1、第四章 控制與設(shè)計(jì) 第一節(jié) 了解控制,一、為什么需要控制,事物的發(fā)展與變化具有多樣性。,例如: 下雨,下雪,事物發(fā)展的結(jié)果可能是人們預(yù)先期望的，也可能是與預(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)到某一特定的目的，就必須運(yùn)用適當(dāng)?shù)氖侄蝸韺?shí)現(xiàn)。,魚塘： 成熟的西瓜： 流行性病毒：,指出下列事物發(fā)展與變化的多種可能性：,事物的發(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)到某一特定的目的，就必須借助適當(dāng)?shù)氖侄蝸韺?shí)現(xiàn)。,馬上行動(dòng),干涸,溢出水,其中的魚可能多而肥，可能少而弱,被摘下吃掉,榨汁,爛掉,傳染人群使人發(fā)病,被人的抵抗力所戰(zhàn)勝,通過預(yù)防和綜合

2、治理而被控制,二、控制的手段,大禹治水,思考：大禹治水過程中，通過什么手段實(shí)現(xiàn)了什么樣的目的？,案例分析,大禹是中國古代的傳奇英雄人物，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)，接受舜的命令進(jìn)行治水。大禹治水，一改其父“以塞而阻水”的方法，以疏通河道、泄洪為主，經(jīng)過13年的努力，終于“洪波安息”、“水患大治”。 思考：大禹治水的過程中，通過什么 手段實(shí)現(xiàn)了什么樣的目的？舉出生活 中通過某些手段實(shí)現(xiàn)特定目的的事例。,大禹治水,控制是根據(jù)自己的目的，通過一定的手段使事物沿

3、著某一確定方向發(fā)展的行為和過程。,控制的含義,汽車的傳動(dòng)系統(tǒng),1、控制的對象是什么,理解控制現(xiàn)象，需要明確：,2、控制要達(dá)到什么目的,3、采取什么控制手段,三、控制是普遍存在的,洪水,安息洪波、大治水患,疏通河道，泄洪為主,電風(fēng)扇扇葉,調(diào)節(jié)速度,換擋,人力三輪車,改變?nèi)嗆囆旭偟姆较?雙手轉(zhuǎn)動(dòng)車把,馬上行動(dòng),請同學(xué)們說說你在生活學(xué)習(xí)中所見到的應(yīng)用控制的事例。,學(xué)校：學(xué)校的音樂鈴聲、多媒體教學(xué)系統(tǒng)、自動(dòng)噴泉等。 家庭：冰箱、電飯煲、微波爐等。 社會(huì)：交通信號燈、電子警察、電梯、程控電話交換機(jī)等,控制的實(shí)現(xiàn)需要通過一定的手段。從控制過程中人工干預(yù)的情形來分，控制有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。,1、手動(dòng)控制

4、,概念：控制系統(tǒng)必須在人的直接干預(yù)下才能完成控制任務(wù)。 特點(diǎn)：有人直接干預(yù)。,電梯,木 門,風(fēng) 扇,遙控模型,手動(dòng)沖床,開車,2、自動(dòng)控制,概念：在控制的過程中不需要人的干預(yù)，就可按期望規(guī)律或預(yù)定程序進(jìn)行的控制系統(tǒng)。 特點(diǎn)：不需要人的直接干預(yù)。,以前在烈日炎炎的夏天，人們用手搖芭蕉扇扇風(fēng)消暑。 隨著電風(fēng)扇的產(chǎn)生，人們消暑納涼的手段得到了改進(jìn)。電風(fēng)扇的葉片裝在電機(jī)的軸上，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)葉片一起轉(zhuǎn)動(dòng)從而產(chǎn)生風(fēng)，達(dá)到消暑的目的。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)50年代，人們發(fā)明了空調(diào)器。空調(diào)器利用制冷機(jī)進(jìn)行制冷，使室內(nèi)溫度恒定在人們所設(shè)定的溫度值，從而達(dá)到降溫消暑的目的。,手搖扇,電風(fēng)扇,空調(diào)器,手搖

5、扇子產(chǎn)生風(fēng),電機(jī)帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生風(fēng),自動(dòng)調(diào)溫,手動(dòng),手動(dòng)控制,自動(dòng)控制,案例分析：從手搖扇到空調(diào)器,自動(dòng)門,太陽能路燈,自動(dòng)扶梯,自動(dòng)洗車,下列哪些是自動(dòng)控制？哪些是人工控制？,馬上行動(dòng),自發(fā)電手電筒,人工控制,試一試：分析下列控制現(xiàn)象是自動(dòng)控制還是人工控制： （1）搖動(dòng)轱轆，提取井水； （2）用氣筒給自行車的輪胎充氣； （3）電梯的上下運(yùn)行控制； （4）農(nóng)用灌溉抽水機(jī)抽水的控制。,現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)家電,生活,自動(dòng)控制,汽車自動(dòng)裝配生產(chǎn)線,工業(yè)生產(chǎn),汽車油漆,自動(dòng)控制,農(nóng)業(yè)生產(chǎn),水 車,自動(dòng)控制,溫室,自動(dòng)控制,農(nóng)田灌溉,電源,控制室,水泵,自動(dòng)控制,農(nóng)田灌溉,折射式微噴,射流式微噴,錘式微灌,自動(dòng)

