第四单元 控制及其设计（复习课件）通用技术苏教版2019必修2

第四单元 控制及其设计 第四单元 复习课件 苏教版2019必修2 目录 1 单元 学习目标 2 单元知识图谱 3 考点串讲 4 题型剖析 5 针对训练 6 课堂总结 单元学习目标 通过分析案例，阐述控制的含义，辨析人工控制、自动控制、智能控制的特点。 一 通过技术体验活动，理解控制系统，熟悉简单开环控制系统的基本组成和工作过程，辨析开环控制系统的特征。 通过实践体验，熟悉闭环控制系统的基本组成和工作过程，学会画闭环控制系统的方框图。 二 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。 能够设计控制系统的方案，并搭建一个控制系统装置或模型。 三 控制及其设计 4.2开环控制系统的工作过程 4.1控制的方式与应用 单元知识图谱 4.3闭环控制系统的工作过程 4.4控制系统的设计与实施 理解控制的含义 感知控制的应用 控制的概念 控制的分类 控制目的、控制对象、控制手段 人工控制、自动控制、智能控制 生产、生活、军事、国防…… 理解控制系统 分析开环控制系统工作过程 控制系统概念 开环控制系统概念、方框图 解析闭环控制系统工作过程 闭环控制系统概念、方框图 辨析反馈在控制系统中的作用 反馈、干扰因素、黑箱方法 探究控制系统的设计要素 设计要素 开环控制系统的设计 设计与实施校园雨水收集池水位控制系统 闭环控制系统的设计 考点串讲 4.1控制的方式与应用 （一）理解控制的含义 1、控制的概念 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。 控制三要素：____________、____________、____________。 控制需要通过一定的方式或手段来实现。 2、控制的分类 从控制过程中人工干预的情形来分，控制可分为___________、____________、____________。 控制的对象 控制的目的 控制的手段 人工控制 自动控制 智能控制 考点串讲 4.1控制的方式与应用 （二）感知控制的应用 控制在生活中应用广泛。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。 例如：银行的自动取款机、红外线自动水龙头…… 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。 控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。 考点串讲 4.2开环控制系统的工作过程 （一）理解控制系统 报警控制装置中，水位是该控制装置的输入，通过水位传感器将信息传送到控制器；当水位达到报警值时，控制器输出信号到报警器，发出声光报警。这样一个系统称为控制系统。 控制系统：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__________。控制系统的____________之间有一定的对应关系。 控制系统 输出与输入 考点串讲 4.2开环控制系统的工作过程 （二）分析开环控制系统工作过程 1、定时浇水系统方框图 将时间设定到定时浇水控制系统的定时器中，到了设定时间就自动接通水泵，开始往水管里抽水，通过调节定时器通电时长，控制滴到植物土壤中的水量。 _________________是输入量，______________是输出量。在控制系统中，为了方便分析，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。 定时器设定的时间 水管的出水量 考点串讲 4.2开环控制系统的工作过程 （二）分析开环控制系统工作过程 2、开环控制系统 开环控制系统：____________________________________________，这种控制系统称为开环控制系统。 输入量即控制系统的给定量；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；被控对象即控制系统中所要求控制的装置或生产过程；执行器即直接对被控对象进行控制的装置或元件；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；控制量即执行器的输出信号。