第一课通用技术控制与设计培训课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/2/28,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/2/28,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/2/28,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/2/28,*,*,第一节 什么是控制,现代社会中控制的例子：,学校的音乐铃声、多媒体教学系统、音乐喷泉系统、自动伸缩门等。,家庭,：,电饭煲,微波炉,自动伞,自动热酒壶,冰箱,社会：,幻彩声控灯,交通信号灯,程控电话交换机,饮水机,自动门,电梯,验钞机,想一想：事物的发展与变化,一棵苹果树,天上降落的雨水,骑自行车,结不出苹果,结的苹果又多又大,结出苹果又小又酸,用来灌溉农田,发电,引起洪涝灾害,代步、省力,摔跟头,撞到物体和别人,讨论：下列事物发展或变化的可能性：,鱼 塘,成熟的西瓜,流行性病毒,竹 笋,有可能干涸，有可能溢出水来；,其中鱼有可能多而肥，也可能少而弱。,可能被人摘下吃掉，可能被榨成汁做成饮料，也可能烂在西瓜地里。,可能大规模传播，也可能产生变异，也可能被控制住。,可能长成竹子，可能被挖了，也可能被老鼠咬了。,事物的发展与变化呈现多样性，发展结果可能是人们预先期望的，也可能与预期的目标不相符，甚至是不希望得到的，如果人们想达到某一特定目的，就必须借助适当的手段来实现。,大禹治水,思考：大禹治水过程中，通过什么手段实现了什么样的目的？,疏通河道、泄洪为主,“洪波安息”、“水患大治”,大禹治水,大禹是中国古代传奇英雄人物，他所处的年代洪水泛滥而久治不息。他的父亲鲧（gn）受尧的命令而治水，采用垒坝筑堰、填塞洪水的方法，结果愈治愈泛，水患益盛，最终被舜帝治罪而死。鲧死后，水患并未止息。,大禹子承父业，接受舜帝的命令进行治水。大禹治水，一改其父“以壅塞而阻水”的方法，以疏通河道、泄洪为主，经过13年的努力，终于“洪波安息”、“水患大治”。,控制是根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定方向发展的行为和过程。,一、控制的涵义,射手通过瞄准，使箭射中靶心。,从前面的事例及定义中我们知道，控制都有它的目的、手段和对象。也就是说，理解任何控制现象，都要明确三要素：,控制对象是什么,控制要达到什么目的,采取什么控制手段,控制事例,控制的对象,控制的目的,控制的手段,大禹治水,音响音量的控制,骑自行车,洪水,安息洪波,大治水患,疏通河道，,泄洪为主,音响设备,调节音量,旋转音量旋钮,自行车,安全行驶,控制速度、骑车的技术、车的维护等等,马上行动,从人工干预的情形来分：,人工控制,自动控制,二、控制的分类,人工控制：控制过程是在人的直接干预和全程干预下进行的。,关/开 门,驾驶汽车,自动控制：指在无人直接参与的情况下，使事物的变化准确地按照期望的方向进行。,太阳能路灯,自动门,马上行动：,判断人工控制和自动控制的事例。,音响的音量控制,全自动洗衣机,普通水龙头出水的控制,电冰箱内温度控制,自动取款机,篮球运动员投篮过程控制,自动烘手机,自动感应门的开关控制,电梯的上下运行过程控制,飞镖的投掷过程控制,肥胖人群体形控制,声控走廊灯的控制,红外自动水龙头出水控制,红绿灯的转换过程控制,手摇晾衣架的控制,光控路灯的控制,人工,人工,自动,人工,人工,人工,人工,自动,自动,自动,自动,自动,自动,自动,自动,自动,从执行控制的部件来分：,机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等等。,在很多的控制事例中，控制的手段可以是综合的。,汽车自动门,汽车刹车,气动控制,机械控制、气动控制,红外线自动门,电子控制,三、控制的应用,控制的应用自古就有，并在近代得到迅速发展，在社会生产生活的各个领域都有极其广泛的应用。