必修2第四单元 控制与设计.ppt

,*,第,*,页,最新考纲逐个击破,必 修,2,第四单元控制与设计,典题精析举一反三,好题精练巩固要点,最新考纲逐个击破,考点一：解释案例中控制的对象和目的,1,控制的含义：人们按照自己的意愿或目的，通过一定的 ，使事物向 发展，这就是控制。,2,理解任何控制现象，都要明确控制 、和 。,考点二：举例说明控制在生产和生活中的应用,1,控制运用到 中，例如，为使房间温度处于人体适宜的状态，人们通过空调器对房间的温度进行控制。,2,控制应用在 中，可大大降低工农业从业人员的劳动强度，提高了产品的质量和生产效率。,3,控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。,手段,期望的目标,对象,目的,手段,生活,生产,最新考纲逐个击破,考点三：识别人工控制和自动控制,1,从控制过程中 来分，控制有人工控制和自动控制。人工控制是指控制的过程是在人的 下进行的。自动控制是指在 的情况下，使事物的变化准确地按照期望的方向进行。例如，蔬菜大棚的温度控制，如果是人定时采集并观察棚内温度，当温度超出允许温度的范围时，就去启动加温或者降温设备，使温度回到允许范围内，则这种控制方式就是 ；如果是控制系统装置能够自动获取温度信号，并能根据温度的高低决定是否加温或降温，从而使棚内温度保持在允许的范围内，调温的过程不需要 ，则这种控制方式就是 。普通高中通用技术课程中侧重讨论 。,2,按照执行机构的不同，控制可分为机械控制、液压控制、等。,人工干预的情形,直接干预和全程干预,无人直接参与,人工控制,人工干预,自动控制,自动控制,气动控制,电子控制,最新考纲逐个击破,考点四：针对案例分析控制系统的基本组成、工作过程与方式，能画出相应控制系统的方框图,1,开环控制系统的基本组成：,(,给定量,),：即控制系统的给定量，如游泳池进水的设定时间；,(,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；,：即控制系统中所要求的装置或生产过程，如游泳池；,：即直接对被控对象进行控制的装置或元件，如进水阀门；,：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；,：即执行器的输出信号，如流过阀门的水量。,输入量,输出量,被控对象,执行器,控制器,控制量,最新考纲逐个击破,2,控制系统的输出与输入之间有一定的 。开环控制系统的 不对系统的控制产生任何影响。如：自动门的控制系统，红外装置是否检测到人体热辐射发出的信号是 ，门的开启或关闭是 ，当人走近自动门时，门上方的红外装置检测到人体热辐射发出的红外信息，接收到该信号后，便会发出相应的指令，启动 运转，从而带动 自动开启。当门开启之后，控制电路将作出判断，如果没有人在门四周，就通知电动机做反向运转，使门关闭。,3,闭环控制系统的基本组成：,：测量出被控量并返回到系统的输入端；是 ，它将,给定器,与所检测的 进行比较，求出 ；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一定范围内。与开环控制系统相比，闭环控制系统多了一个由,置,组成的环节。,对应关系,输出量,输入量,输出量,控制电路,电动机,检测装置,比较器,被控量,偏差值,控制器,检测装,门,最新考纲逐个击破,4,闭环控制系统的 返回到输入端并对控制过程产生影响。例如，游泳池水位控制系统，设定游泳池需要达到的水位是,给,，实际水位是,(,输出量,),，当实际水位比设定水位,低,时，控制器控制进水阀门继续注水；当实际水位 设定水位低时，控制器发出信号关闭进水阀门；实际水位一直与设定水位比较，实际水位这一输出量对控制过程产生影响。