2015通技会考复习——控制与设计题精.pptx

2015通用技术会考n笔试(60分)+操作(40分)n笔试时间：6月26日14:00-15:00n笔试笔试内容选择题：1分30题三视图：8分1题分析题：9分1题（控制控制）设计题：13分1题控制与设计控制与设计会考阅卷：会考阅卷：不在字多，而在不在字多，而在“点点”上。上。评分依据：相关知识点的关键词评分依据：相关知识点的关键词控制部分会考考点、给分点控制部分会考考点、给分点控制思想：控制思想：采取措施使期望的结果出现。采取措施使期望的结果出现。多个物体接力传递控制信号多个物体接力传递控制信号(因果关系因果关系)；把握两头：输入把握两头：输入输出；输出；清楚过程：控制信号经过各物体时的转化与传递。清楚过程：控制信号经过各物体时的转化与传递。主要知识点：主要知识点：三量三量：输入量：输入量(设定量设定量)、输出量、输出量(被控量被控量)、控制量；、控制量；四物四物：控制器、执行器、被控对象、检测装置：控制器、执行器、被控对象、检测装置(传感器传感器/反反馈装置馈装置)；五概念五概念：控制、开环、闭环、反馈、干扰。：控制、开环、闭环、反馈、干扰。主要技能：主要技能：绘制控制系统框图：绘制控制系统框图：控制过程分析：控制过程分析：信号传递途径、环节发生的变化；信号传递途径、环节发生的变化；干扰因素分析：干扰因素分析：系统外的环境影响。系统外的环境影响。清晨，第一个到学校的同学走进教室后，首先清晨，第一个到学校的同学走进教室后，首先做的事：做的事：冬天冬天夏天夏天从三个方面把握：从三个方面把握：what什么目标？什么目标？目的目的who 哪个物体？哪个物体？对象对象how 怎么做？怎么做？手段手段 控制的含义控制的含义开灯开灯开空调开空调 冬天开灯冬天开灯l目的：l对象：l手段：l控制过程：照明(光线)日光灯采用开关开关开关通/断电路电路中电流有/无日日光灯光灯亮/灭夏天开空调夏天开空调l目的：l对象：l手段：l控制过程：凉爽(空气)教室采用空调设备 温控电路温控电路设定温度与实际温度的差值控制电路控制电路中电流有/无制冷机制冷机工作/停止教教室室温度降低/不变从普通开从普通开/关灯到亮度可调灯关灯到亮度可调灯控制对象：控制对象：灯泡灯泡 控制目的：控制目的：灯亮度可调灯亮度可调 控制手段：控制手段：通过调控电路通过调控电路控制过程：控制过程：旋转电位器旋钮旋转电位器旋钮电路电流变化电路电流变化灯亮度变化。灯亮度变化。灯灯 电路电路旋钮旋钮 亮度亮度旋钮位置旋钮位置控制系统必定有控制系统必定有输入输入输出输出这两个环节，控制信号作这两个环节，控制信号作用于两者之间，保证目的必然实现。用于两者之间，保证目的必然实现。控制系统由多个单元组成，控制系统由多个单元组成，每一单元的输入和输出之间每一单元的输入和输出之间是因果关系是因果关系；各单元之间存在相关关系各单元之间存在相关关系前一单元的输出是后一单前一单元的输出是后一单元的输入元的输入。控制的含义控制的含义 人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段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。使事物向期望的目标发展，这就是控制。控制要达到什么控制要达到什么目的目的？控制的控制的对象对象是什么？是什么？采取什么控制采取什么控制手段手段？控制的三要素控制的三要素控制系统分析方法控制系统分析方法1.确定控制目的确定控制目的控制过程最终实现的目标，找到描述结果的物理量控制过程最终实现的目标，找到描述结果的物理量输出量（被控量）输出量（被控量）。2.明确明确被控对象被控对象实现目标的直接承载物，在流动的气体或液体上实实现目标的直接承载物，在流动的气体或液体上实现时，被控对象为容器。现时，被控对象为容器。3.分析被控对象在控制系统中的作用：被控对象的分析被控对象在控制系统中的作用：被控对象的输入、输出，及输入输入、输出，及输入输出间的转化情况。找出它的输入信号输出间的转化情况。找出它的输入信号控制量控制量，以及输出该信号的前级物体，以及输出该信号的前级物体执行器执行器。4.