技术与设计复习提纲第四章控制与设计

第四单元控制与设计人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标开展，这就是控制。

自动控制是指在无人直接参与的情况下，使事物的变化准确地按照期望的方向进行。

有时，控制手段又可以综合的。

案例分析：从手摇扇到空调器P983、控制的应用：〔1〕生活：控制应用到生活中，提高了人们的生活质量，人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境，使之满足人们的需要。

〔2〕生产：生产中往往需要对温度、湿度、压力、速度及加工动作等进行控制，控制在生产中得到了极为广泛的应用。

控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响的控制系统。

例：红绿灯定时控制系统、防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统、红外线自动门控制系统、普通电风扇风速控制系统、可调光台灯控制系统等。

特征：系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递。

方框图：输入量：控制系统的给定量。

控制器：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。

执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件控制量：执行器的输出信号。

被控对象：控制系统中所要控制的装置或生产过程输出量：控制系统所要控制的量。

任何一种控制的实现，都要通过假设干个环节，这些环节构成一个系统，我们称之为控制系统。

一般的控制过程都有一个输入和一个输出，控制系统的输入输出之间有一定的对应关系。

控制系统一般分为开环控制系统和闭环控制系统。

控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统为开环控制系统。

开环控制系统在日常生活中用途很广。

如十字路口的红绿灯定时控制系统、楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统等。

案例分析：自动门的控制系统P103在控制系统中，为了分析的方便，常采用方框来表示系统的环节，用单向信号线来表示系统信号传递的方向，这种图称为控制系统的方框图，它表示了系统的各个环节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。

对于开环控制系统，通常可以用下面的方框图来描述：输入量即控制系统的给定量，如游泳池进水的设定时间；输出量〔被控量〕即控制系统所要控制的量，也是控制系统的输出信号，如游泳池的水位；被控对象即控制系统中所要求的装置或生产过程，如游泳池；执行器即直接对被控对象进行控制的装置或元件，如进水阀门；控制器即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件，如控制电路；控制量即执行器的输出信号，如流过阀门的水量。

必修二《第四章控制与设计》学习材料学习目标和要求：⒈积极观察生活，能从生活中所遇到的和所观察到的事物中识别各种受控现象和受控过程，理解控制的含义。

⒉能够分析典型的案例，了解手动控制和自动控制，熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程。

⒊通过案例分析，能画出一个简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器的作用，熟悉反馈环节的作用。

⒋通过案例分析，找出并分析影响简单控制系统运行的主要干扰因素，了解功能模拟方法和黑箱方法在控制系统中的应用。

⒌结合一定的案例，了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，划出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计方案。

⒍能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置，或根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。

（导入）：我国古代有一种靠风力来推动的风磨，当风力强的时候，磨盘就转得快，当风力弱的时候，磨盘就转得慢。

那么，怎样才能根据风力的大小，往磨盘上添加谷物呢？对此，人们设计了一个漏斗：当风磨转动慢的时候，这个漏斗会自动地缩小漏口，使少量的谷物流进磨盘；当风磨转动快的时候，这个漏斗会自动地张大漏口，让较多的谷物流进磨盘。

这个巧妙的漏斗在今天看来，是一个古老的控制装置，体现了人们认识并利用控制现象的久远。

事实上，控制并不是人类的天外来客，它渗透在我们生产和生活的方方面面。

理解控制、善于控制，已经成为我们每个人日常生活中不可或缺的基本能力。

一、控制及控制系统1 控制人们根据自己意愿或目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制（control）。

这里所说的手段就是控制技术。

如：射手通过瞄准使箭射中靶心；人们通过电冰箱获得适当的温度，使食物能够长期存放；先进的生产流水线通过计算机的指挥实现自动化生产等。

注意：理解任何控制现象，都要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。

第四章 控制与设计致同学们：本章知识点是技术课程中最重要的考点之一，也是最难的，几乎每年的高考题都会考查到此章内容，所以同学们在学习本章知识的时候，要严格按照老师设定的目标、要求进行学习，老师所列举的例子要弄透彻，习题要弄明白，切不可疏忽大意。