,5,在控制系统中，为了分析方便，常采用 表示系统的环节，用 来表示系统 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、和相互之间的关系，控制系统的方框图有两种形式，一种是 方框图，另一种是 方框图。,输出量,定电,被控量,达到,方框,单向信号线,信号传递,功能,逻辑,物理,最新考纲逐个击破,6,开环控制系统的方框图如下：,上图中，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。,最新考纲逐个击破,7,闭环控制系统的方框图如下：,上图中，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一定范围内。,最新考纲逐个击破,考点五：针对简单控制系统说明其主要干扰因素,1,在控制系统中，除 以外，引起 变化的各种因素称为干扰因素。在在一般控制系统中，干扰因素是需要克服的。而在有些情况下，却可以 干扰因素实现某种目的。,2,在控制系统中，干扰因素可能有 ，也可能有 。如战士在大风大雨中进行设计练习，,风,和,雨,都是子弹命中准确度的干扰因素。干扰可以影响到控制系统的 。,输入量,(,给定值,),被控量,一个,多个,各个环节,利用,最新考纲逐个击破,考点六：解释反馈的含义，说出闭环控制系统中反馈环节的作用,1.,控制系统中，将 通过适当的检测装置返回到输入端并与 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。闭环控制系统的核心是通过 。,输出量,输入量,反馈来减少被控量,(,输出量,),的偏差,最新考纲逐个击破,2,开环控制系统和闭环控制系统的比较。,开环控制系统,闭环控制系统,能否抗干扰,不能,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,最新考纲逐个击破,考点七：知道功能模拟方法和黑箱方法,1,以 的相似性为基础，用“”模拟“”的功能和行为的方法，就是功能模拟法。例如，在国际象棋的人机对弈中，计算机具有与人脑类似的逻辑判断功能，能模拟棋手的思维与人下棋。,2,把将要研究的系统作为黑箱，通过对系统 关系的研究，进而推断出系统 的方法，就是黑箱方法。例如，夏天买西瓜，可以通过“看瓜形、看瓜色、听瓜声、测弹性”来判断西瓜的生熟。,功能和行为,模型,原形,输入出输出,内部结构及其功能,最新考纲逐个击破,考点八：能根据要求设计简单的控制系统,1,控制系统设计必须考虑的基本问题有：,明确控制的目的；分析被控对象的主要特性；确定 ；分析 ；方案选择；调试、运行和评价；系统的成本、元件、设备分析等。,2,对于简单的闭环控制系统，有以下基本要求：,一个闭环控制系统要正常工作，首先必须是 的。,控制系统的控制精度必须符合要求，即系统的输出量与给定值之间之差应控制在 。,闭环控制系统应有较好的 性能。,被控量和控制量,主要的干扰因素,稳定,允许的范围之内,抗干扰,最新考纲逐个击破,3,设计一个控制系统，是选择开环控制还是闭环控制，应根据对控制精度的要求以及条件的可行性而定。在控制系统设计过程中，被控对象通常是通过了解输入与输出之间的关系来分析它的基本特性。被控量和控制量的确定是控制方案的关键，对于简单控制系统，需要控制的量往往被确定为被控量，控制量应选择可控制的、对抑制干扰因素和保持系统稳定有明显作用的量。,考点九：能根据开环系统的设计方案，制作一个控制装置,开环控制系统的设计，首先明确设计要求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可考虑具控制系统的方案。根据方案，选择经济、易于实现的基本条件来确定具体实用的控制器、执行器等来制作控制装置。