6、控制,課后思考,自動(dòng)控制技術(shù)在各行各業(yè)的應(yīng)用，一方面減輕了人的勞動(dòng)強(qiáng)度，解放了勞動(dòng)生產(chǎn)力，另一方面也可能造成失業(yè)人數(shù)增加。對此，你有什么看法？,1、控制的涵義 （明確對象、目的、手段） 2、手動(dòng)控制和自動(dòng)控制,小結(jié)：,開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng) 小試驗(yàn)1：閉上眼睛寫“控制系統(tǒng)”四個(gè)字,輸入量：,老師的指令,輸出量：,所寫的字,“閉上眼睛寫字”的控制過程方框圖,1、閉著眼睛畫： 人腦控制手畫鼻子：人腦手鼻子 控制過程中，沒有反饋環(huán)節(jié)，不能對控制結(jié)果加以修正、調(diào)節(jié)。是個(gè)單程的控制流向。這種控制，稱為開環(huán)控制。,分析原因：,2、睜著眼睛畫： 人腦控制手畫鼻子，在此過程中，眼睛可以把手的位置及畫的效果及時(shí)反饋

7、給大腦，使得大腦準(zhǔn)確精細(xì)的控制手去畫好鼻子?？刂七^程中有反饋環(huán)節(jié)可以把控制結(jié)果反饋給人腦，控制流向形成了閉合回路。這種控制稱為閉環(huán)控制。 人腦手畫鼻子 | |眼睛|,一、控制系統(tǒng),自行車傳動(dòng)系統(tǒng)由哪些部件構(gòu)成？,腳蹬、曲柄、鏈輪、中軸、鏈條、飛輪等,一、控制系統(tǒng),電風(fēng)扇的風(fēng)速控制是通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的。給電風(fēng)扇設(shè)定風(fēng)速擋位，電機(jī)就以一定的轉(zhuǎn)速帶動(dòng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出預(yù)定的風(fēng)速。風(fēng)速擋位是該控制系統(tǒng)的輸入，扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)速是該控制系統(tǒng)的輸出，一個(gè)擋位對應(yīng)著一個(gè)風(fēng)速。,一、控制系統(tǒng),電風(fēng)扇風(fēng)速的檔位,電機(jī)、扇葉,風(fēng)速,任何一種控制的實(shí)現(xiàn)，都要通過若干個(gè)環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)的有機(jī)組合就構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng)，稱為控

8、制系統(tǒng)。,控制系統(tǒng)的輸出與輸入之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。,馬上行動(dòng)：請指出下列控制系統(tǒng)中的輸入、輸出分別是什么？,調(diào)速器或擋位,風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速,電源的電信號,鍋內(nèi)的溫度,電源的電信號,脫粒的量,人手的紅外信號,水龍頭的出水量,開環(huán)控制系統(tǒng),在游泳池注水控制系統(tǒng)中，如果進(jìn)水管單位時(shí)間的水流量一定，那么游泳池水位的高度與進(jìn)水的時(shí)間是一一對應(yīng)的。我們就可以通過設(shè)定注水時(shí)間，使游泳池的水位達(dá)到希望的高度。將注水的時(shí)間值（假設(shè)為2小時(shí)）設(shè)定到定時(shí)器中，開啟進(jìn)水閥注水，一旦時(shí)間到達(dá)，定時(shí)器就會(huì)通知進(jìn)水閥門關(guān)閉，停止向游泳池注水。,分析：,游泳池的水位只受設(shè)定的注水的時(shí)間控制，這里，作為輸入的設(shè)定的注水時(shí)間可以計(jì)算

9、，稱為輸入量；作為輸出的游泳池的水位可以用水面高度這樣的量來計(jì)算，稱為輸出量。,設(shè)定注水的時(shí)間,定時(shí)器,進(jìn)水閥門,游泳池,游泳池的水位,輸入,輸出,水流量,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，這種控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。,開環(huán)控制系統(tǒng),案例分析,紅外裝置是否檢測到人體熱輻射發(fā)出的信號,控 制 電 路,電 機(jī),自 動(dòng) 門,門的開啟或關(guān)閉,轉(zhuǎn)動(dòng),輸入,輸出,請畫出下列開環(huán)系統(tǒng)的方框圖,1、電視搖控器的控制系統(tǒng) 2、樓道聲控?zé)舻目刂葡到y(tǒng) 3、電動(dòng)車的防盜報(bào)警系統(tǒng),生活中還有哪些開環(huán)控制系統(tǒng)？要求學(xué)生應(yīng)用一般開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖畫出以下控制系統(tǒng)的控制方框圖。,公共汽車車門控制系統(tǒng)。 紅

10、綠燈定時(shí)控制系統(tǒng)。 防盜報(bào)警系統(tǒng)。 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。 音樂噴泉控制系統(tǒng)。 鬧鐘定時(shí)控制系統(tǒng)。 自動(dòng)烘手機(jī),二、閉環(huán)控制系統(tǒng),水箱的水位自動(dòng)控制示意圖,閉環(huán)控制系統(tǒng)就是把系統(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)。,簡單閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖如下：,案例分析：空調(diào)器溫度控制系統(tǒng),炎炎夏日，人們采取各種消暑措施消暑，空調(diào)是第一選擇。那么，空調(diào)器是如何控制溫度的呢？它的工作過程又如何呢？ 如設(shè)定溫度為25oC，室內(nèi)溫度如果高于25oC，那么空調(diào)通過比較，控制電路發(fā)出信號促使壓縮機(jī)進(jìn)行工作；當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，控制電路發(fā)出信號，壓縮機(jī)停止工作，風(fēng)扇照常工作。因此，空調(diào)溫度控制系統(tǒng)中有從輸出端返回到輸入端的信息反饋，它是閉環(huán)控制系統(tǒng)。,問題：根據(jù)空調(diào)器的工作過程，試畫出其溫度控制系統(tǒng)的方框圖。,空調(diào)器溫度控制系統(tǒng)方框圖如下：,馬上行動(dòng)：判斷下列