,希罗的自动门,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液压为动力的自动门。,如图，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。,1.控制在日常生活中的应用,控制应用到日常生活中，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，使之满足人们的要求。,空调机,自动取款机,自动控制水龙头,现代网络家电,声控灯,音乐喷泉,防盗报警器,火灾自动报警系统,自动感应水龙头,控制应用到工业生产中，提高了产品的质量和生产效率，减轻了工人的劳动强度，为工人提供了安全保障。,2.控制在工业生产中的应用,生产流水线,纺织机,汽车自动装配生产线,汽车油漆,汽车自动装配生产线实现了汽车零件的自动装配、喷漆等，并能对零件的传送速度进行控制，便于生产操作，大大减轻了工人的劳动强度，提高了产品质量和生产效率。,3.控制在农业生产中的应用,控制应用到农业生产中，提高了劳动效率，减轻了农民的劳动强度，使农民减少在农田里日晒雨淋的时间。,联合收割机,农田灌溉,水 车,农田灌溉,挑水,水车 抽水机,温室,农田灌溉,电源,控制室,水泵,农田灌溉,折射式微喷,射流式微喷,锤式微灌,农田节水灌溉控制，在控制农田灌溉水量、实现水量均匀喷灌的同时减轻了农民的劳动强度。,控制应用到军事国防中，提高了国家防备和抵抗侵略的能力，为保卫国家的主权、统一、领土完整和安全提供了必要的条件。,导弹、火箭,4、控制在军事、国防中的应用,1、理解一个控制现象，要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。例如，导弹控制系统控制的是导弹与目标之间的距离，目的是要击中目标（距离为零），分析这个控制系统，其控制对象是：（）,A、人 B、目标 C、计算机 D、导弹,2、控制系统中属于自动控制系统的是（）,A、按钮开关控制,B、普通自来水龙头,C、花房恒温度控制,D、汽车驾驶,四、课堂练习,D,C,2021/2/28,37,3、普通家用自行车的刹车控制是属于：()A、机械控制 B、气动控制 C、液压控制 D、电子控制,4、按时间顺序进行控制的“交通路口红绿灯控制系统”系统中被控对象是()。A控制电路 B红绿灯 C开关装置 D路面车辆,5、在未设置红绿灯自动控制系统或自动控制系统发生故障的交通路口，我们可以看到交警用手势指挥车辆的情形，此时，被控对象是（）,A控制电路 B红绿灯 C开关装置 D路面车辆,6、人们使用空调器对室内温度进行调节，使人感到舒适这是控制在（）方面的应用、生活、生产、农业、军事,A,B,D,A,2021/2/28,38,7、下列所述属于自动控制的是（）,A、驾驶汽车 B、拖地板,C、用ATM取款 D、人工纺纱,8.根植于历史文化名城泉州的提线木偶戏古称“悬丝傀儡”,又名“丝戏”,民间俗称“嘉礼”,乃流行于闽南语系地区的古老珍稀戏种，在提线木偶的控制过程中控制对象（）,A手 B提绳 C木偶 D大脑,9、“皮影戏”是我国的传统的民间艺术，演员只要在屏幕和灯光之间抖动如栓在“小兔”身上的细线，屏幕上就能出现生动活泼的小兔形象，这是一种控制现象，其控制对象是 （）,A细线 B“小兔”C屏幕 D灯光,C,C,B,2021/2/28,39,1、控制的涵义,（明确对象、目的、手段）,2、人工控制和自动控制,3、控制的应用。,小结：,第二节,控制系统的基本组成与工作过程,2021/2/28,41,控制系统的基本组成,简单的控制系统由两部分组成：,1、被控对象,2、控制装置（包括：传感器、控制器、执行器等）,2021/2/28,42,传感器,传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。