,典题精析举一反三,例,1,(2012,年,3,月浙江省高考,),如图所示是一款太阳能饭盒，每个饭盒都有独立的温度控制系统，当饭煮熟后，自动进入保温状态，该饭盒温度控制系统的控制手段和控制方式属于,(),A,手动控制、开环控制,B,自动控制、闭环控制,C,自动控制、开环控制,D,手动控制、闭环控制,【,分析,】,本题考查控制系统的控制手段和控制方式，该饭盒温度控制系统的输入量是预设温度，输出的是实际温度，保温状态要求当系统温度低于设定温度时，控制器向执行器发出加热命令；当实际温度高于设定温度时，控制器就向执行器发出停止加热命令，从而使温度恒定在设定值的上下波动，所以有反馈且输出量相对稳定,(,保温状态属于恒温,),，所以是闭环控制系统；同时温度控制系统都是自动进行的，不需要人参与，所以是自动控制。,B,【,变式训练,1】,(2011,年,3,月浙江省高考,),如图所示为一款具有保温功能的电水壶，按下保温按钮，能将水温保持在设定值。该保温控制系统的控制手段和控制方式属于,(),A,自动控制、闭环控制,B,自动控制、开环控制,C,手动控制、闭环控制,D,手动控制、开环控制,第,1,题图,A,例,2,(2012,年,3,月浙江省高考,),如图所示是电热水器温度自动控制系统的示意图。当热电偶测到的水温低于设定值，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，下列说法中不正确的是,(),A,被控对象是水箱中的水,B,控制器是加热丝,C,被控量是出水温度,D,设定值是所要求的水温,【,分析,】,本题主要考查控制系统的理解，即控制系统的基本组成和工作过程。从题干中“使水温达到设定值”文字中，可以确定这是闭环控制系统。根据控制系统的各环节的概念和从题干中“控制电路接通加热丝，加热储水箱中的水”等文字中，可以轻松知道控制器是控制电路，执行器是加热丝；从该控制系统的名称“电热水器温度自动控制系统”可知，被控对象是水箱或水箱中的水。,B,【,变式训练,2】,(2011,年,9,月浙江省高考,),如图所示是一款可以定时的台灯，将拉绳拉到设定时间位置，打开灯的同时定时器开始工作，到达设定时间开关断开，将灯熄灭。关于这款台灯的控制系统，下列说法正确的是,(),A,执行器是台灯,B,控制器是拉绳,C,输入量是设定的定时时间,D,控制量是台灯的亮度,【,分析,】,该控制系统中，执行器是开关，控制器是定时装置，控制量是开关的通与断也可以说是电流量；定时台灯其输入量是设定的定时时间。,C,第,2,题图,【,变式训练,3】,(2010,年,9,月浙江省高考,),如图所示是上海世博会“智能化垃圾气力输送系统”中的垃圾桶，桶内装有容量传感器，当垃圾达到桶容积的,80%,时，该信息传输到垃圾处理控制中心，中心启动千米外的抽风机开始抽气，将垃圾吸住“垃圾收集站”。关于这个控制系统，下列说法正确的是,(),A,执行器是容量传感器,B,控制器是抽风机,C,被控对象是桶内垃圾,D,设定值是实际吸出的垃圾量,C,第,3,题图,例,3,(2012,年,3,月浙江省高考,),风力发电机运行时风轮对准风向才能获得最大风能。如图所示是风力发电机跟踪风向的控制系统示意图，风向测定装置将检测到的风向信号送给迎风控制装置与设定值比较，迎风控制装置根据风向角度偏差信号控制偏航电机运转，调整风轮角度，使风轮始终对准风向。,(1),根据描述，在跟踪风向的控制系统方框中“,_”,处填写相应的内容。,(2),风向测定装置将检测到的风向信号送给迎风控制装置与设定值比较的过程称为,_(,从干扰；反馈；控制中选择一项，将序号填在,_,处,),【,分析,】,本题主要考查控制系统的方框图、控制系统的基本组成和工作过程，以及反馈等概念。解答这类题目首先要理解控制系统各个组成部分的含义，其次要掌握做题目的方法：“析”，“找”，“答”。“析”分析题目以及问题，关键是弄明白控制系统是如何工作的，在题目中找到关键的语句。“找”在题目找到一些专有名词，并作标记。“答”根据前面的分析和对各个组成部分基本含义的理解，从找到的专有名词中选填完成方框图。同时要看边上的控制系统的示意图，名称要与题干中的名称相同。