一、控制的概念（理解）：人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，就形成了控制，这里所说的手段就是控制技术。

现代控制技术通常是指自动控制技术。

二、典型控制系统系统分析（透彻理解其过程）：1．自动门（是开环控制系统，要熟悉）：自动门的动作过程：当门口没有人时，门是关着的；当有人来到门口时，门打开；当人离开门口后一段时间，门又关闭。

自动门的功能：（1）无人时，常关；（2）有人时，开门。

技术要求：（1）当人距门1m 时，门即打开；（2）门打开后，延时10s 后关门。

系统组成：①门；②电动机；③控制器；④传感器。

工作过程：（1）当有人到达门前某一距离（如1m ）时，传感器感知，并发出“有人”的信号；（2）控制器接到传感器传来的信号后，经变换放大后传给电动机（这里的电动机叫做执行器，也称为驱动器）；（3）电动机根据传来的开门信号转动，门被打开（这里的门叫做被近代对象，也称为控制对象，简称对象）；（4）控制器保持开门信号延时（如10s ）后，自动发出关门信号，电动机反转，门重新关闭。

用图表示如下：在上图中，从左往右看，当门口有人时，即有输入，传感器感知并形成信号。

信号先后经过控制器、电动机的变换与传递直到把门打开，叫做有输出（门动作，打开）。

没有人，则无输入，不发生信号传递，当然没有输出（门无动作，常关）。

在这里，有人，就是有了一种信号。

它作用于传感器，便是通过传感器给系统以输入。

这种输入信号、输入作用，我们称为输入。

系统在输入的作用下，被控对象（这里指自动门）对输入产生相应的响应。

如有人时，门就被打开。

门打开，就是输入信号、输出作用，简称输出。

《通用技术》复习九：第四单元控制与设计高二（）姓名号次基本内容：1．人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制。

从控制过程中人工干预的情形来分，控制有人工控制和自动控制。

2．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。

把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。

控制系统的工作过程通常可以用方框图来表示。

3．在控制系统中，除输入量以外引起被控量变化的各种因素，就是干扰因素。

4．以功能和行为的相似性为基础，用‘模型’、模拟‘原型’的功能和行为的方法就是功能模拟方法；通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，就是黑箱方法。

5．控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程就是反馈。

利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法，称为反馈方法。

一、控制的手段和应用1．控制系统中属于自动控制系统的是：（）A．按钮开关控制 B．普通自来水龙头C．花房恒温度控制D．汽车驾驶2．普通家用自行车的刹车控制属于：（）A．机械控制 B．气动控制 C．液压控制 D．电子控制3．家用压力锅实现压力自动控制的部件是①锅盖②密封圈③安全阀④重锤（ ）A．①②③ B．①②④ C．③④ D．①②③④二、控制系统的工作过程与方式4．按时间顺序进行控制的“交通路口红绿灯控制系统”系统中被控对象是（）。

A．控制电路　B．红绿灯 C．开关装置 D．路面车辆5．根植于历史文化名城泉州的提线木偶戏古称“悬丝傀儡”,又名“丝戏”,民间俗称“嘉礼”,乃流行于闽南语系地区的古老珍稀戏种，在提线木偶的控制过程中控制对象是（ ） A．手 B．提绳 C．木偶 D．大脑6．自动门控制系统的组成是（ ）A．门、控制对象、传感器 B．控制对象、门、控制器、传感器C．控制对象、执行器、控制器、传感器 D．门、驱动器、传感器、控制对象7．投篮的过程中，控制量是：（ ）A．篮框的位置 B．投篮的力度、角度 C．篮球的落点 D．以上皆是8．自行车刹车控制过程如下：刹车时，施加一定的握把力，通过杠杆系统，使刹车片压紧车圈（或轮轴），车轮减速。