开环控制系统在日常生活中的用途很广。 控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响 考点串讲 4.3闭环控制系统的工作过程 （一）解析闭环控制系统工作过程 在土壤湿度控制系统中，输入信号是设定的土壤湿度。湿度传感器检测到的土壤湿度信号返回到控制系统的输入端，通过一个具有计算功能的装置（比较器），与给定湿度值作比较。当实际湿度比设定湿度低时，控制器控制电磁阀打开，给植物浇水；当实际土壤湿度达到设定的土壤湿度时，控制器发出信号关闭电磁阀，停止浇水。 该浇水自动控制系统的方框图如所示： 考点串讲 4.3闭环控制系统的工作过程 （一）解析闭环控制系统工作过程 我们把________________________________________________________称为闭环控制系统。 检测装置测量出被控量并返回到系统的输入端； 是比较器，它将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值；控制器将这一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。 与开环控制系统相比，_____________________________________________。 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 ⊗ 闭环控制系统多了一个由检测装置组成的反馈通道 考点串讲 4.3闭环控制系统的工作过程 （二）辨析反馈在控制系统中的作用 1、反馈 在自动控制系统中，___________________________________________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。 在带有反馈的控制系统中，既存在由输入端到输出端的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，带有反馈的控制系统就是前面所述的闭环控制系统。 在工程中，反馈控制是自动控制中不可缺少的形式。 将输出量通过检测装置返回到输入端并与输入量 考点串讲 4.3闭环控制系统的工作过程 （二）辨析反馈在控制系统中的作用 2、干扰因素 在控制系统中，除输入量（给定量）以外，________________________都可以视为干扰因素。 有的干扰因素是环境造成的，如冬天使用电饭锅做饭比夏天更加费电；有的干扰因素是人为原因所致，如当电饭锅在保温状态时，频繁地打开锅盖并将冷的食物放入锅中等。 在控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个。 对于大多数控制系统，在工作过程中必须克服干扰，使被控量稳定。 在一般控制系统中，干扰因素是需要克服的。而在有些情况下，却可以利用干扰因素实现某种目的。 引起被控量变化的各种因素 考点串讲 4.3闭环控制系统的工作过程 （二）辨析反馈在控制系统中的作用 3、闭环控制系统与开环控制系统的比较 考点串讲 4.3闭环控制系统的工作过程 （二）辨析反馈在控制系统中的作用 4、黑箱方法 在生活中，有时我们需要认识的对象内部无法打开或不便打开，这时，可以通过_______________________________来推测其内部的特性和功能。人们没有打开物体直接观看内部结构，而是通过观察外部形态或做试验等方法来认识事物。 黑箱方法：这种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，进而推断出_____________________的方法，就是黑箱方法。 黑箱方法提供了一种不必打开系统就可以研究其内部结构和功能的方法。 观测和考察它的输入与输出的关系 系统内部结构及其功能 考点串讲 4.4控制系统的设计与实施 （一）探究控制系统的设计要素 1、设计要素 设计一个控制系统应该明确这个系统要达到的目的是什么；所要控制的对象是什么；被控对象有哪些重要的特性；被控量和控制量分别是什么；外界的主要干扰因素有哪些；选择怎样的设计方案既能达到目的，又经济、易于实现；如何选择设备和元件；……。 