第二小题是考查对通用技术专业术语的理解，对于通用技术专业术语一定要准确记忆掌握，要求能理解控制器、执行器、被控对象、输入量,(,给定量,),、输出量,(,被控量,),、检测装置、比较器的含义，并认真分析材料说明的控制工作过程与方式的基础上补充控制方框图。,【,答案,】,(1),迎风控制装置；偏航电机；风轮；风轮实际风向角度；风向测定装置,(2),【,变式训练,4】,(2011,年,9,月浙江省高考,),如图所示是数控机床的位置控制系统示意图。检测装置检测机床工作台的实际位移，并将该位移值传输给数控装置与设定位移量进行比较，数控装置根据比较的偏差值控制伺服装置运动，驱动机床工作台到达指定的位置。,(1),根据示意图及其描述，在控制系统框图中“,_”,处填写相应的内容。,(2),实际位移量与设定位移量的比较是由,_,完成的,(,从检测装置；数控装置；输入装置；伺服装置中选择一项，将序号填在“,_”,处,),。,【,答案,】,(1)(,工作台的,),设定位移量；伺服装置；,(,数控,),机床或机床工作台或工作台；,(,工作台的,),实际位移；检测装置,(2),【,变式训练,5】,(2011,年,3,月浙江省高考,),如图所示为汽车定速巡航控制系统示意图。当汽车达到需要的速度时，驾驶员打开定速巡航开关，设定行驶速度，速度传感器检测汽车行驶速度，并将速度信号传输给速度控制器，速度控制器将汽车行驶速度与速度设定值进行比较，根据比较的偏差值自动增减节气门的开度，调节供油量，使汽车保持定速行驶。,(1),根据示意图及其描述，在控制系统方框图中“,_”,处填写相应的内容。,(2),控制系统方框图中将通过返回到输入端与速度设定值进行比较的过程称为,_,。,【,分析,】,本题考查控制系统的方框图、控制系统的基本组成和工作过程，以及反馈等概念。解答这类题目首先要理解控制器、执行器、被控对象、输入量,(,给定量,),、输出量,(,被控量,),、检测装置、比较器的含义，并认真分析材料说明和控制系统示意图。首先根据给定量确定被控量，根据被控量确定被控对象，后定执行器。,【,答案,】,(1),速度控制器；节气门；汽车；汽车行驶速度；速度传感器,(2),反馈,例,4,(2011,年,9,月浙江省高考,),恒温式燃气热水器的温度控制系统为闭环控制。下列因素中，不属于该温度控制系统干扰因素的是,(),A,燃气的流量,B,进水的流量,C,进水的温度,D,出水的温度,【,分析,】,本题考查控制系统的干扰因素。在控制系统中，除了输入量,(,给定值,),以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素，而答案,D,出水的温度是被控量，并且燃气的流量、进水的流量、进水的温度都会造成燃气热水器出水温度的变化。所以,D,出水的温度不属于该温度控制系统的干扰因素。,D,【,变式训练,6】,(2011,年,3,月浙江省高考,),监控摄像系统,(,如图所示,),被广泛应用于记录道路交通实时图像信息，对于监控摄像系统，下列环境因素中不属于干扰因素的是,(),A,噪声,B,浓雾,C,闪电,D,沙尘,【,分析,】,在控制系统中，除了输入量,(,给定值,),以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素，浓雾、闪电、沙尘都会造成监控摄像所得图像信息的模糊不清或不能摄像，而噪音对监控摄像系统没有任何影响。,A,第,6,题图,例,5,(2012,年,3,月浙江省高考,),下列方法中不属于黑箱方法的是,(),A,用仪器测试集成电路输出信号判断集成电路的功能,B,通过脑电波检查诊断病人大脑的状况,C,列车司机用锤子敲击车轮，通过声音判断有无故障,D,通过胃镜检查诊断病人的胃部疾病,【,分析,】,本题考查黑箱方法和功能模拟法。