第二节 控制系统的工作过程与方式（一）引入新课：日常生活中的控制举例： A.拔动教室电灯开关，灯的亮与不亮与手动有关。

B.声光感应开关，当有声音时灯亮。

C.红外感应出水龙头，手靠近水龙头出水，离开则不出水。

D.宾馆自动门，当有人进入，门自动打开。

E.当手靠近自动烘手机时，机器启动；当手离开时，机器关闭。

（是靠着红外线感知手的靠近过程，没有人用的时候，鼓风机和加热电炉丝都自动切断了电源。

当手的温度在红外传感器监视范围之内的时候，烘手机就启动。

）归纳抽象以上活动的特征：一个输入信号（如手拔开关）对应着一个输出信号（如灯亮或不亮）。

（二）新课教学： 1、控制系统：【案例分析】自行车行驶的速度控制是通过脚蹬、曲柄、链轮、中轴、链条、飞轮等部件来实现。

一般的控制过程都有一个输入和一个输出。

任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节构成一个系统，我们称之为控制系统。

控制系统的输入输出之间有一定的对应关系。

【马上行动】指出表中所列事例是否属于控制系统，如果是控制系统，请指出系统的输入、输出分别是什么？控制系统一般分为开环控制系统（open loop control system ）和闭环控制系统（closed loop control system ）。

2、开环控制：【阅读课本】普通游泳池注水控制系统控制过程游泳池注水控制系统中，如果进水管单位时间的水流量一定，那么游泳池水位的高低与进水的时间一一对应。

我们可以利用定时器来控制进水阀门的开启与关闭。

为了分析控制系统的方便，我们可以使用方框来表示系统的环节，用单向箭头（单向信号线）来表示系统信号传递的方向。

这样画出的控制系统的方框图可以表示系统的各个环节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。

定时器对输入的注水时间进行处理并发出控制命令，控制进水阀门往游泳池里面的注水量。

【案例分析】自动门的控制系统：自动门系统由四个子系统组成：传感器、控制器、执行器（电动机）、被控对象（门）。

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。

通用技术必修《技术与设计2》第四章控制及其设计一、单元基本信息二、单元教学整体规划1、主题名称控制及其设计——无接触手部消毒控制系统的设计2、主题概述控制是一门综合性学科，控制和控制系统在人们的生活和生产中有广泛应用，疫情背景下本单元以无接触手部消毒控制系统的设计为载体，学习控制及其设计的知识，了解不同种类的控制，理解控制系统中控制的目标、控制的过程和控制的机制等的含义，有助于发展良好的逻辑思维及运用控制方法解决问题的能力。

3、单元教学设计意图兼顾理论学习与实践应用，应用所学的控制知识设计制作无接触手部消毒控制系统，并结合所学知识进行优化，培养通用技术学科核心素养：技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力。

三、单元内容分析1.单元内容本单元作为《技术与设计2》的结束单元，是在《技术与设计1》中学习设计的相关知识，经历了完整的设计过程后，再结合结构及其设计、流程及其设计、系统及其设计的相关知识，升级设计理念，运用控制方法解决实际问题。

2.单元项目实施《无接触手部消毒控制系统的设计》在《控制及其设计》的第一节课《了解控制》即可创设情境，抛出设计任务，了解其中的控制现象；然后分析其控制的实现需要哪些组成部分、控制如何一步步实现；接下来让学生尝试进行设计；设计、制作中难免遇到问题，设法去解决；设计制作完成进行测试，发现干扰因素并尝试消除。

整个项目活动过程串连了《了解控制》、《控制系统的组成和描述》、《简单控制系统的设计》、《控制中的干扰》，学生得到的不再是“点”状、“碎片式”的知识，他们的眼中不再是一棵棵树木，而是整片森林。

四、学习者分析控制是生活中常见的技术现象，在此之前学生没有从技术理论层面分析和理解。

在学习了《技术与设计1》和《技术语设计2》前三章的内容，学生对结构、流程、系统的相关知识有一定的储备，学生学习控制的不同类型、控制系统的组成和描述相对较容易，但学会用控制方法解决实际问题存在一定困难。