通用技术必修一第二章知识点总结（通用技术必修二第八章控制与设计知识点总结）

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通用技术必修一第二章知识点总结

考点	基本要求	发展要求	说明
控制的 手段和应用	1.控制的手段 2.人工控制和自动控制	了解		人工控制的分析不作要求
1.控制的含义 2.控制的目的和对象 3.控制在生产和生活中的应用	理解
控制系统的工 作过程与方式	1.简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成 2.画出简单的开环控制系统和闭环控制系统的方框图 3.控制器和执行器的作用	了解
分析简单控制系统的工作过程与方式	理解	结合具体控制系统案列分析其工作过程与方式
闭环控制系统	三要素	对象	目的	手段
含义	被控制的事物	人们的意愿或期望的方向	控制实施的方式和方法

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

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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

	开环控制系统	闭环控制系统
相同点	均包含被控对象、控制器、执行器、控制量等组成部分
不同点	特征	输出量仅受输入量控制	根据被控量与给定量间的偏差控制系统的运行
信号传递	单向	双向
组成		增加了检测装置和比较器
控制精度	较低，需人工控制辅助	较高，能通过反馈克服干扰

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

控制 系统	控制类型	案列分析
开环控制系统	开关类	公交车车门的开关控制 行程开关信号 开关 司机操作开关装置，发出开关信号，控制电磁阀的启闭，通过电磁阀决定压缩空气的流向，由压缩空气推动活塞，从而带动车门的开启与关闭。
定时类	泳池定时注水系统 设定 水流量 泳池注水 的水 时间 位 使用者将注水的时间值设定到定时器中，开启进水阀注水，一旦时间到达，定时器就会控制注水阀关闭，停止向泳池注水。
检测报警类	车辆超速检测系统汽车的 超速汽速度 车信息 测速雷达测量车速，经判断超速后，电脑控制摄像头将超速车辆的信息记录下来。
闭环控制系统	恒定输出类	电冰箱恒温控制系统 比较器 设定 温度 - 感温元件测出冰箱内的实际温度，与设定的温度进行比较，若冰箱内的温度高于设定值，温度控制器将启动压缩机给冰箱制冷，使冰箱内的温度降低，直至与设定值一致。
动态跟踪类	风力发电机跟踪风向的控制系统 风向测定装置将检测到的风向信号送给迎风控制装置与设定值比较，迎风控制装置根据风向角度偏差信号控制偏航电机运转，调整风轮角度，使风轮始终对准风向。

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

现象	结果
干扰因素	系统的被控量偏离给定值
检测装置检测到发生偏离的被控量	与输入端的给定值比较，获得偏差，完成反馈
控制器根据偏差进行调节	系统的被控量接近给定值
总结：闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量的偏差

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

根据定义判断	输出量对控制系统的工作不产生影响的是开环控制系统，输出量影响控制系统状态的是闭环控制系统
根据信号传递特征判断	开环控制系统信号单向传递，闭环控制系统信号双向循环传递。
根据反馈的有无判断	开环控制系统不存在反馈，闭环控制系统存在反馈

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。

问题	对应的组成部分
系统的名称是什么	被控对象
系统的控制目的是什么	被控量与给定量
什么装置检测输出量	检测装置
系统如何根据偏差进行控制	控制器与执行器
控制的结果是什么	再次回到被控对象与被控量，完成信号的循环传递

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