通用技术课程第二节.docx

控舸器4■二1电动机L111匸一 二图I 自动门的常关状态0-if-图2 目功门的开弑态第二节 控制系统的基本组成与工作过程 导学案一．学习目标1．分析典型案例，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程；2．熟悉闭环控制系统的基本组成，能画出一个简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执 行器的作用二．学习过程我们先来分析两个典型控制案例，旨在了解控制系统是怎样构成的，以及它们是怎样实现控制的案例 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（图1）；当有人来到门口时，门打开（图2）；当人离开门口后一段时间，门又关闭 门 ft *3 挖制舞功能 （1）无人时，常关；（2）有人时，开门技术要求 ⑴当人距门l m（也可设为其他值）时，门即打开;（2）门打开后，延时10 s（也可设为其他值）后关门门是怎样实现自动开、关的呢?我们来看一看自动门（实际上是自动门系统，简称自动门）的组成和 工作过程系统组成 ①门；②电动机；③控制器；④传感器工作过程（1） 当有人到达门前某一距离（如1 m）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（这里电动机叫做执行器,也称驱动器）:（3） 电动机根据传来的开门信号转动，门被打开（这里的门叫做被控对象，也称为控制对象）:（4） 控制器保持开门信号延时（如10 s）后，自动发出关门信号，电动机反转，门重新关闭。

上述的系统组成与工作过程，可以用图3 表示在图 3 中，从左往右看：当门口有人时，即有输入，传感器感知并形成信号信号先后经过控制器、 电动机的变换与传递，直到把门打开，叫做有输出（门动作，打开）没有人，则无输入，不发生信号传 递，当然没有输出（门无动作，常关）问题思考】当有人一直站在门口时，自动门会怎样动作？为什么？【案例 2】 水箱水位控制再来看水箱的水位控制当水箱内的水没有达到设定的水位（水箱内的“△”所示）时，水箱的水龙头打开，向水箱内放水；当水面达到设定位置，水龙头关闭它有两种控制方式：一为人工控制（图4）； 一为自动控制（图 5）下面分别分析、研究这两种控制阀门连幵机构聲子水箱-fl__— *图4 水禧水位人工控制系统示倉區 图5承箱水位自动控制系统示怠图功能当水面（位）达到设定的水位（高度）时，关闭进水阀门控制方式（1）人工；（2）自动系统组成（1） 人工控制：水箱（包括水箱内的水）；进水阀门2） 自动控制：水箱（包括水箱内的水）；阀门；连杆机构；浮子（俗称水漂） 工作过程（1）人工控制： 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。

2）自动控制：当水面低于设定水位时，浮子下落，阀门打开，进水；浮子“监测'冰面高度，并随着水面升高而浮升当水面达到设定的水位时，浮子传感，通过连杆机构，将阀门关闭问题思考】水箱水位控制系统的图形描述框图，如图6 所示当水位差（给定水位与实际水位之差）不为零时，此信号经连杆机构使阀门打开，放水入水箱；同时，浮子将实际水位的信号反传给比较环节，从而形成水位差信号当水位差为零时，阀门将关闭，不再进 水水位的高低，可以用水面高度这样的量来计量，因此，对于输入、输出就有了输入量、输出量的叫 法 这里，实际水位为被控量，即输出量；阀门开度为控制量讨论分析】案例 1 与案例 2 在控制方面上的区别？对两个案例的系统框图（图5 与图 6）进行比较就可以发现，案例1 中，信息总是自输入端单向传 至输出端，不存在信息逆向流动；而案例2 则不然，除上述过程外，还要将输出信息反传给输入端（比 较环节），存在信息的逆向流动这就是说，案例2比案例1 多了一个信息传递过程与路径案例 2 中，信息流经一个闭合环路，这类系统称之为闭环控制系统闭环控制系统中，将输出信 息反传给比较环节的做法，称之为反馈而案例中，没有反馈，也就不存在闭环，这类系统称之为开环 控制系统。