分析执行器在控制系统中的作用：执行器的输入、分析执行器在控制系统中的作用：执行器的输入、输出，及输入输出，及输入输出间的转化情况。找出执行器的输入信号及该信输出间的转化情况。找出执行器的输入信号及该信号的来源物体号的来源物体控制器控制器。控制系统分析方法控制系统分析方法5.分析控制器在控制系统中的作用：控制器的输入、输出，分析控制器在控制系统中的作用：控制器的输入、输出，及输入及输入输出间的转化情况。找出控制器的输入信号及该信号的来源输出间的转化情况。找出控制器的输入信号及该信号的来源物体：物体：*如果只有一个输入信号来源，即系统的外部环境量如果只有一个输入信号来源，即系统的外部环境量输入量输入量（可能有些系统还经过一个（可能有些系统还经过一个传感器传感器传递），整个控制传递），整个控制系统的输入系统的输入输出间形成了一条控制链，控制信号在传递过程中单向传递输出间形成了一条控制链，控制信号在传递过程中单向传递开环控制开环控制。*如果控制器的输入为系统如果控制器的输入为系统设定值设定值（输入量输入量）和系统的实）和系统的实际际输出量输出量的偏差值，存在一个检测装置，检测系统的实际输的偏差值，存在一个检测装置，检测系统的实际输出并将其传递给控制器，这一检测装置称为出并将其传递给控制器，这一检测装置称为反馈装置反馈装置/环节环节，这种情形下，控制信号在传递过程中形成了闭合的环形，这种情形下，控制信号在传递过程中形成了闭合的环形闭环控制闭环控制。控制系统基本组成与工作过程n当门口没有人时，门是关着的；当门口没有人时，门是关着的；n当有人来到门口时，门自动打开；当有人来到门口时，门自动打开；n当人离开门口后一段时间，门又自动关闭。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？提问：当人站在门口不动，大门会怎样？工作过程：工作过程：控制信号的传播路径中的接力物体；控制信号的传播路径中的接力物体；在控制信号传递过程中每一物体发生的状态变化。在控制信号传递过程中每一物体发生的状态变化。自动门的控制过程自动门的控制过程输入输入红外检红外检测装置测装置控制电路控制电路电机电机门门门的开启门的开启或关闭或关闭传感器传感器控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象输出输出控制装置控制装置被控对象被控对象人体热人体热辐射辐射控制系统的基本组成（开环系统）控制系统的基本组成（开环系统）+转动转动角度角度被控对象：被控对象：控制系统中所要求控制的控制系统中所要求控制的装置装置或或生产过程生产过程执行器：执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件直接对被控对象进行控制的装置或元件控制器：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：控制量：执行器的输出信号执行器的输出信号输入量（给定量）：输入量（给定量）：控制系统的输入信号控制系统的输入信号输出量（被控量）：输出量（被控量）：控制系统的输出信号控制系统的输出信号控制器执行器被控对象控制量控制量输入量输入量输出量输出量控制系统的基本组成（开环系统）控制系统的基本组成（开环系统）以以水箱水位控制水箱水位控制为例研究闭环控制系统。为例研究闭环控制系统。（给定水位）（给定水位）输入量输入量水位差水位差连杆连杆机构机构水箱水箱输出量输出量（实际水位）（实际水位）浮子浮子反馈量反馈量进水阀进水阀（进水量）（进水量）控制系统的基本组成（闭环系统）控制系统的基本组成（闭环系统）难点难点输入量输入量/设设定值定值控制量控制量控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象输出量输出量反馈反馈/传感器传感器干干扰扰比较器比较器给定量给定量（输入量）（输入量）控制系统控制系统的输入信号的输入信号被控量被控量（输出量）（输出量）控制系统的输出信号控制系统的输出信号控制器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执行器直接对被控对象进行控制的装置或