高二通用技术 第四章 闭环控制系统通用技术

⾼中通⽤技术课程开、闭环控制系统的区分2019-08-24在⾼中通⽤技术课程的《技术与设计2》中，我认为对学⽣来说，最⼤的重难点应该就是开环控制系统和闭环控制系统的判断与分析。

在教材中，对开、闭环控制系统分别是这样定义的：“控制系统的输出量不对系统的控制产⽣任何影响，这种控制系统称为开环控制系统；系统的输出量返回到输⼊端并对控制过程产⽣影响的控制系统称为闭环控制系统。

”从定义来看，闭环控制系统⽐开环控制系统多了⼀个检测输出量并返回输⼊端⽐较的过程，也就是反馈环节，因此，判断有没有反馈环节，就是我们区分开、闭环控制系统的⼀个最明显的标志，也是最确切的办法。

但是我发现学⽣在⾯对⼀个控制系统的时候，却经常不能很好地判定到底有没有反馈。

尤其有的同学经常把检测输⼊信号的装置当成了反馈环节中检测装置，以致把开环控制系统误判成了闭环控制系统。

⽐如⾃动门控制系统，系统中有⼀个检测装置，但这是⽤来检测有没有⼈站到门⼝的装置，⽽不是检测输出量并返回到输⼊端的装置。

因此，不能以此来判定这⾥有⼀个反馈环节，这是⼀个闭环控制系统。

在教学过程中，根据我⾃⼰对开、闭环控制系统的理解，我让学⽣可以再⽤以下⼏种⽅法来辅助区分这两者：1. 看输⼊量与输出量开、闭环控制系统的输⼊量与输出量之间都是有⼀定关系的。

⾸先，在不考虑⼲扰因素的情况下，开环控制系统的输⼊量与输出量应该是⼀⼀对应的。

⽽闭环控制系统系统则是⼀个输⼊量对应多个输出量；其次，因为闭环控制系统的输⼊量与输出量要在⽐较器中进⾏⽐较，所以必须是同⼀种量。

只要把握好这两种关系，我们就可以⽐较容易地判断出⼀部分开环控制系统。

⽐如，电风扇控制系统，⼀个挡位对应⼀个风速，改变挡位，风速就要随之变化，输⼊量与输出量不是同⼀种量且⼀⼀对应，这肯定是⼀个开环控制系统。

2. 看该系统的输出量是不是⾃动维持在某个状态上详细⼀点说，就是看这个系统在⼯作过程当中，⼀旦输出量发⽣了变化，会不会⾃动、及时地进⾏调整，把输出量维持在原来的状态上。

闭环控制系统的工作过程教材：普通高中课程标准实验教科书通用技术（必修2）章节：第四单元控制与设计第三节闭环控制系统的工作过程课时：第1课时一、核心素养目标(1)理解闭环控制系统的含义。

(2)通过实践体验，能分析闭环控制系统的基本组成和工作过程。

(3)通过案例分析简单的闭环控制系统，学会画闭环控制系统的方框图。

(4)能结合闭环控制系统的工作过程，分析反馈在控制系统中的作用及其基本原理。

(5)能结合案例分析影响简单控制系统运行的主要干扰因素。

二、教学重点学会分析闭环控制系统的基本组成及工作过程，并画出控制系统的方框图.三、教学难点掌握分析闭环控制系统的一般方法。

四、设计思想1. 教材分析本节课教学内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”的第三节“闭环控制系统的工作过程”。

在本节的学习中，学生要经历恒温箱控制系统的技术试验和分析过程，要站在工程设计的高度，应用系统分析方法与控制原理，解决生活中的实际问题，促使学生的系统思考和工程思维能力提升。

