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第5章 控制系统与工程
第1节 自动控制系统
八下科学 ZJ
1.了解生活中的自动控制系统。
2.知道自动控制系统的三个部分，知道人的自动控制系统与机器人
的自动控制系统的区别。
3.认识各种传感器的功能。
定义 机器可以根据人的要求自主完成某些操作，达到人的要求或具备人所期望的功能，这就是自动控制
示例
楼梯灯自动开启与关闭
感应门自动开启与关闭
优点 传统的应急抢险救援方式主要依赖人力，辅以各式专业装
备。但有些救援因现场极度危险，人力不能完成。例如发
生洪灾、火灾、地震、海啸时，用机器人施救溺水者、进
入火场的极度危险区作业、搜寻废墟中的幸存者，可以达
到人力无法完成的作业效果（自动控制是相对人工控制而
言的，它能够根据人的需要、机器或装置自己获得的信
息，及时作出合理的判断，进而自主地完成某些操作）
意义 自动控制已经广泛应用于生活、生产，是航空航天、国防
科技等领域的重要技术，也是当今国家竞争力的重要标志
教材第196页
生活和生产中自动控制的应用案例如下：空调、全自动洗衣机、
电饭煲、压力锅、扫地机器人、数控机床、工业机器人、自动化装
配线/包装线、无人机等。#4.2
合理归类如下：
①家用电器：空调、全自动洗衣机、电饭煲、压力锅、扫地机器人。
②工业生产：数控机床、工业机器人、自动化装配线/包装线。
③新兴领域：无人机。
案例中实现控制功能的设计思路：自动控制系统。
典例1 下面选项中，没有应用自动控制的是( )
A
A.手电筒 B.数控机床 C.自动扶梯 D.交通信号灯
1.控制是一个主体对一个对象发出有目的的操作行为，以达到主体
的期望。例如，儿童抓住自己喜欢的玩具；为了使屋内亮起来，按
压灯的开关；为了打开房门，把钥匙插入锁孔并旋转；商场自动门
为顾客打开……这些操作中，“抓住”“按压”“插入”“打开”等都
是一个主体对一个对象的控制行为。
2.“绕行”行为的控制过程
在路上行走时，如果发现前方有较深的积水区，我们会先观察，然
后根据观察的情况作出合理的判断：因水深且面积大，故决定绕行
过去，而不是走入积水区域。从控制系统的角度分析，人的行为过
程如图所示。
3.自动控制系统
定 义 三个部分功能组块（信息收集、信息处理与操作执行）之间
是相互联系、相互制约的，一个组块的信息对另一个组块会
产生影响和作用，这三个部分的组块就形成了自动控制系统
（系统是由几个相互联系、相互制约的部分组成的整体，每
个部分也可以是由几个相互联系、相互制约的子系统组成
的。系统的各部分组成一个共同的统一体，完成一个共同任
务）
示 例 人体的循环系统、消化系统、神经系统、呼吸系统等，都是
由几个部分（器官）组合而成的
一个复杂的系统可以由几个子系统组成，每个子系统完成一个子任
务。子系统之间相互联系、相互协调，可共同完成一个复杂的任务。
例如，银河系有很多像太阳系一样的子系统；太阳系有像地球一样
的子系统……因此，系统是一个相对概念。
教材第197页
原子系统的结构：
原子系统的组成：原子由原子核和核外电子组成，原子核由质子
和中子组成。
4.人的自动控制系统
5.机器人的自动控制系统#7.5
实现自动控制必须有三大系统才能完成：信息收集系统、信息处理
系统和操作执行系统。当然，完成自动控制的过程必须有信息转换
和信息传输系统的支持#7.5.2
辨析比较
机器自动控制系统与人体控制系统的比较#8.1
功能系统 机器自动控制系统 人体控制系统
信息收集 由各种传感器感知各种信 息，并把信息转化成电信号 由各种感觉器官感知各种
信息，并把信息转化成神
经传输的冲动（微电流）
功能系统 机器自动控制系统 人体控制系统
信息处理 收集的信息由中央处理器 （计算机、数据处理器等） 进行计算和处理，并根据结 果发出操作指令 收集的信息由大脑神经系
统进行计算和处理，并根
据处理结果发出操作行为
指令
操作执行 根据中央处理器的指令，由 相应的操作部件（如继电器、轮轴和电机组成的机械装置）完成指令要求的操作 根据大脑的指令，由相应
的操作器官或部位完成指
令要求的操作
教材第198页
典例2 某智能扫地机器人在清扫过程中检测到前方有障碍物（如椅
子），它先减速，然后调整方向绕过椅子，继续清扫。分析扫地机
器人完成这一过程时，其自动控制系统的三大系统是如何协同工作的。
解：
1.传感器：把收集的各种信息（光、声、压力、气味、温度）转化
成电信号的元件或装置。
2.人和机器人感知外部世界的途径（以信息收集系统为例）#9.2
3.认识各种传感器的功能#9.3
传感器 相当于人 的感官 功能 应用举例
光敏传感器 眼 视觉：收集光信 息 相机感光元件、路灯和
航标自动控制、计数
器、红外温度计
气敏传感器 鼻 嗅觉：收集气味 分子的特征信息 空气质量、气体泄漏监
测、医疗器械元件
传感器 相当于人 的感官 功能 应用举例
声敏传感器 耳 听觉：收集声音 信息 环境噪声监测、安防监
控、家居自动控制
压敏、温敏 等传感器 皮肤 触觉：收集压 力、温度等信息 电子秤、电子温度计等
化学传感器 舌 味觉：收集物质 的化学成分信息 环境监测、酒驾检测等
教材第199页
楼梯灯需要光敏传感器、声敏传感器和人体感应传感器，才能实现
晚间自动开启为行人照明的功能。#9.3.1.2
典例3 传感器在自动控制系统中的作用类似于人体的( )
C
A.大脑 B.神经 C.感觉器官 D.四肢

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