(shí)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)。（1）定義：控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響，這種控制稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。（2）特征：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。（3）開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖被控對象執(zhí)行器控制器輸入量控制量輸出量控制系統(tǒng)的給定量對輸入信號進(jìn)行處理并發(fā)出控制命令的裝置或元件直接對被控對象進(jìn)行控制的裝置或元件執(zhí)行器的輸出信號控制系統(tǒng)中所要求控制的裝置和生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)所要控制的量浙江省蘭溪市第三中學(xué)陳永新5閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程(Ⅱ)（2）特征：系統(tǒng)的輸出端與輸入端信號之間存在一個回路——反饋回路。（1）定義：系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。（3）簡單閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖被控對象執(zhí)行器控制器控制量檢測裝置比較器-+給定量被控量室內(nèi)空氣控制量設(shè)定溫度溫度控制器室內(nèi)溫度壓縮機(jī)溫度檢測裝置比較器+-空調(diào)機(jī)冷氣或熱氣浙江省蘭溪市第三中學(xué)陳永新6控制系統(tǒng)的方框圖(Ⅱ)能畫出一個簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖，能確定系統(tǒng)的個環(huán)節(jié)，能確定被控量、控制量、輸入量、反饋量、偏差量，能用箭頭表示信息在系統(tǒng)中流動和傳播的方向。理解其中的控制器、執(zhí)行器、比較環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)的作用。瓦特式速度調(diào)節(jié)器發(fā)動機(jī)進(jìn)油量設(shè)定轉(zhuǎn)速彈簧發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速輸油管轉(zhuǎn)速檢測裝置比較器+-浙江省蘭溪市第三中學(xué)陳永新下列兩圖分別是瓦特蒸汽機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖和轉(zhuǎn)速自動控制原理圖。如圖所示，套筒與閥門連在一起，當(dāng)由于某種外界原因（如蒸汽機(jī)的負(fù)載減小）導(dǎo)致蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速加快時，飛球離心力增大，套筒向上移動，閥門通孔截面積減少，蒸汽流速降低，蒸汽機(jī)汽缸內(nèi)壓力減少，最后使其轉(zhuǎn)速下降。浙江省蘭溪市第三中學(xué)陳永新（1）請補(bǔ)充完整蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)方框圖。閥門汽缸蒸汽蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速檢測裝置（2）在蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速控制過程中，當(dāng)被控量發(fā)生變化時，執(zhí)行器的狀態(tài)___________（選填會或者不會）發(fā)生變化；除了設(shè)定轉(zhuǎn)速的變化引起被控量變化以外，其它能引起被控量變化的一切因素統(tǒng)稱為__________。會干擾因素浙江省蘭溪市第三中學(xué)陳永新注意以下幾點(diǎn)：①來源問題。有的干擾因素是由于環(huán)境造成的，如影響自行車行駛速度變化的自然風(fēng)等；有的干擾因素是人為原因所致，如影響飛機(jī)導(dǎo)航信號的手機(jī)信號等。②數(shù)量問題。在控制系統(tǒng)中，干擾因素可能是一個，也可能是若干個。③處理問題?？刂葡到y(tǒng)在工作中必須克服干擾，使被控量穩(wěn)定。如空調(diào)器的溫度控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，它能克服室外溫度變化這一干擾，當(dāng)室外溫度升高時，空調(diào)器檢測出干擾引起的室內(nèi)溫度變化，通過啟動壓縮機(jī)降溫來克服這一干擾，使室溫保持穩(wěn)定。④利用問題。在一般控制系統(tǒng)中，干擾因素是需要克服的。而在有些情況下卻可以利用干擾因素實(shí)現(xiàn)某種目的。如在軍事演習(xí)中，紅方利用一定頻率的電磁波對藍(lán)方的信息指揮系統(tǒng)進(jìn)行干擾，使之不能正常工作。但在生產(chǎn)生活中，我們需要以謹(jǐn)慎、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對待干擾因素的利用。7控制系統(tǒng)的干擾因素(Ⅰ)在控制系統(tǒng)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因素。能結(jié)合案例找出影響簡單控制系統(tǒng)運(yùn)行的主要干擾因素，并能分析盡可能避開或抑制干擾因素對控制系統(tǒng)的影響的辦法。浙江省蘭溪市第三中學(xué)陳永新開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較⒈開環(huán)控制系統(tǒng)輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞的，它對輸出量的控制精度較低，但它具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。