黑箱方法是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，不需要直接考察其内部结构；功能模拟法是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。,A,、,B,、,C,都是对系统输入与输出的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，所以是黑箱方法，,D,通过胃镜检查诊断病人的胃部疾病是直接考察其内部结构，所以不是黑箱方法。,D,【,变式训练,7】,(2011,年,3,月浙江省高考,),下列选项中不属于功能模拟法的是,(),【,分析,】,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，是功能模拟法，机器人、计算机、仿真手就是分别模拟真人、人脑、人手；工程师听诊故障是通过对系统输入与输出的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法是，属于黑箱方法。,D,例,6,(2010,年,3,月浙江省高考,),如图所示为某校学生设计制作的自动取汤机，能保持汤的温度在一定范围内。按一下取汤按钮，就自动落下一只碗，并放出一定量的汤在碗中。在该自动取汤机的温度控制系统中，不需要的器件是,(),A,温度传感器,B,加热器,C,温度控制器,D,定时器,【,分析,】,本题考查控制系统的组成和设计，制系统的组成部分一般包括比较器、控制器、执行器、被控对象、检测装置。分析该温度自动控制系统，温度传感器起到检测的作用，温度控制器起到控制器的作用，加热器起到执行器的作用，定时器在温度控制过程中不起任何作用。,D,【,变式训练,8】,(2008,年,10,月浙江省高考,),如图所示是一个农业温室。要设计该温室的温度自动控制系统，下列器件中不需要用到的是,(),A,安全监控摄像头,B,温度传感器,C,加热器,D,温度控制器,A,第,8,题图,好题精练巩固要点,一、选择题,1,如图所示为一款红外线报警器，它具有声音报警，当人体接近红外线报警器时红外线报警器会发出持续的报警声。该报警器的控制方式属于,(),A,手动控制、开环控制,B,自动控制、开环控制,C,自动控制、闭环控制,D,手动控制、闭环控制,2,如图所示的家用烟雾报警器。当厨房中的煤气或液化气达到一定浓度时，感应器触发进行报警。在报警控制过程中，控制方式属于,(),A,机械控制、人工控制,B,电子控制、人工控制,C,电子控制、自动控制,D,机械控制、自动控制,B,C,第,1,题图,第,2,题图,3,不论干扰作用控制系统的哪个部分，必然会影响到控制系统的,(),A,输入量,B,被控量,C,设定值,D,控制器,4,电饭煲的保温控制是闭环控制而非开环控制其原因是,(),A,有控制器,B,有执行器,C,有反馈,D,有被控对象,5,传感器广泛应用在自动控制系统中，传感器的主要作用是,(),A,检测控制系统的输入信号或输出信号,B,提高控制系统的抗干扰性能,C,执行控制电路输出的指令,D,执行反馈环节输出的指令,B,C,A,6,为了使晒在阳台外的衣服在下雨时能够自动地移回室内，某同学设计了一个“多功能晾衣架控制系统”。该系统由传感器、控制器、电机等组成，其中传感器应该选用,(),A,湿度传感器,B,温度传感器,C,亮度传感器,D,红外线传感器,7,如图所示是水箱的水位自动控制示意图，下列分析不正确的是,(),A,给定量是设定的水位,B,执行器是出水管,C,被控制对象是水箱,D,被控量是水箱内的实际水位,A,B,第,7,题图,8,如图所示，是一款电动存钱盒，只要将钱币放在放币处，就会有一只玩具猫迅速将钱币取走放入盒中，该存钱盒的取币控制系统的控制手段和控制方式属于,(),A,自动控制、闭环控制,B,自动控制、开环控制,C,人工控制、闭环控制,D,人工控制、开环控制,9,要设计制造上题中的电动存钱盒，需要用到的元件是,(),A,压力传感器,B,温度传感器,C,湿度传感器,D,声音传感器,B,A,第,8,题图,如图所示是天文望远镜自动跟踪系统，是观察日食的好帮手。