必修2 第四单元 控制及其设计-【导与练】2024高考通用技术一轮复习高中总复习第1轮教学课件PPT（浙江专用）

第四单元　控制及其设计 知识体系 一、控制的方式与应用 二、开环控制系统的工作过程 三、闭环控制系统的 工作过程 四、控制系统的设计与实施 一、控制的方式与应用 1.理解控制的含义 (1)控制的含义:事物的发展与变化具有多样性,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。 (2)控制的三要素:控制对象、控制目的和控制手段。 (3)控制的分类 从人工干预的情形来分:人工控制、自动控制。 ①人工控制:控制的过程是在人的直接干预或全程干预下进行的。 ②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朝着期望的方向进行。(注意:自动控制在有些情况下还是需要人动手输入目标指令) ③智能控制:智能控制是具有智能信息处理、智能信息反馈和智能决策的控制方式,它能在无人干预的情况下,自主地驱动智能机器实现控制目标。 教材解读 2.感知控制的应用 (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,使之能满足自身的需要。 (2)生产:生产中往往需要对温度、湿度、压力、速度及工件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。 (3)军事、国防:控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。例如,精密制导武器能够对目标进行精准打击,火箭能将人造卫星准确送入太空预定轨道。 二、开环控制系统的工作过程 1.理解控制系统 控制系统的含义:任何控制都要通过若干个环节来实现,这些环节所涉及的装置构成了一个系统,称为控制系统。 2.分析开环控制系统的工作过程 (1)开环控制系统的含义: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称为开环控制系统。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。 (2)开环控制系统的方框图如下: (3)开环控制系统的基本组成 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:控制系统中所要求控制的装置或生产过程。 输出量:控制系统所要控制的量。 三、闭环控制系统的工作过程 1.解析闭环控制系统的工作过程 (1)概念: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。 基本组成:与开环控制系统相比,闭环控制系统多了一个检测被控量的检测装置和比较器,其本质是闭环控制系统比开环控制系统多了一个反馈过程。 提示:当需要区分开环控制系统和闭环控制系统时,如果没有检测输出量(被控量)的控制系统一定是开环控制系统。例如,定时、报警之类的控制系统。 (2)简单闭环控制系统的方框图如下: (3)闭环控制系统的基本组成 检测装置:测量出被控量并返回到系统的输入端。 比较器:将给定量与所检测的被控量进行比较,求出偏差值。 控制器:将偏差值进行运算处理,并向执行器下达控制指令。 执行器:根据指令对被控对象进行控制,从而使被控量稳定在给定的范围内。 控制量:执行器的输出信号。 被控量:闭环控制系统的输出量。 2.辨析反馈在控制系统中的作用 (1)反馈的含义:在自动控制系统中,将输出量通过检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程。 反馈方法: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。 (2)干扰因素:在控制系统中,除输入量(给定值)以外,引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。干扰因素不仅是外界对控制系统的影响,同时也包括控制系统内部对控制的影响。 在一般控制系统中,干扰因素是需要克服的,在有些情况下,可以利用干扰因素实现某种目的。 注意以下几点: ①来源问题。有的干扰因素是环境造成的,如影响自行车行驶速度变化的自然风等;有的干扰因素是人为原因所致,如把电冰箱门打开取放物品对温度控制的影响,把抽水马桶的水放掉对水位控制的影响等。 ②数量问题。在控制系统中,干扰因素可能有一个,也可能有若干个。 ③处理问题。大多数控制系统在工作过程中必须克服干扰,使被控量稳定。如空调的温度控制系统是闭环控制系统,它能克服室外温度变化这一干扰。当室外温度升高时,空调监测出干扰引起的室内温度变化,通过启动压缩机降温来克服这一干扰,使室温保持稳定。 (3)闭环控制系统与开环控制系统的比较 项目 开环控制系统 闭环控制系统 定义 输出量不对系统的控制产生任何影响 输出量返回到输入端,对系统控制产生影响 有无反馈 无 有 能否自动调整和补偿 否 能 能否抗干扰 否 能 控制精度 比较低 高 结构 简单 相对复杂 适用场合 控制精度要求不高而系统本身的元件又比较稳定的场合 要求高精度和高可靠性的场合 (4)黑箱方法:把将要研究的系统作为“黑箱”,通过对系统输入与输出关系的研究,进而推