4.2 开环控制系统的工作过程（课件）-2025-2026学年苏教版高中通用技术必修二

开环控制系统的工作过程 ——探究自动感应门 1.7.2013 ‹#› 情景导入：生活中的“自动” 自动感应门 人靠近时自动开启，离开后自动关闭，便捷又节能。 智能声控灯 检测到声音自动点亮，延时后熄灭，有效节约电能。 音乐喷泉 水柱随音乐节奏变化，创造出绚丽的视听盛宴。 想一想：这些设备是如何实现“自动”控制的？ 1.7.2013 ‹#› 实例分析：自动感应门的组成 感应探测器 负责检测是否有人靠近，如同自动门的“眼睛”。 主控制器 自动门的“大脑”，接收信号并发出指令。 动力马达 提供开门与关门的动力，如同自动门的“肌肉”。 门扇 被控对象，执行开门与关门的最终部件。 1.7.2013 ‹#› 实例分析：自动感应门系统 1.7.2013 ‹#› 新知探究：什么是控制系统？ 控制系统 任何一种控制的实现，都要通过若干个环节共同实现，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统，称为控制系统。 典型控制系统示意图 1.7.2013 ‹#› 实例分析：自动感应门的工作过程 人靠近 探测器检测 控制器接收信号 指令马达运转 门打开 输入量 人体红外信号 控制器 控制电路 执行器 电机 被控对象 门体 开环控制系统 输出量不对系统的控制产生任何影响，信号单向传递。 1.7.2013 ‹#› 开环控制系统工作过程总览 核心特征 信号单向传递，输出量不参与对系统的控制，无反馈环节。 1.7.2013 ‹#› 输入量即控制系统的给定量，如人体红外信号； 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，如门的开或关； 被控对象即控制系统中所要求控制的装置或生产过程，如门； 执行器即直接对被控对象进行控制的装置或元件，如电机； 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，如电机的转速。 1.7.2013 ‹#› 动手实践 绘制控制方框图 1.7.2013 ‹#› 一  希罗自动门 公元1世纪，希腊人希罗建造的自动打开庙门的装置是最早利用气 压和重力为动力的自动门。如图4-23所示，祭坛点火使1中的空气膨胀， 水流入2，利用水的重力使轴3转动，将门打开。当祭坛的火熄灭时，庙 门在重锤的作用下就会自动关闭。 思考：请根据希罗自动门的开、关工作过程，将对应方框图中的内 容以及输入信号、输出信号填写完整。 点火 1、2及重锤 转轴3转动 庙门 庙门开或闭 1.7.2013 ‹#› 1. 用方框图说明下列开环控制系统的工作过程，并注明方框中的各个环节的具体内容以及输入量、输出量和控制量。 （1）音乐喷泉的控制； （2）公共汽车车门的开关控制，如图4-22所示。 （1） （2） 音乐 声电转换装置 水泵 水泵转速 水柱 水柱的高低 按开关 控制电路 电磁阀 推动活塞 车门 车门打开或关闭 1.7.2013 ‹#› 2. 列举你所了解的开环控制系统的例子，说明其控制工作过程，并画出方框图。 人手信号 控制电路 电磁阀 水龙头开关 控制器 执行器 被控对象 输入量 控制量 输出量 水龙头出水 1.7.2013 ‹#› 拓展思考：实例展示 定时浇水系统 按预设时间自动浇水，不反馈植物实际状态。 音乐喷泉 水柱随音乐信号变化，不感知实际喷水高度。 自动售货机 接收指令后执行出货，不检查货物是否成功掉落。 1.7.2013 ‹#› 1.7.2013 ‹#› 课堂小结：知识点回顾 控制系统的含义 任何一种控制的实现，都要通过若干个环节共同实现，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统。 开环控制系统的基本组成 输入量、控制器、执行器、被控对象、输出量。 用方框图表达开环控制系统 1.7.2013 好了，我们来对本节课的内容做一个简单的回顾。首先，我们了解了控制系统的含义。其次，我们重点学习了开环控制系统的五个基本组成部分。再次，我们掌握了开环控制系统“信号单向传递”的工作过程。最后，我们还学会了如何用方框图来分析和描述一个控制系统。希望大家都能掌握这些知识点。 ‹#› 课堂作业 在校园农业劳动实践中，同学们为植物栽培设计了一个营养液循环控制系统 (如图a 所示为 系统框图模型，如图b 所示为控制系统示意图)，该系统包括微控制器、环境感知部分、调节部 分等。温度传感器、液位传感器、PH 值传感器和流速计均安装在栽培槽中。根据微控制器指令， 加热器与制冷器、蠕动泵、水泵联合调节栽培槽中营养液的温度、PH 值、液位和流速。请完成 第1-2题。 1.7.2013 最后，给大家布置两个课后作业。第一个作业是，请大家画出我们刚刚提到的定时浇水系统的控制方框图。第二个作业是，选择一个你感兴趣的开环控制系统，深入分析一下它的工作过程，并把它写下来。希望大家通过课后作业，能够进一步巩固今天所学的知识。 ‹#› 课堂作业 1、下列关于该系统设计与分析的说法中不合理的是（ ） A.  系统设计要从整体出发，以创建植物生长的最优营养液环境为目标 B.  系统设计要考虑液位控制与 pH 值控制之间的相互影响 C.  不能将该系统分解为温度、液位等子系统进行设计 D.  系统分析过程中建立了系统框图模型，属于建模的分析方法 C 1.7.2013 最后，给大家布置两个课后作业。第一个作业是，请大家画出我们刚刚提到的定时浇水系统的控制方框图。第二个作业是，选择一个你感兴趣的开环控制系统，深入分析一下它的工作过程，并把它写下来。希望大家通过课后作业，能够进一步巩固今天所学的知识。 ‹#› 课堂作业  2、下列关于该营养液循环控制系统的说法中合理的是（ ） A. 流速控制子系统的执行器可以使用流速计 B. 栽培槽中营养液的 pH 值控制子系统可以采用闭环控制方式 C.  为提高温度控制效率，配液箱越大越好 D.  为提高pH 值控制精度，pH 值传感器应安装在酸碱液箱中 B 1.7.2013 最后，给大家布置两个课后作业。第一个作业是，请大家画出我们刚刚提到的定时浇水系统的控制方框图。第二个作业是，选择一个你感兴趣的开环控制系统，深入分析一下它的工作过程，并把它写下来。希望大家通过课后作业，能够进一步巩固今天所学的知识。 ‹#› 感谢聆听 下课 1.7.2013 好了，今天的课就上到这里，感谢大家的聆听，下课！ ‹#› $