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第四课时：系统、控制与设计
复习目标：
1、会判断开环控制与闭环控制
2、会画开环与闭环控制系统方框图
3、理解各环节及其作用
复习重点：
1、开环与闭环的区别
2、控制系统中各环节的作用
【直击高考】1、（2007高考） 某办公楼大厅采用自然光照明，控制系统如图，太阳光经过反光镜反射到反光球面镜上，反光球面镜再将光线反射到大厅，从而达到采集自然光的目的。当太阳移动后，光线到达反光球面镜的位置也随之发生偏移，相应的传感器就会受到光照产生电信号，控制器根据不同传感器送来的信号控制反光镜作相应的调整。
（1）该系统是开环控制系统还是闭环控制系统？
（2）该系统中，被控对象是　　　　　　　　。
（3）控制器与人体哪个器官的功能是类似的？
（4）请再写出两种利用太阳能的产品。
2、小强用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制。经检查，恒温箱的控制器没有故障。参照右图，下列故障判断正确的是
A．只可能是热敏电阻出现故障
B．只可能是温度设定装置出现故障
C．热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障
D．可能是加热器出现故障
3、(2010高考)普通高压锅使用过程中，当锅内压力达到一定值时，压力阀会浮起并放气，使锅内压力维持在预定值水平。该压力控制系统是
①人工系统 ②自然系统 ③人工（手动）控制 ③自动控制
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
4、（2010高考）让创新的热情激荡年轻的心灵，让创新的喜悦充盈蓬勃的青春。
项目名称：防风自动关窗装置的制作
结构：①风力感应部分，包括安装在户外的风向标、风力板和弹簧（稳定风力板）。
②窗体传动部分，包括窗体滑轮、索引线和引线滑轮。
③电路部分，包括电源（E）、电机（M）、触头开关（K1）和嵌入墙体中的按压开关（R2）。
工作原理：①窗户打开时，K2在弹簧的作用下自动闭合，防风功能处于待命状态。
②起风时，风向标转向来风方向，风力板受风力推动发生偏转，使K1闭合，电机驱动窗户向左移动。
③待窗户关闭时，窗枢推压K2撞杆并使其断开，电源切断，自动防风功能关闭。
装置示意图
（1）本项目的设计分析如下：
A、请填写图框中的① ② 。
B、该系统的被控对象是
（4）制作风力板最合适的选材是
A.普通硬纸板 B.铸铁板 C.太阳能电池板 D.硬铝板
（5）安装电源时，要用螺丝钉将电池盒固定在木质底座上。下列组合最省力的是
A.细柄螺丝刀，密纹螺丝钉 B.粗柄螺丝刀，密纹螺丝钉
C.粗柄螺丝刀，疏纹螺丝钉 D.细柄螺丝刀，疏纹螺丝钉
(2010高考56）某同学要在玻璃种营建一个蚂蚁巢穴，设计了以下操作步骤；
①在瓶口放置一块潮湿的海绵，盖上带有一些小孔的瓶盖
②用一块黑布将瓶蒙几个星期，让蚂蚁安顿下来
③在木头或石块下需找蚁穴，并观察蚂蚁搬进巢的食物种类
④将一定数量的蚂蚁与蚁穴周围的土壤及一定种类的食物放入玻璃瓶中
（1）上述步骤的合理排序应是 。
(2009高考)成语和俗语是千百年来人们生活智慧的结晶，其中不少蕴含着有关技术与设计的道理。下列与设计过程中的“结构”“流程”“系统”和“控制”依次对应的是
①见风使舵 ②铜墙铁壁 ③磨刀不误砍柴工 ④牵一发而动全身
A．②③①④ B. ②③④① C. ③②①④ D. ③②④①
【学习过程】
一、自主学习
1、构成系统必须具备三个条件：
①至少要有 才能组成系统。
②要素（部分）之间 形成一个整体。
③这个整体具有的功能是 。
2、系统的基本特性： 、 、 、 。