闭环控制系统与开环控制系统，是两类不同的系统从构成形式上看，两者的不同表现为有反馈 或无反馈从本质上讲，二者的不同在于信息流的传递方式不同因此，开环是按输入实现控制，而闭 环是按偏差（如案例2 中的水位差）实现控制问题思考】1. 水位自动控制比水位人工控制好在哪里？从比较中我们可以得到什么启示？什么叫自动控制？2. 如果水箱水位自动控制系统中的浮子坏了，更换的浮子比原来的小，会出现什么后果？3. 前面我们收集的“使用控制系统的实例”中，哪些是开环控制？哪些是闭环控制系统？【试一试】若要节约用水，减少水位自动控制水箱内水的容量，应该怎么办？将你的设想做一做如果成功， 试说明原理；如果失败，试找出原因二、控制系统的基本组成与工作过程1. 控制系统的基本组成简单的控制系统由两部分组成，即被控对象和控制装置其中的控制装置，包括传感器、控制器、 执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括反馈环节和比较环节2. 开环与闭环控制系统的比较开环控制系统的结构和原理比较简单，信息从输入端到输出端，仅有一条路径它的最大缺点是 控制精度（精确度）不高闭环控制系统的结构较为复杂，信息流经的路径有两条，一条自输入端传至输出端，另一条是输出 端信息反传到输入端的比较环节。

它可以有较高的控制精度和有较强的抗干扰性能讨论交流】 全班研讨开环与闭环控制系统的结构特点与工作过程技术试验】走直线：开环与闭环控制的简单体验试验条件：选一块较宽阔的平地：布带一条；粉笔一支试验做法：1. 在平地中央，用粉笔画上一条标准直线，并分别命名执行的一端为七点，另一端为终点起点与终 点相距 10步以上2. 第一次应试者自起点出发，沿直线走向终点3. 第二次，在起点处用布带将同一个应试者的眼睛蒙好后，应试者凭自我感觉走向终点记录下最终 偏差4. 换人，重复做步骤2与 3讨论：1. 试用控制系统的概念和语言，解释两次走直线试验的不同结果（精度）2. 人的眼睛相当于什么环节？依据是什么？3. 怎样理解闭环控制系统的工作过程对于闭环控制系统来说，输入信号和反馈环节传回来的反馈信号相比较，产生偏差信号一控 制器根据偏差信号的大小和极性（正或负），产生控制作用，传给执行器一执行器将此信号放大、变换后，传到被控对象上一备课对象手执行器传来的信号（称为控制信号）的驱动，产生输出信号；同时, 反馈环节又将感知到的被控对象的输出信号，经变换后产生反馈信号因此，闭环控制是通过反馈，实 现按偏差的控制。

上述工作过程，也是信息在闭环中的流动、【问题思考】分析另一种水位控制系统的工作过程并完成框图分若干小组分析另一种水位自动控制系统（图7）的工 作过程你怎样理解这个系统实现了水位自动控制？ 提示：给定水位H为输入箱内的实际水位因自然下降而低于H控制的作用就是及时给箱内补水，以维持实际水位在H附近练习】李明制作了方便小动物喝水的自动加水器，结构如图工作过程是当 水龙头打开，水就流入碗内，碗内的水位逐渐升高，浸没到塑料管管 口时，没有空气进入密封的铁桶，水龙头停止出水；当碗内水位降低 至塑料管管口以下，空气从塑料管进入铁桶内，水又流出来，使碗内 实际水位控制在管口位置试分析其控制过程，完成下列问题：（1）该控制系统是开环控制系统还是闭环控制系统？2）请填写完成控制系统方框图中所缺部分由于燃烧重加热，被加热的水一部分变为蒸汽后外溢，（3）假设原来搪瓷碗内的水位控制在5厘米，现在需要把碗内水位控制在8厘米，请问可以采取什么方 法？【小结】本节课你学到了什么？【作业】观察教室里的空调是怎样实现温度控制的，描述它的工作过程，并画出其控制系 统的方框图。