,2021/2/28,43,典型控制系统案例分析,1、自动门,2021/2/28,44,请看深圳某酒店的自动门：,2021/2/28,45,1、自动门,自动门的动作过程是：当门口没有人时，门是关着的；当有人来到门口时，门打开；当人离开门口后一段时间，门又关闭。,自动门的功能和技术要求有：,功能：,（1）无人时，常关；,（2）有人时，开门。,2021/2/28,46,技术要求：,（1）当人距门1m时，门即打开。,（2）门打开后，延时10s后关门。,系统组成：门、电动机、控制器、传感器。,工作过程,（1）当有人到达门前某一距离时，传感器感知，并发出“有人”的信号（2）控制器接到传感器传来的信号后，经变换放大后传给电动机（这里的电动机叫做执行器，也称为驱动器）；,2021/2/28,47,（3）电动机根据传来的开门信号转动，门被打开（这里的门叫做被控制对象，也称为控制对象，简称对象）,（4）控制器保持开门信号延迟后，自动发出关门信号，电动机反转，门重新关闭。,系统组成与工作过程如图：,传感器,控制器,电动机,（执行器）,门,（被控制对象）,输入,有人否,输出,开/关,2021/2/28,48,红外线自动门,控制电路,红外线装置是否检测到人体发出的热辐射信号,门的开关,电动机,门,旋转量,2021/2/28,49,自动门的动作过程,当门口没有人时，门是关着的；,当有人来到门口时，门自动打开；,当人离开门口后一段时间，门又自动关闭。,提问：当人站在门口不动，大门会怎样？,2021/2/28,50,门的开启人工控制框图,大脑,手,眼睛,输入,门,输出,被控对象,控制装置,2021/2/28,51,自动门的控制过程,输入,红外装置检测到人体热辐射发出的信号,控制电路,电机,门,门的开启,或关闭,传感器,控制器,执行器,被控对象,输出,控制装置,被控对象,2021/2/28,52,人工控制与自动控制的区别,输入：开/关,眼睛,传感器,控制器,电机,大脑,手,门,门,人工控制,自动控制,传感器,控制器,执行器,门,门,被控对象,2021/2/28,53,2、水箱水位控制,以抽水马桶水箱为例,典型控制系统案例分析,2021/2/28,54,水箱水位控制,自动控制,2021/2/28,55,水箱水位控制,人工控制,系统组成：,水箱,（包括水箱内的水）、,进水阀门,、,人,工作过程：,当水面低于设定水位时，,人,打开,阀门,放水入水箱，,人眼,监视水面高度；当水面达到设定的水位时，,人,关闭,阀门,。,2021/2/28,56,人工控制水箱水位框图,给定水位,输入,大脑判断,手,阀门,水箱,输出,实际水位,眼睛,反馈,比较环节,2021/2/28,57,水箱水位控制,自动控制,系统组成：,水箱,（包括水箱里的水）、,阀门,、,连杆机构,、,浮子,（俗称水漂）,工作过程：,1、当水面低于设定水位时，浮子下落，阀门打开，进水；,2、浮子监测水面高度，并随着水面升高而浮生；,3、当水面达到设定的水位时，浮子传感，通过连杆机构，将阀门关闭。,2021/2/28,58,自动控制水箱水位框图,（给定水位）,输入,水位差,连杆机构,水箱,输出,（实际水位）,浮子,反馈,阀门,（开度）,水位差信号,实际水位即输出量,阀门开度控制量,2021/2/28,59,反馈：将输出信息反传给比较环节的做,法，称之为反馈。,负反馈：反馈信息与原信息起相反的作用，使总输入量减小。目标偏离减小。（）,正反馈：反馈信息与原信息起相同的作用，使总输入量增大。目标偏离增加。,2021/2/28,60,两种控制方式对比,环 节,方式,传感器,控制器,执行器,被控对象,人工控制,人眼,人脑与手,阀门,水箱,自动控制,浮子,连杆机构,阀门,水箱,2021/2/28,61,两种自动控制的比较,传感器,输入,有人否,控制器,电动机,（执行器）,门,（被控对象）,输出,开/关,（给定水位）,输入,水位差,连杆机构,水箱,输出,（实际水位）,浮子,反馈,阀门,（开度）,开环控制系统：,闭环控制系统：,2021/2/28,62,开环控制系统的特点,（）控制系统的输出量不对系统产生影响；,（）系统的输出量直接受输入量的控制；,（）信号（或信息）的传递是单向的，总是从输入 端单向传至输出端；,（4,）无反馈环节。