3、控制系统是用以完成一定控制任务的元、部件的组合。控制系统通常分为 控制系统和 控制系统。 简单的控制系统由两部分组成，即 和 。其中的控制装置，包括 、 、 等环节，对于闭环系统来说，还包括 环节与 环节。
理解任何控制现象，都要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的 采取什么控制手段。结合生活中的控制实例，填写下表：
控制实例
控制的对象
控制的目的
控制的手段
电风扇扇叶转速快慢的控制
电风扇
调节速度
换档
音响的音量控制
燃气热水器温度的控制
4、开环控制系统是指 的控制系统；举例： 。
闭环控制系统是指 的控制系统。举例： 。
5、控制系统的方框图：
开环控制系统：

闭环控制系统：
（1）绘制框图的方法：
依次确定系统各个环节： ， ， ， （对闭环系统而言）
确定被控对象（ ）、 量、 量、反馈量和偏差量
用带箭头的直线表示 的方向与过程。加上比较环节（闭环系统）。在绘制框图中，先画 ，再画 ，接着画 、 ，最后 环节， 闭环，并标注各量。
（2）各环节作用
器：感知信号并传递信号至下一环节
器：根据传送来的信号产生控制器信号并传送到下一环节。传送来的信号在开环系统中是有传感器直接传送过来的，而闭环系统中是比较环节中产生的信号。
器，是控制器输出信号的执行机构
环节：根据输入量与反馈量的大小与极性，产生偏差，再传给控制器
（3）开环控制系统与闭环控制系统的比较
开环
闭环
信号传递
控制精度
结构
成本
比较环节（有/无）
6、实例体验：
（1）自动门控制系统是 （开环/闭环）控制，其工作过程：当有人到达门前某一距离时， 感知，并发出“有人”的信号； 接到传感器的信号后，经变换放大后传给 ； 根据传来的开门信号转动，门被打开（这里的门叫 对象，门打开就是 信号）； 保持开门信号延时后，自动发出关门信号， 反转，门重新关闭。
（2）水箱水位自动控制系统是 （开环/闭环）控制，其工作过程：当水面低于 水位时， 下落，打开阀门放水入水箱， 监视水面高度，并随水面的升高而浮升；当水面达到 水位时， 传感，通过 ，将阀门关闭。实际水位是 量，输入量是 ，阀门的开度为控制量。在控制中，被控对象是 ，执行器是 ，控制器是 ，传感器（即检测装置）是 。
7、闭环控制系统的干扰与反馈
（1）在控制系统中，除 量（给定值）以外，引起 量变化的各种因素称为干扰因素。一个控制系统能够很好的避开或抑制干扰，使干扰对系统的影响很小，我们就说这个系统的 能力强。在控制系统框图中，干扰作用一般表示在 上。
（2）闭环控制系统是通过 克服干扰因素而使系统达到稳定的。
二、合作探究
1、在游泳池注水控制系统中，如果进水管单位时间的水流量一定，那么游泳池水位的高度与进水的时间是一一对应的。我们就可以通过设定注水时间，使游泳池的水位达到希望的高度。将注水的时间值设定到定时器中，开启进水阀门注水，一旦时间到达，定时器就会通知进水阀门关闭，停止向游泳池注水。请判断这一控制系统是开环还是闭环控制？并画出系统方框图。
2、许宁在体育课上练习立定投篮时，发生了这样的情况：
第一次投掷，由于用力太大，篮球碰到篮板上弹了回来，没有命中。
第二次投掷，他吸取了第一次的经验，减小了用力，但由于用力过小，篮球没有碰到篮圈。
第三次投掷，他吸取了前两次投掷的经验，终于投中。
在这里可以将人看作控制系统，整个投篮过程是开环控制还是闭环控制？并画出系统方框图。
课件26张PPT。通用技术专题（四）基本能力提高学案+冲刺经典（自主学习+基础知识的掌握）+练习题1、会判断开环控制与闭环控制
2、会画开环与闭环控制系统方框图
3、理解各环节及其作用【复习目标】1、开环与闭环的区别