总之，能达到控制的目的，采用易于实现的控制方式，降低控制成本，减少对环境的负面影响等，是进行控制系统设计必须考虑的基本问题。 控制系统的设计方案，还包括画出必要的设计图纸（控制电路设计或系统结构设计）和实施图纸、撰写设计说明书等。 考点串讲 4.4控制系统的设计与实施 （一）探究控制系统的设计要素 2、开环控制系统的设计 开环控制系统的设计相对比较简单，在明确___________________________和______后，即可考虑具体控制系统的方案。 设计要求、被控对象、被控量 控制量 考点串讲 4.4控制系统的设计与实施 （二）设计与实施雨水收集池水位控制系统 闭环控制系统的设计 闭环控制系统用于实现不同的控制目的，要求往往也不一样。对于简单的闭环控制系统，有以下基本要求： 第一，一个闭环控制系统要正常工作，首先________________。 第二，控制系统的___________必须符合要求，即系统的输出量与给定量之差应控制在允许范围之内。 第三，闭环控制系统应有__________________。 在进行闭环控制系统的设计时，几项控制要求之间往往会产生矛盾，需要结合具体问题全面解决或有所侧重地解决。 必须是稳定的 控制精度 较好的抗干扰性能 考点/题型剖析 1.（2025高二下·浙江·学业考试）如图所示是某微电脑自动供水压力控制系统。其工作过程：当压力表检测到压力罐压力不足时，微电脑自动控制器控制潜水泵将深井的水抽入压力罐，使压力罐达到设定压力值，从而保证恒压供水。请根据示意图和描述完成以下小题。 考点/题型剖析 （1）下列关于该微电脑自动供水压力控制系统的说法中不合理的是（   ） A．该系统的目的是实现压力罐的供水恒压控制 B．止回阀泄漏会导致压力罐压力控制失常，体现了系统的整体性 C．设计时，需要计算分析生活用水量与潜水泵功率之间的关系，体现了系统分析的科学性原则 D．生活用水情况是该系统优化的影响因素 答案：D 详解：生活用水情况不是该系统优化的影响因素，说法错误，其他选项说法都是合理的，故选D。 考点：系统的基本特性、系统分析的主要原则、干扰因素 考点/题型剖析 （2）以压力罐作为被控对象，下列关于该控制系统的说法中合理的是（   ） A．该控制系统采用了开环控制的方式 B．压力表检测控制系统的输入量 C．潜水泵是控制系统的执行器 D．生活用水量突变，影响了控制系统的输入量，不是干扰因素 答案：C 详解：潜水泵是控制系统的执行器，说法正确，其他选项说法都是不合理的，故选C。 考点：系统的基本特性、系统分析的主要原则、干扰因素 考点/题型剖析 2.（2025·浙江·高考真题）如图所示的激光除草车中，激光除草系统主要包括计算机、摄像机和激光器等，其工作原理是：计算机根据摄像机获取的图像信息，辨识出杂草并计算其位置，据此控制电机调整激光的角度，并通过继电器控制激光器发射激光将杂草烧焦，完成除草。请根据描述完成下面小题。 考点/题型剖析 （1）下列关于激光除草系统的分析中不恰当的是（   ） A．摄像机的分辨率会影响该系统除草的准确性，体现了系统的环境适应性 B．摄像机的拍摄速度与计算机的运算速度需要匹配，体现了系统的相关性 C．设计时经过计算和试验确定激光器的功率，体现了系统分析的科学性原则 D．设计时在保证除草效果的前提下，还考虑了提高速度、降低成本等目标，体现了系统分析的综合性原则 答案：A 详解：A选项部分影响整体，属于整体性。 考点：开环控制系统、系统的基本特性、系统分析的主要原则 考点/题型剖析 （2）关于激光除草系统，下列从控制系统角度进行的分析中恰当的是（   ） A．杂草为被控对象 B．计算机的输出信号是控制量 C．控制方式属于开环控制 D．计算机辨识不出的杂草属于干扰因素 答案：C 详解：被控对象是激光器，A错误：控制量是执行器的输出信号，而计算机是该控制系统的控制器，B错误；该控制系统的控制信号是单向传递的，其控制过程不存在反馈，它的控制方式属于开环控制，C正确；计算机辨识不出的杂草影响的是系统的输入量，它不是干扰因素，D错误，本题选择C。 考点：开环控制系统、系统的基本特性、系统分析的主要原则 考点/题型剖析 3.（2025高二下·浙江·学业考试）如图所示为货物自动整理控制系统，包含输送子系统和自动码垛子系统，其工作过程是：大小不一的货物交错排列在输送带上，当货物到达指定位置时，输送带停止，摄像头将拍摄到的物品图像信息传送到PLC工控机，工控机计算分析后控制机械手运转，将货物按照形状大小分别放置于相应的塑料托盘上进行整齐堆叠。