2. 教学策略设计（1）创设情境：以技术体验“搭建恒温箱控制系统”，引出课题。

（2）引导学生分析案例，概括出闭环控制系统工作过程，学会用方框图描述其控制过程。

（3）通过案例分析，认识反馈和干扰因素，能结合闭环控制系统的工作过程，分析反馈和干扰现象及其基本原理。

（4）通过巩固练习，引导学生总结、梳理重点。

五、教学准备1. 课件2.技术体验装置;恒温箱控制系统序号教学步骤教师活动学生活动1 情景导入走进情境：陈晨家住在北京，阳台上种植了许多植物。

冬天室外寒冷，陈晨想要设计一款恒温箱让阳台上的植物安全过冬。

创设情境，引出课题２任务一：解析闭环控制系统工作过程1. 搭建恒温箱控制系统技术体验：搭建恒温箱控制系统思考：恒温箱控制电路的工作状态取决于来自什么装置的信号？用方框图表示恒温箱控制系统的工作过程：设定→控制电路→制热或制冷模块→恒温器→实际温度温度检测装置在系统的输入量和输出量之间，除了从输入端到输出端之间，除了有从设定温度到实际温度的信息传递，还有一条从输出端返回到输入端的反馈环节，它们形成了一条闭合回路。

通用技术开环和闭环控制系统引言在现代工程领域，控制系统被广泛应用于各种设备和机器中，用于监测和调节系统的运行状态。

控制系统根据设定的目标值对系统进行控制，以使系统达到预期的工作状态。

在控制系统中，存在两种基本的控制策略，即开环控制和闭环控制。

本文将对开环控制和闭环控制的基本概念和技术进行介绍，并讨论它们在通用技术中的应用。

开环控制系统开环控制系统是一种基本的控制策略，它通过将输入信号直接传递给执行器来控制系统的输出。

在开环控制系统中，不考虑系统的实际输出和期望输出之间的差异，也不对实际输出进行测量和反馈。

因此，开环控制系统的控制效果主要依赖于输入信号和执行器的性能。

开环控制系统具有简单、稳定等优点，适用于一些简单且可预测的系统。

例如，开环控制系统经常应用于家用电器中，比如电磁炉和微波炉等。

在这些设备中，输入信号和执行器之间的关系相对简单，因此开环控制系统可以实现较好的控制效果。

然而，开环控制系统也存在一些缺点，例如对参数变化和噪声的鲁棒性较差。

闭环控制系统闭环控制系统是一种比较复杂的控制策略，它将系统的实际输出与期望输出之间的差异作为反馈信号，通过调节输入信号控制系统的输出。

闭环控制系统通过不断测量和反馈实际输出来实现对系统的精确控制，并具有较好的鲁棒性和适应性。

闭环控制系统通常包括传感器、控制器和执行器等组件。

传感器用于测量系统的实际输出，控制器根据实际输出和期望输出之间的差异计算调节量，执行器根据控制器的输出执行相应的操作。

闭环控制系统通过不断测量和反馈实际输出，使系统的输出逐渐趋近于期望输出，从而实现对系统的控制。

闭环控制系统在工业自动化、机器人技术等领域得到广泛应用。

例如，在自动驾驶车辆中，闭环控制系统可以通过传感器测量车辆的位置和速度，并根据目标路线和速度计算调节量，控制车辆的行驶方向和速度。

闭环控制系统的高精度和鲁棒性可以使自动驾驶车辆在复杂的交通环境中准确地执行各种操作。

开环和闭环的比较开环控制系统和闭环控制系统的选择取决于实际应用中的需求和要求。

高中通用技术课程开、闭环控制系统的区分
高中通用技术课程中，开环与闭环控制系统是密切关联的，它们扮演着不同的角色，是高中学生深入学习和理解通用技术课程的关键。

那么，它们之间有何区别呢？
开环控制系统是一种较为简单的控制系统，由输入信号和输出信号、控制模型和控制器组成，它提供了一种执行控制的基本方法，通过调整输入信号实现对输出信号的控制，从而实现对固有对象的控制，其优点在于由于结构简单，所以其传递时间较短，可以较为有效地实现控制。

而闭环控制系统则是一种更为复杂的控制系统，其实现控制的机制与开环控制系统大不相同，由输入信号、输出信号、控制模型、传感器、反馈信号、控制器及控制对象等组成，包含了开环控制系统所不具备的传感器和反馈信号组成部分，使其能够精确控制固有对象，能够较好地抵抗外界扰动。

总结而言，开环控制系统是结构较为简单而且传递时间较短，能够有效地实现控制；而闭环控制系统则拥有更复杂的结构，能够有效地抵抗外界扰动，实现更高精度的控制。

因此，熟悉开环与闭环控制系统的区别，对于高中生深入学习和理解通用技术课程大有裨益，具有重要的意义。

第四章控制与设计（一）本章重点知识阐述：（1）控制是人们根据自己的目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展。