⒉閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸入量和輸出量之間還有一個反饋環(huán)節(jié)，它們形成了一條閉合回路。它對輸出量的控制精度較高，但它結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，主要用在要求較高精度和高可靠性的控制中。反饋：A定義：在控制系統(tǒng)中，將輸出量通過適當(dāng)?shù)臋z測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。B反饋方法：利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統(tǒng)的輸出來調(diào)整系統(tǒng)的行為，使系統(tǒng)沿著預(yù)期的目標(biāo)運(yùn)行的方法，稱為反饋方法。如普通電水壺將水加熱至沸騰時，需要人工關(guān)閉電源，而自動電水壺具有當(dāng)水沸騰時自動切斷電源的功能，這就是利用反饋方法實(shí)現(xiàn)自動控制的結(jié)果。浙江省蘭溪市第三中學(xué)陳永新把將要研究的系統(tǒng)作為黑箱，通過對系統(tǒng)輸入與輸出關(guān)系的研究，進(jìn)而推斷出系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能的方法，就是黑箱方法。黑箱方法就是通過觀測黑箱外部輸入信息（外部對黑箱的影響）和輸出信息（黑箱對外界的反應(yīng)），研究和認(rèn)識其功能、特性、結(jié)構(gòu)、機(jī)理。8功能模擬方法和黑箱方法(Ⅰ)以功能和行為的相似性為基礎(chǔ)，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法，就是功能模擬法。浙江省蘭溪市第三中學(xué)陳永新9控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案(Ⅱ)（1）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路實(shí)施控制系統(tǒng)所需的設(shè)備、元件等系統(tǒng)的成本分析控制系統(tǒng)的調(diào)試、運(yùn)行和評價控制系統(tǒng)的方案選擇分析被控對象的主要特征確定被控量、控制量……分析主要的干擾因素控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)明確控制的目的、對象浙江省蘭溪市第三中學(xué)陳永新①設(shè)計(jì)一個控制系統(tǒng)，是選擇開環(huán)控制還是閉環(huán)控制，應(yīng)根據(jù)對控制精度的要求以及條件的可行性而定。②在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，被控對象的特性往往難以直接得到，通常是通過了解被控對象的輸入與輸出之間的關(guān)系來分析它的基本特性，從而確定控制器的運(yùn)算方式(暗箱方法)。③一個控制系統(tǒng)中可能存在若干個干擾因素，需要分析主次，找出對系統(tǒng)影響最大的干擾因素。④被控量與控制量的確定是控制方案的關(guān)鍵，對于簡單控制系統(tǒng)，需要控制的量往往被確定為被控量，控制量應(yīng)選擇可控的、對抑制干擾因素和保持系統(tǒng)穩(wěn)定又明顯作用的量。⑤執(zhí)行器、檢測器的選擇：一是要根據(jù)被控量和控制量的需求，二是要根據(jù)控制的條件進(jìn)行。（2）開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)明確設(shè)計(jì)要求，明確被控對象、被控量和控制量后，即可考慮具體控制系統(tǒng)的方案。浙江省蘭溪市第三中學(xué)陳永新⑴聲控?zé)舻膬?yōu)點(diǎn)有哪些？⑵如果聲控?zé)舻母浇]有來人，而出現(xiàn)意外的聲響，如樓上或隔壁有人高聲說話或以動作發(fā)出聲響，靈敏度高的聲控?zé)粢矔?yīng)聲而亮。為避免這種情況你有什么好辦法？⑶畫出聲控?zé)舻南到y(tǒng)框圖。如圖是聲控?zé)粝到y(tǒng)組成示意圖，根據(jù)你的理解和認(rèn)識回答下列問題：答案提示：⑴關(guān)鍵詞：方便、節(jié)電。⑵把傳感器的靈敏度調(diào)小一點(diǎn)。⑶：浙江省蘭溪市第三中學(xué)陳永新（3）閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本要求：閉環(huán)控制系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的；系統(tǒng)的輸出量與給定值之差應(yīng)控制在允許的范圍之內(nèi)；要有較好的抗干擾性能。例：抽水馬桶水箱的自動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：A設(shè)計(jì)分析：被控對象是抽水馬桶的水箱，被控量是抽水馬桶水箱水位的高度，控制量是進(jìn)水管的水流量（進(jìn)水量）水箱水位的高度與進(jìn)水量之間呈線性關(guān)系。B控制過程：撥動沖水旋鈕，使出水閥打開，水箱沖水。與此同時，進(jìn)水閥打開，水箱進(jìn)水，直到指定水位時，進(jìn)水閥關(guān)閉。C方框圖：浙江省蘭溪市第三中學(xué)陳永新李明制作了方便小動物喝水的自動加水器，結(jié)構(gòu)如圖。工作過程是當(dāng)水龍頭打開，水就流入碗內(nèi)，碗內(nèi)的水位逐漸升高，浸沒到塑料管管口時，沒有空氣進(jìn)入密封的鐵桶，水龍頭停止出水；當(dāng)碗內(nèi)水位降低至塑料管管口以下，空氣從塑料管進(jìn)入鐵桶內(nèi)，水又流出來，使碗內(nèi)實(shí)際水位控制在管口位置。試分析其控制過程，完成下列問題：（1）該控