它由可转动望远镜、位置误差传感器、控制电路和电动机组成。其跟踪控制过程是：位置误差传感器检测出望远镜的方向，与太阳方向进行比较，将差值信号传递给控制电路，控制电路发出指令并驱动电动机运转，从而调节望远镜的指向，使其始终精确指向太阳。请回答,10,12,题,10,该控制系统的被控对象是,(),A,太阳,B,可转动望远镜,C,位置误差传感器,D,电动机,11,该天文望远镜自动跟踪系统属于,(),A,开环控制,B,闭环控制,C,开环控制与闭环控制,D,人工控制与自动控制相结合,12,该天文望远镜自动跟踪系统中，被控量是,(),A,太阳方向,B,望远镜方向,C,太阳的转动速度,D,望远镜的转动速度,B,B,B,第,1012,题图,13.,电脑机箱内往往有一个鸣音器，如图所示，使用者可以通过开机时鸣音器发出的声音来判断电脑是否产生了故障，产生了什么故障，这种诊断的方法属于,(),A,黑箱方法,B,功能模拟法,C,辩声法,D,虚拟试验法,二、非选择题,14,中央空调工作时，产生的热量通过水泵将循环水送至冷却塔里冷却，实现带出空调机组的热量。由于空调机组运行的状况不同，产生的热量也不同。,A,第,13,题图,如图是中央空调的冷却水控制系统，由温度传感器检测空调器水管的温度，通过与设定水管的温度进行比较后，从而来决定冷却水泵转动的快慢，从而使水管内的温度下降到设定值，从而实现节能、高效。,第,14,题图,(1),根据控制原理示意图及其描述，把下面的冷却水控制方框图补充完整。,(2),如果环境温度高时，冷却水控制系统是通过,_(,加快或减慢,),循环水的循环速度，从而实现空调机组的正常工作。冷却水控制系统的这个特性称为系统的,_,性。,【,答案,】,(1),冷却水泵循环水温度传感器实际温度,(2),加快环境适应,15,如图所示的电饭煲电路示意图。其工作过程为：按下开关按钮，接触点闭合,(,如图甲,),，电热盘开始加热，温度逐渐上升至,100,，当米饭中水烧干后锅中温度继续上升，到,103,时感温软磁失去磁性，杠杆下落使接触点断开，电热盘停止加热,(,如图乙,),，煮饭过程结束。当温度逐渐下降至,60,时，保温开关,(,双金属片向下复位,),自动接通电源，电热盘再次加热；当加热温度上升至,65,时，保温开关,(,双金属片向上弯曲,),又自动切断电源，从而使米饭保温在设定值。,第,15,题图,(1),请写出下列各元器件的作用。,元器件,作用,电源插头,连接,220,伏电源,感温软磁,双金属片,电热线圈,热熔断器,过热保护,(2),请补充完整电饭煲保温控制系统框图中的相应内容。,(,3),若煮饭时开关按钮没有按下，会发生什么结果？,(4),影响米饭保温的干扰因素主要是,_(,从环境温度、电源电压、内锅形状中选择一个填在“,_”,处,),。,【,答案,】,(1),煮饭时的温度传感器温度检测和控制加热,(2),电热线圈锅及米饭双金属片,(3),煮饭时开关按钮没有按下，电路处在保温状态，米饭煮不熟。,(4),16,如图所示是一款集成于空调内的房间湿度控制系统。通过遥控器设定湿度上限、下限，湿度传感器将检测到的湿度值转换为电信号传输给单片机，与湿度的设定值进行比较，当将检测到的湿度值低于设定值时，单片机发出指令，启动内置加湿器工作，提高房间实际湿度；当湿度高于所设定的湿度范围时，单片机发出指令，启动除湿器除湿，降低房间实际湿度。从而使湿度控制在人体感觉舒适的范围内。,(1),根据示意图及其描述，在控制系统框图中“,_”,处填写相应的内容。,(2),如果要改变房间内实际湿度的范围，需要调整的是,_,。,A,湿度传感器,B,内置加湿器、除湿器,C,单片机,D.,遥控器,【,答案,】,(1),单片机加湿器、除湿器房间房间实际湿度湿度传感器,(2)D,第,16,题图,