元件直接对被控对象进行控制的装置或元件被控对象被控对象控制系统中所要求控制的控制系统中所要求控制的装置装置或或生产过程生产过程控制量控制量执行器的输出信号执行器的输出信号比较器比较器将给定量与所测的被控量进行比较，求出偏差将给定量与所测的被控量进行比较，求出偏差控制系统的基本组成（闭环系统）控制系统的基本组成（闭环系统）给定量（输入量）期望值命令发出者命令执行者命令的作用对象反馈环节控制目的被控对象的输入量控制器执行器被控对象反馈环节被控量（输出量）控制量描述性语言描述性语言概念概念控制中的概念的直观说法：控制中的概念的直观说法：分类依据控制种类特征信息流的传递方式开环控制信号传递是从输入到输出的单一传递方向；输出不影响输入，对输出不需要测量。闭环控制信号传递既有从输入到输出的方向，也有从输出经反馈回到输入的方向，形成一个封闭的环；输出影响输入，测量的输出值与设定值的偏差影响控制过程。人工干预的情形人工控制 人为的直接干预或全程干预 自动控制 无人直接参与控制系统的分类 人工控制人工控制控制过程是在人的控制过程是在人的直接干预和直接干预和全程干预全程干预下进行的。下进行的。如如如如人工纺纱人工纺纱、打开普通自来水龙头打开普通自来水龙头、按键打开电灯按键打开电灯、驾驶汽车驾驶汽车等等自动控制自动控制指在指在无人直接参与无人直接参与的情况下，使事物的情况下，使事物 的变化准确地按照期望的方向进行。的变化准确地按照期望的方向进行。如如数控机床数控机床、饮料自动装罐生产线饮料自动装罐生产线、花房恒温控花房恒温控制制、十字路口红绿灯的转换十字路口红绿灯的转换等。等。太太阳阳能能路路灯灯自自动动门门以前在烈日炎炎的夏天，人们用手摇芭蕉扇扇风消暑。以前在烈日炎炎的夏天，人们用手摇芭蕉扇扇风消暑。随着电风扇的产生，人们消暑纳凉的手段得到了改进。电风扇的叶片装随着电风扇的产生，人们消暑纳凉的手段得到了改进。电风扇的叶片装在电机的轴上，电机转动时带动叶片一起转动从而产生风，达到消暑的在电机的轴上，电机转动时带动叶片一起转动从而产生风，达到消暑的目的。目的。随着科学技术的发展，随着科学技术的发展，20世纪世纪50年代，人们发明了空调器。空调器利用年代，人们发明了空调器。空调器利用制冷机进行制冷，使室内温度恒定在人们所设定的温度值，从而达到降制冷机进行制冷，使室内温度恒定在人们所设定的温度值，从而达到降温消暑的目的。温消暑的目的。手摇扇手摇扇电风扇电风扇空调器空调器手摇扇子产生风手摇扇子产生风电机带动叶片转动时产生风电机带动叶片转动时产生风自动调温自动调温手动手动手动控制手动控制自动控制自动控制从手摇扇到空调u按照按照执行部件执行部件的不同，控制可分为的不同，控制可分为机械控制机械控制、气气 动控制动控制、液压控制液压控制，电子控制电子控制等。等。机械控制机械控制气动控制气动控制液压控制液压控制电子控制电子控制开环控制系统开环控制系统 被控对象被控对象执行器执行器控制器控制器输入量输入量控制量控制量输出量输出量控制电路红外装置红外装置是否检测是否检测到人体的到人体的热辐射发热辐射发出的信号出的信号门的开启门的开启或关闭或关闭电机自动门转速转速控制系统的控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。这种控制系统称为开环控制系统。电机电机控制电路控制电路是否检测是否检测到人体热到人体热辐射发出辐射发出的信号的信号自动门自动门门的开启门的开启或关闭或关闭转速转速进水阀门进水阀门定时器定时器设定注水设定注水的时间的时间游泳池游泳池游泳池游泳池的水位的水位水流量水流量小结：小结：机械运动类控制系统，一般的执行器是电动机。机械运动类控制系统，一般的执行器是电动机。流体类控制系统，一般的执行器是阀门，被控对流体类控制系统，一般的执行器是阀门，被控对象是容器。象是容器。设计一个家用窗帘简易控制电路，设计要求天亮时自动开启，天暗时自动关闭。请画出控制系统方框图。天亮天暗光检测控制电路电动机窗帘开启或关闭窗帘转速n开关教室灯的过程开关教室灯的过程灯灯电路电路开关开关手的动作手的动作（输入）（输入）电流电流光线光线（输出）（输出）n停车场系统控制过程（停车场系统控制过程（视频视频）控制的目的、对象、手段分别是什么？