这里所说的手段就是控制技术。

（2）简单的控制系统由两部分组成，即被控对象和控制装置。

其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括反馈环节和比较环节。

（3）闭环控制系统是信息流经一个闭合环路，在其系统中将输出信息反传给比较环节的做法，称之为反馈。

开环控制系统是信息总是自输入端单向传至输出端，不存在信息逆向流动，也就不存在闭环。

（4）干扰就是控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响，这种影响越小越好。

分析一个控制系统的干扰因素要分析控制系统易受到其外部环境或条件中的哪些因素的影响。

（5）控制系统的运行调试通常有以下几方面的内容，即：系统的试运行、系统参数的调整、其他问题的发现与解决。

（6）控制系统的评价与优化通常有以下几个方面内容，即系统方案的评价与优化，系统制作水平的评价与优化，系统的总体评价与优化等。

（二）基础知识再现：1、信息流经一个闭合环路，这类系统称之为。

此系统中将输出信息反传给比较环节的做法，称之为。

2、闭环控制系统与开环控制系统，是两类不同的系统。

从构成形式上看，二者的不同表现为。

从本质上讲，二者的不同在于。

3、简单的控制系统由两部分组成，即和。

其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括环节与环节。

4、开环控制系统的结构和原理比较简单，信息从输入端传到输出断，仅有一条路径。

它的最大缺点是不高；闭环控制系统的结构较为复杂，信息流经的路径有两条，它可以有较高的和较强的性能。

5、控制系统框图中，信息流经的路径叫做，对于闭环控制系统来说，有两个基本通道，那就是和。

6、在控制系统中，将控制器的信号转换成能影响被控对象的信号的装置，称为。

7、在人体温度控制系统中，皮肤相当于。

8、就是控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响。

开环控制闭环控制通用技术开环控制和闭环控制是控制系统中常用的两种技术手段，它们在不同的应用场景下具有各自的特点和优势。

本文将从开环控制和闭环控制的基本概念、原理、特点以及应用等方面进行探讨，旨在探究开环控制和闭环控制的通用技术。

一、开环控制的基本概念和原理开环控制（Open Loop Control）是指在控制过程中，输出信号不受系统的实际状态或反馈信息的影响，仅依靠预先设定好的控制策略进行控制。

开环控制不考虑系统的实际状态和误差，只根据预先设定的输入信号和系统模型进行控制。

开环控制的原理可以用以下简单的模型来描述：输入信号经过系统处理后，得到输出信号。

在开环控制中，输入信号和输出信号之间没有直接的联系，输出信号的质量和精度依赖于系统本身的性能。

二、开环控制的特点和应用1. 特点（1）开环控制简单直观，易于实现和调试；（2）开环控制没有反馈环节，不受外界干扰和系统变化的影响；（3）开环控制的稳定性和精度较低，容易受到误差积累的影响。

2. 应用（1）开环控制常用于一些简单的、不需要高精度的控制系统，如电风扇、电灯等；（2）开环控制也常用于一些实时性要求较高、但对控制精度要求不高的系统，如机器人的简单动作控制。

三、闭环控制的基本概念和原理闭环控制（Closed Loop Control），又称反馈控制，是指在控制过程中，输出信号通过传感器测量得到的反馈信息作为输入信号的一部分，用于调整和修正控制系统的工作状态。

闭环控制通过不断的比较实际输出和期望输出之间的误差，采取相应的控制措施来调整系统的工作状态，从而实现对输出信号的精确控制。

闭环控制的原理可以用以下简单的模型来描述：输入信号经过系统处理后，得到输出信号，并经过传感器测量得到的反馈信息与期望输出进行比较，计算出误差信号。

根据误差信号，控制系统采取相应的控制策略，调整系统的工作状态，使输出信号逐渐趋近于期望输出。

四、闭环控制的特点和应用1. 特点（1）闭环控制具有较高的稳定性和精度，能够有效抑制系统中的干扰和误差；（2）闭环控制能够适应系统的变化和外界的干扰，具有较强的鲁棒性；（3）闭环控制的设计和调试相对较复杂，需要对系统的动态特性进行建模和分析。