2、控制系统中各环节的作用【复习重点】（2007高考 19题）1某办公楼大厅采用自然光照明，控制系统如图，太阳光经过反光镜反射到反光球面镜上，反光球面镜再将光线反射到大厅，从而达到采集自然光的目的。当太阳移动后，光线到达反光球面镜的位置也随之发生偏移，相应的传感器就会受到光照产生电信号，控制器根据不同传感器送来的信号控制反光镜作相应的调整。
【直击高考】（1）该系统是开环控制系统还是闭环控制系统？
（2）该系统中，被控对象是　　　　　　　　。
（3）控制器与人体哪个器官的功能是类似的？
（4）请再写出两种利用太阳能的产品。本题考查了
1.控制系统的类型
2.控制系统的组成部分反光镜大脑太阳能热水器、电池、飞机、路灯等（2007年高考15题）2、小强用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制。经检查，恒温箱的控制器没有故障。参照右图，下列故障判断正确的是
A．只可能是热敏电阻出现故障
B．只可能是温度设定装置出现故障
C．热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障
D．可能是加热器出现故障此题表面是看是一个物理方面的题，其实是一个关于故障的排查的相关问题，是一个技术题 。C【直击高考】3、(2010高考)普通高压锅使用过程中，当锅内压力达到一定值时，压力阀会浮起并放气，使锅内压力维持在预定值水平。该压力控制系统是
①人工系统 ②自然系统③人工（手动）控制④自动控制
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④本题考查了
1.系统的分类
2.控制的分类B【直击高考】4、(2010高考)让创新的热情激荡年轻的心灵，让创新的喜悦充盈蓬勃的青春。
项目名称：防风自动关窗装置的制作
结构：①风力感应部分，包括安装在户外的风向标、风力板和弹簧（稳定风力板）。
②窗体传动部分，包括窗体滑轮、索引线和引线滑轮。
③电路部分，包括电源（E）、电机（M）、触头开关（K1）和嵌入墙体中的按压开关（R2）。
工作原理：①窗户打开时，K2在弹簧的作用下自动闭合，防风功能处于待命状态。
②起风时，风向标转向来风方向，风力板受风力推动发生偏转，使K1闭合，电机驱动窗户向左移动。
③待窗户关闭时，窗枢推压K2撞杆并使其断开，电源切断，自动防风功能关闭。
装置示意图
（1）本项目的设计分析如下：A、请填写图框中的① ② 。
B、该系统的被控对象是
（4）制作风力板最合适的选材是
A.普通硬纸板 B.铸铁板 C.太阳能电池板 D.硬铝板
（5）安装电源时，要用螺丝钉将电池盒固定在木质底座上。下列组合最省力的是
A.细柄螺丝刀，密纹螺丝钉 B.粗柄螺丝刀，密纹螺丝钉
C.粗柄螺丝刀，疏纹螺丝钉 D.细柄螺丝刀，疏纹螺丝钉风向标如何感应风力窗户(2010高考56）某同学要在玻璃中营建一个蚂蚁巢穴，设计了以下操作步骤
①在瓶口放置一块潮湿的海绵，盖上带有一些小孔的瓶盖
②用一块黑布将瓶蒙几个星期，让蚂蚁安顿下来
③在木头或石块下需找蚁穴，并观察蚂蚁搬进巢的食物种类
④将一定数量的蚂蚁与蚁穴周围的土壤及一定种类的食物放入玻璃瓶中
（1）上述步骤的合理排序应是 。【直击高考】③ ④ ① ②本题考查了流程问题。
排序问题是高考必考的。
系统是由相互依存的若干个部分组成 的、具有特定功能的有机整体。（1）自然系统
人造系统
（2）实体系统
抽象系统
（3）静态系统
动态系统
（4）开放系统
封闭系统系统分类自然物自然形成的系统，如人体系统人工建造、加工而构成的系统，如人造地球卫星看得见、摸得着的具有实体为元素所构成的系统，如温室系统由概念、原理、方法、制度、程序构成的系统，如智力竞赛软件系统的结构和状态不随时间推移延续而变化，如棚室环境系统结构和状态具有产生、变化、发展、消亡的过程系统，如城市系统与环境相互发生联系、交换的系统，如人体系统不与环境相互发生联系、交换的系统，停建的工程/密闭容器中的化学反应 系统的三要素：