摄像头摄像头控制电路控制电路栏杆栏杆电电 机机输入输入输出输出(小汽车小汽车)(抬起抬起/放下放下)现要求画出雨天自动关窗系统控制方框图现要求画出雨天自动关窗系统控制方框图是否是否有雨有雨湿度传湿度传感器控感器控制电路制电路电动机电动机窗户窗户开或关开或关转速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：请画出控制方框图音乐信号声电转换装置和电机水泵喷头水柱高低1、是开环控制系统还是闭环控制系统？2、输入量和输出量分别是什么?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：请画出控制方框图音乐信号声电转换装置和电机水泵喷头水柱高低1、是开环控制系统还是闭环控制系统？2、输入量和输出量分别是什么?水压转速声强有报纸报道，一位八岁小女孩在进某酒店的旋转大门时，被旋转大门夹住，结果造成重伤。现请你帮忙设计一个控制系统的方案，使旋转大门遇到阻力时能够自动停止转动。请你画出该控制系统的方框图，说明其工作过程。（提示：可以采用压力传感器检测是否受到阻力）。当人被旋转大门夹住时，压力传感器会检测到大门当人被旋转大门夹住时，压力传感器会检测到大门遇到阻力控制电路接收到该信号遇到阻力控制电路接收到该信号 。压力异压力异常信号常信号压力传感器控制电路电机刹车装置门门锁定门锁定转速闭环控制系统闭环控制系统 控制系统的输出量返回到输入端对控制过程产生影响。控制系统的输出量返回到输入端对控制过程产生影响。闭环控制系统闭环控制系统给定量给定量被控量被控量控制量控制量控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象检测装置检测装置控制器控制器阀门阀门水箱水箱给定水位给定水位浮球浮球实际水位实际水位水箱水位水箱水位自动控制自动控制进水量进水量加热炉温度加热炉温度自动控制自动控制控制器控制器加热器加热器加热加热炉炉给定温度给定温度热电偶热电偶炉内温度炉内温度热量热量电冰箱的温度控制系统电冰箱的温度控制系统控制控制电路电路电机电机-压压缩制冷机缩制冷机电冰箱电冰箱制冷量制冷量制冷量制冷量箱箱箱箱内内内内温温温温度度度度预预置置温温度度检测装置检测装置(热敏电阻热敏电阻)空调房间温度控制系统方框图：空调房间温度控制系统方框图：设设 定定 的的温度温度控制电路控制电路制冷装置制冷装置空调房空调房房房 内内实实 际际温度温度空调测温装置空调测温装置制冷量制冷量比较器比较器n控制器是控制电路或控制温控装置控制器是控制电路或控制温控装置n执行器是制冷或制热装置执行器是制冷或制热装置n控制对象是控制对象是“容器容器”房间房间n检测器是检测温度改变的装置检测器是检测温度改变的装置总结：温度控制型控制系统特点总结：温度控制型控制系统特点1、找出控制系统中所有物体，将其名称作出标记。、找出控制系统中所有物体，将其名称作出标记。2、按下面的位置和顺序确定系统各个环节、按下面的位置和顺序确定系统各个环节(物体物体)：a 被控对被控对象、象、b 执行器、执行器、c 控制器、控制器、d 反馈环节。反馈环节。3、确定输出量、控制量、输入量和偏差量。、确定输出量、控制量、输入量和偏差量。4、用带箭头的直线表示信息在系统中流动传递的方向和过、用带箭头的直线表示信息在系统中流动传递的方向和过程（程（因果关系因果关系）。）。5、加上比较环节，闭环。、加上比较环节，闭环。(开环控制无反馈和比较环节开环控制无反馈和比较环节)看框图时，自左向右；画框图时，自右向左。看框图时，自左向右；画框图时，自右向左。绘制控制系统框图的方法：绘制控制系统框图的方法：输入量输入量控制器控制器被控对象被控对象输出量输出量反馈环节反馈环节反馈量反馈量执行器执行器偏差量偏差量dbca反馈量反馈量控制量控制量绘制控制系统框图的技巧：先绘制控制系统的关键环节（按a-b-c-d顺序）被控对象，再画执行器，接着画控制器，最后画反馈环节和比较环节，完成闭环回路并标注各量。