请完成以下小题。 考点/题型剖析 （1）下列关于该货物自动整理控制系统的设计与分析中恰当的是（   ） A．系统分析是一种经验决策方法，常用数学模型和框图模型进行系统分析 B．输送带的设计和生产规范是优化该系统的影响因素 C．设计该系统时，既要考虑工控机，又要考虑机械手，体现了系统分析的综合性原则 D．在优化该系统的控制精度和速度时，摄像头的拍摄分辨率主要对控制精度产生影响 答案：D 详解：在优化系统的控制精度和速度时，摄像头的拍摄分辨率主要对控制精度产生影响，说法恰当，而其他选项说法都不合理，故选D。 考点：系统的优化、了解控制、系统分析的主要原则 考点/题型剖析 （2）下列关于自动码垛子系统控制的分析中合理的是（   ） A．控制方式是闭环控制 B．摄像头拍摄到的货物图像信息是输入量 C．控制量是PLC工控机发送给机械手的控制指令 D．机械手上的零件生锈老化不属于干扰因素 答案：B 详解：在自动码垛子系统控制分析中，摄像头拍摄到的货物图像信息是输入量，正确，故选B。 考点：系统的优化、了解控制、系统分析的主要原则 针对训练 1.如图a所示是某自动对位控制系统的示意图。其工作过程：摄像机连续获取被测物体的实时位置信息（如图b所示），工控机将接收到的位置信息不断与设定位置进行比较，计算出被测物体的偏移值，控制平台驱动器驱动平台移动和转动，使被测物体运动到设定位置（如图c所示）。下列关于该自动对位控制系统分析中正确的是（   ） A．控制量是被测物体的偏移值 B．该系统属于闭环控制系统 C．摄取像机用来获取输入量 D．被控量是设定位置 B 详解：该控制系统的控制目的是使被测物体运动到设定位置，即被控对象为被测物体，被控量为其实际位置，D错误。系统中存在摄像机检测被测物体的实际位置（被控量）与设定位置（输入量）比较，即存在反馈，故为闭环控制系统，B正确，C错误。平台驱动器控制被测物体位置，故其为执行器，其移动和转动为控制量，A错误。 针对训练 2.小明家安装了一台电热水器。如图所示是电热水器温度自动控制系统的示意图，当热电偶测得水温低于设定值时，控制电路接通加热丝，加热储水箱中的水，使水温达到设定值。关于该控制系统的组成，下列说法不正确的是（   ） A．被控对象是储水箱中的水 B．控制部分是控制电路 C．输出部分是热电偶 D．输入部分接收的信息是温度 C 详解：输出部分应为加热丝，热电偶是检测装置。 针对训练 3.图所示是一款自动豆芽机和它的控制系统方框图。因为发豆芽最适宜的温度是23～28℃，发豆芽过程中，豆芽还需要一定量的水分，所以豆芽机不仅需要温控功能，还需要定时浇水功能：MCU微控制器不仅能充当定时器，还能对温度传感器检测到的温度进行判断，控制PTC加热片工作。关于这款自动豆芽机的电子控制系统，下列说法正确的是（   ） A．A．定时加水控制是闭环控制 B．定时加水控制也需要对温度进行检测并判断 C．在温度控制系统中，PTC加热片是被控对象 D．无论是定时加水控制还是温度控制，MCU微控制器都是控制部分 D 针对训练 详解：选项 A 定时加水控制是按照设定的时间来控制水泵加水，没有将加水的结果（如豆芽的水分情况等）反馈回来调整控制过程，属于开环控制，不是闭环控制，所以 A 错误。 选项 B 定时加水控制是定时进行，主要依据时间，不需要对温度进行检测并判断，所以 B 错误。 选项 C 在温度控制系统中，被控对象是豆芽机内的温度（或豆芽生长的环境温度），PTC 加热片是执行器，用来改变温度，所以 C 错误。 选项 D 无论是定时加水控制，还是温度控制，MCU 微控制器都起到处理信号、发出控制指令的作用，都是控制部分，所以 D 正确。 课堂总结 控制及其设计 4.2开环控制系统的工作过程 4.1控制的方式与应用 4.3闭环控制系统的工作过程 4.4控制系统的设计与实施 理解控制的含义 感知控制的应用 控制的概念 控制的分类 理解控制系统 分析开环控制系统工作过程 控制系统概念 解析闭环控制系统工作过程 辨析反馈在控制系统中的作用 探究控制系统的设计要素 设计与实施校园雨水收集池水位控制系统 THANKS 感谢观看 第四单元 控制及其设计 复习课件 苏教版2019必修2 $