1.至少要有两个或两个以上的要素
2.各要素之间相互联系相互作用，有一定的结构
3.系统的功能是组成要素所不具备的系统的基本特征：整体性
相关性
目的性
环境适应性
动态性 人们根据自己的目的，通过一
定的手段，使事物沿着某一确定的 方向发展，就形成了控制。控制系统控制与设计简单的控制系统分析控制系统有二种基本控制方式：开环控制、闭环控制
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。
闭环控制是自动控制系统最基本的控制方式，而且应用广泛。音响音量大小音量旋钮燃气热水器调节水温温度调节按钮控制实例分析开环控制系统是指控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。
举例：自动门开关，打开灯的开关闭环控制系统是指将输出量直接或间接反馈到输入端形成闭环参与控制的控制系统。
举例：自动调温空调，水箱水温控制，水龙头，自行车控制系统
A）依次确定系统各个环节：被控对象，执行器，控制器，反馈环节（闭环系统而言）
B）确定被控量（输出量）、控制量、输入量、反馈量和偏差量
C）用带箭头的直线表示信息在系统中流动、传递的方向与过程。
四个步骤
即自右往左画：
先画 被控对象，再画 执行器，接着画 控制器、反馈环节，最后画 “ ”，连接闭环，标注各量。控制系统框图的绘制方法控制 器：感知信号并传递信号至下一环节
比较器：根据传送来的信号产生控制器信号并传送到下一环节。传送来的信号在开环系统中是有传感器直接传送过来的，而闭环系统中是比较环节中产生的信号。
执行器，是控制器输出信号的执行机构
反馈环节：根据输入量与反馈量的大小与极性，产生偏差，再传给控制器控制系统各环节作用 开环控制是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向
联系的控制过程。其特点是系统的输出量不会对系统的控制作用发生
影响，不具备自动修正能力。开环控制（控制精度不高）控制器执行器被控对象输入量输出量控制量开环控制系统开环控制系统框图闭环控制 闭环控制是将输出量直接或间接反馈到输入端形成闭环
参与控制的控制方式。干扰因素：
在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种
因素称为干扰因素。有的干扰因素是环境造成的，如影响自行车行驶速度的变化的自然风等；有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。 反馈：输出量送回至输入端并与输入信号比较的过程。控制器执行器被控对象给定值被控量干扰信号　　把系统的输出量返回到输入并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统闭环控制系统方框图水箱水位控制系统框图输入量控制器
连杆机构执行器
阀门被控对象
水箱输出反馈环节
浮子水位差反馈（给定水位）（实际水位）合作探究1如果把设定注水时间改为设定水位+合作探究2 给定量
（篮圈位置）控制器
（大脑）执行器（手）被控对象（篮球） 被控量
（篮球定位）比较器检测装置
（眼睛）+控制量投掷力普通红绿灯按车流量控制的红绿灯常见开闭环控制系统方框图分析1.下列控制系统中，属于开环控制系统的是（??? ）。 A、智能电冰箱的温度控制?B、计算机的CPU上的风扇的转速控制C、现代化农业温室的温度控制?? D、红绿灯定时控制系统2.①声控灯 ②电铃③电饭煲 ④饮水机 ⑤空调 ⑥冰箱 ⑦自动门
⑧抽水马桶⑨干手器 ⑩电梯属于开环控制系统的是：
属于闭环控制系统的是：① ② ⑦ ⑨ ⑩ ③ ④ ⑤ ⑥ ⑧巩固

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