输入量输入量控制器控制器被控对象被控对象输出量输出量反馈环节反馈环节反馈量反馈量执行器执行器偏差量偏差量dbca反馈量反馈量控制量控制量 控制系统中，控制系统中，除输入量（给定值）以外，引除输入量（给定值）以外，引起被控量变化起被控量变化的各种因素称为干扰因素。的各种因素称为干扰因素。干扰因素干扰因素设定的设定的飞行航道飞行航道飞机飞机手机信号手机信号实际的实际的飞行航道飞行航道干干扰扰因因素素的的产产生生原原因因环境环境人为人为影响自行车行驶速度变化的风影响自行车行驶速度变化的风影响船只行驶的风浪影响船只行驶的风浪手机信号手机信号干干扰扰因因素素的的处处理理利用利用克服克服n削弱干扰削弱干扰n消除干扰消除干扰n提高控制系统的性能（提高控制系统的性能（利用反馈利用反馈）飞行模拟训练器飞行模拟训练器控制器控制器执行器执行器被控对象被控对象给定值给定值被控量被控量干扰因素干扰因素+检测装置检测装置-控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈。到输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈。飞镖投掷过程飞镖投掷过程检测装置（眼睛）大脑手飞镖靶心位置靶心位置靶心位置靶心位置飞镖实际飞镖实际飞镖实际飞镖实际投掷位置投掷位置投掷位置投掷位置控制器控制器阀门阀门水箱水箱给定水位给定水位浮球浮球实际水位实际水位干扰干扰干扰干扰1 1、影响水位控制的干扰、影响水位控制的干扰 因素有哪些？因素有哪些？2 2、浮球起什么作用？、浮球起什么作用？进水量进水量u闭环控制系统与开环控制系统的比较闭环控制系统与开环控制系统的比较开环控制系统开环控制系统闭环控制系统闭环控制系统有无反馈有无反馈无无有有能否自动调能否自动调整和补偿整和补偿不能不能能能控制精度控制精度比较低比较低高高结构结构简单简单相对复杂相对复杂适用场合适用场合控制精度要求不高而控制精度要求不高而系统本身的元件又比系统本身的元件又比较稳定的场合较稳定的场合要求高精度和要求高精度和高可靠性的场高可靠性的场合合功能模拟方法和黑箱方法功能模拟方法和黑箱方法 u功能模拟方法：功能模拟方法：以以功能功能和和行为行为的相似性为基的相似性为基础，用础，用“模型模型”模拟模拟“原型原型”的功能和行为的方的功能和行为的方法。法。u黑箱方法：黑箱方法：通过对系统通过对系统输入输入与与输出输出关系的关系的研究，进而得出系统的内部结构及其功能方法研究，进而得出系统的内部结构及其功能方法。西瓜西瓜看、听、拍看、听、拍生或熟生或熟控制控制系统系统输入输入输出输出黑箱黑箱判断生熟鸡蛋中医控制系统的控制系统的设计设计实施控制系统所需实施控制系统所需的设备、元件等的设备、元件等系统的成本分析系统的成本分析控制系统的调试、控制系统的调试、运行和评价运行和评价控制系统的方控制系统的方案选择案选择分析被控对象分析被控对象的主要特征的主要特征明确控制的目的明确控制的目的确定被控量、控制量确定被控量、控制量分析主要的分析主要的干扰因素干扰因素。控制系统的设计控制系统的设计1 1、开环控制系统的设计、开环控制系统的设计例：普通电风扇控制系统的设计例：普通电风扇控制系统的设计被控对象被控对象电风扇；电风扇；被控量被控量电风扇输出的风速；电风扇输出的风速；控制量控制量电机的转速；电机的转速；定时器定时器电机电机电风扇电风扇设定时间设定时间设定时间设定时间风速风速风速风速转速转速转速转速n闭环控制系统的基本要求：闭环控制系统的基本要求：1 1，闭环控制系统必须是稳定的；，闭环控制系统必须是稳定的；2 2，系统的输出量与给定值之差应控制，系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内；在允许的范围之内；3 3，要有较好的抗干扰性能；，要有较好的抗干扰性能；2 2、闭环控制系统的设计、闭环控制系统的设计n例：例：抽水马桶水箱抽水马桶水箱的自动控制系统的设的自动控制系统的设计计2 2、闭环控制系统的设计、闭环控制系统的设计杠杆比较杠杆比较进水阀门进水阀门水箱水箱预设预设预设预设水位水位水位水位进水量进水量进水量进水量水位水位水位水位浮球浮球一、明确设计目的二、确定设计方案三、选择实现方法四、完成设计五、评估简单控制系统的设计过程：简单控制系统的设计过程：