,2021/2/28,63,闭环控制系统的特点,（1）信息路径两条：一条自输入端传至输出端，另一条是输出端信息经反馈环节返回到输入端的比较环节，形成一个闭合的环路；,（2）有检测装置。,有反馈，反馈影响控制。能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据误差及时调整控制作用,2021/2/28,64,A.拔动教室电灯开关，灯的亮与不亮与手动有关。,B.声光感应开关，当有声音时灯亮。,C.红外感应出水龙头，手靠近水龙头出水，离开则不出水。,D.宾馆自动门，当有人进入，门自动打开。,E.当手靠近自动烘手机时，机器启动；当手离开时，机器关闭。,日常生活中的控制：,归纳、抽象以上活动的特征:,一个输入信号（如手拔开关）对应着一个输出信号（如灯亮或不亮）。,2021/2/28,65,控制系统的输入输出之间有一定的对应关系。,一般的控制过程都有一个输入和一个输出。,任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节构成一个系统，我们称之为控制系统。,2021/2/28,66,对于自动控制系统，区别系统是开环控制还是闭环控制的关键就是：,系统的设计中是不是运用了反馈调节的控制方式。,2021/2/28,67,第三节 控制系统的,框图表示,2021/2/28,68,1.控制系统的组成,组成：,被控对象、控制装置两大部分（区分开环与闭环）,相关量：,给定量（输入量）、控制量、被控量（输出量）,69,2021/2/28,69,框图表示,控制器,执行器,被控对象,给定值,被控量,控制量,1、开环,2、闭环,反馈环节,控制器,执行器,被控对象,给定值,被控量,控制量,比较器,2021/2/28,70,绘制框图的方法,2021/2/28,71,2、例子分析,回顾,1、供水水箱的水位自动控制系统,2、加热炉的温自动控制系统,3、人工调节液面,4、希罗的自动门控制系统,2021/2/28,72,框图,表示,小练习：,用方框图将下面的几个控制系统表示出来。,2021/2/28,73,1、供水水箱的水位自动控制系统,2、加热炉的温自动控制系统,3、人工调节液面,4、希罗的自动门控制系统,2021/2/28,74,浮球,控制器,阀门,水箱,预设水位,进水量,比较器,1、供水水箱的水位自动控制系统,水位,2021/2/28,75,热电偶,控制器,加热器,加热炉,设定温度,比较器,2、加热炉的温自动控制系统,热量,温度,2021/2/28,76,眼睛,大脑,手、,阀门,容器,给定值,比较器,3、人工调节液面,液体输出量,液面位置,2021/2/28,77,4、希罗的自动门控制系统,火炉,连动系统,庙门,门的开/关,相关量,门的开/关,2021/2/28,78,随着音乐起伏而变化的音乐喷泉是控制技术的一种具体应用。其工作过程是由“声电转换装置”将起伏的音乐强度转换为随之而变化的电信号，这种电信号驱动电动机带动水泵转动。音乐声信号强，水泵的转速就快，喷头的压力就大，喷出的水柱就高。反之，喷出的水柱就低。音乐信号的强弱与喷泉水柱的高低一一对应。请回答以下问题：,（1）音乐喷泉控制系统是开环控制还是闭环控制？,（2）该控制系统的输入信号和输出信号分别是什么,（3）从控制系统组成的角度，分析“声电转换装置”在控制系统中起什么作用？,答案：（1）开环控制系统（2）音乐的声信号、水柱的高度（3）控制器的控制作用,2021/2/28,79,王大伯盖了一个能自动调节温度的小型花房，花房的温度冬季一般控制在18左右，夏季一般控制在,25左右。请分析它可能的工作过程，并画出花房温度控制系统的方框图。（5分）提示：该花房温控设备包括控制器、加热元件和制冷元件、检测装置、比较器等。,2021/2/28,80,2021/2/28,81,小结,控制系统的框图表示：,开环 闭环,2021/2/28,82,