通用技术必修二第八章《控制与设计》知识点总结

考点一 控制的手段与应用

◎基础知识

一、控制的含义

1.含义：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。

2.构成控制的三要素：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。

二、控制的手段

1.按控制过程中人工干预的情形分：

（1）人工控制：控制的过程是在人的直接干预和全程干预下进行。

（2）自动控制：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。

2.按执行机构的不同分：机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等。

三、控制的应用

1.控制在生活中的应用

控制应用到生活中，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，使之能满足人们的需要。

2.控制在生产中的应用

生产中往往需要对温度、湿度、压力、速度及加工动作等进行控制。

3.控制在军事、国防领域也有着广泛应用

精密制导武器能够对目标进行准确攻击，火箭能将各种卫星准确送入太空轨道，神舟五号飞船遨游太空、准确返回地面，控制起着重要作用。

重点难点

对构成控制的三要素的理解

考点二 控制系统的工作过程与方式

◎基础知识

一、控制系统

1.含义：任何一种控制的实现，都要通过若干个环节共同实现，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统，称为控制系统。

2.控制系统的输入与输出

（1）输入量：控制系统的启动信号。

（2）输出量：控制系统索要控制的信号，即控制的目的。

3.控制系统通常分为：开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。

4.控制系统的方框图

在控制系统中，为了分析的方便，常采用方框来表示系统的环节，用单向信号线来表示系统信号传递的方向，这种图成为控制系统的方框图。

二、开环控制系统

1.含义：控制系统的输出量不对控制系统产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。

2.开环控制系统的方框图

控制量

输入量 输出量

3.开环控制系统各部分的作用

（1）输入量：控制系统的给定量。

（2）控制器：对输入信号进行处理并发出命令的装置或元件。

（3）执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件。

（4）控制量：执行器的输出信号。

（5）被控对象：控制系统中所要求控制的装置或生产过程。

（6）输出量：控制系统所要控制的量。

例：红绿灯定时控制系统、防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统、红外线自动门控制系统、普通电风扇风速控制系统、可调光台灯控制系统等。

三、闭环控制系统

1.含义：系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。

2.闭环控制系统的方框图

给定量 + 比较器 控制量 被控量

-

3.闭环控制系统各部分的作用

（1）给定量：即输入量。

（2）被控量：即输出量。

（3）检测装置：测量出被控量并返回到系统的输入端。

（4）比较器：将给定量与所监测的被控量进行比较，求出偏差值。

检测装置测量出被控量并返回到系统的输入； 是比较器，它将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值；控制器将这一偏差值进行运算处理，并向执行器下达控制指令；执行器根据指令对被控对象进行控制。

特点：信息传递路径有两条：一条从输入端传至输出端，另一条是输出端信息经检测装置返回到输入端的比较环节，形成一个闭合回路。只要被控量偏离给定量，就会产生相应的控制作用去消除偏差，从而使被控量稳定在一定范围内。（能随机应变。）

例：供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的温度自动控制系统、花房温度控制系统、投篮、

家用电饭锅保温控制系统、家用电冰箱温度控制系统等。

重点难点

一、开环控制系统与闭环控制系统的比较

例1（2013浙江9月高考，15,3分）电梯都配有超载报警系统，其工作原理是：传感器检测电梯的载重量，控制电路进行判断，若载重量超过设定值则接通电子开关，报警器发出声、光信号进行报警。关于该报警控制系统，下列说法中正确的是（ ）

A.被控对象是电梯 B.控制器是电子开关

C.执行器是报警器 D.输出量是有无声、光信号

【解析】

本题考查控制系统的组成分析。该系统是开环控制系统，控制目的是满足条件时报警，满足的条件是电梯超重。因此输入量为传感器检测电梯的载重量，控制器为控制电路，执行器为电子开关，被控对象为报警器，输出量为报警器发出的声、光报警信号，因此D项正确，A、B、C项错误。

答案 D

二、简单控制系统的工作过程分析

考点三 闭环控制系统的干扰与反馈

◎基础知识

一、干扰因素

1.含义：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成为干扰因素。

二、反馈

1.含义：在自动控制系统中，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，成为反馈。

2.反馈方法：利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法，称为反馈方法。

三、功能模拟法与黑箱方法

1.功能模拟法：以功能和行为的相似性为基础，用模型模拟原型的功能和行为的方法，就是功能模拟法。

2.黑箱方法：通过对系统输入和输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，就是黑箱方法。

重点难点

一、反馈与闭环控制系统的工作过程

二、分析影响控制系统运行的干扰因素的注意事项

1.干扰既存在于闭环控制系统中，也存在于开环控制系统中。

2.干扰因素通常作用在被控对象上，其作用是使被控量偏离给定值。

3.通常控制系统中的然扰因素不止一个，因此必须对可能存在的干扰进行全面的调查和分析。但并非所有干扰都需要采取抗干扰措施来克服，因为任何抗干扰措施的实现，都意味着系统结构的复杂和成本的增加。

【方法突破】

一、开环控制系统与闭环控制系统的判断方法

说明：判断反馈是否存在要抓住三点：（1）有检测装置，（2）检测输出量，（3）与给定值比较。由于开环控制系统中有时也会有检测某一信号的装置，因此判断的关键在于找准系统的输出量，判断检测装置是否检测输出量。

二、闭环控制系统工作过程的分析思路

闭环控制系统的基本工作过程为：检测装置检测到被控量，并将其反馈到输入端与给定值比较，得到偏差，控制器根据偏差进行相应的控制，使执行器操控被控对象，使被控对象向期望的方向变化，直到系统的实际被控量与给定值相符，偏差为零时，控制过程结束。

利用上述工作过程的描述格式，从以下一组问题中可以得到闭环控制系统的各个组成部分。