普通高中教学用书

通用技术

技术与设计2

河南基础教育教学研究室

河南科学技术出版社

必修2教材文字内容

2019年版

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第四章

控制及其设计

导  言

远古时代，江河肆虐，洪水泛滥，人们常遭受灾害之苦。后来，人们学会了开渠修堰避免洪灾。现代的人们则拦河筑坝，调水发电。随着人类控制水的能力不断增强，水害变成了水利。人类是随着对事物控制能力的增强而逐步发展进步的。

如今，控制无处不在，已广泛应用于我们的日常生活、工农业生产和社会活动中，如工业系统中的温度控制、压力控制、流量控制、质量控制，社会系统中的物价控制、交通控制、人口控制等。本章将要学习控制的基本概念和原理；认识控制系统的基本组成和简单的工作过程，学会画控制系统的方框图；在学习控制系统知识的基础上，进行简单控制系统的方案设计，并进行搭建和调试运行。

思维导图

控制及其设计

1．控制的基本概念

①什么是控制

②控制有哪些类型

2．控制系统的组成及工作过程

①什么是控制系统

②生产和生活中有哪些控制系统

③知道控制系统的组成以及工作过程是什么

④如何表达一个控制系统的工作过程

3．干扰和反馈

①什么是干扰，什么是反馈

②开环控制系统和闭环控制系统有哪些区别

4．控制系统的设计

①如何设计一个控制系统

②动手做一个自动升国旗装置

③尝试做一个水箱水位控制系统

通用技术

（河南版）《技术与设计2》课文内容

第四章 控制及其设计

2019年版本

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第一节　控制的基本概念

学习目标

1．理解控制的含义。

2．了解生产、生活中的控制问题和广泛应用。

3．了解手动控制、自动控制、智能控制的特点。

我们先来做个“闭眼放硬币”的小游戏（图4.1）：把一个存钱罐放在你面前的桌子上，看准投币孔的位置，然后闭上眼睛，将硬币放入存钱罐的投币孔中。试试看，这个看似简单的活动当失去了眼睛提供的控制信号以后，是不是难了许多？

放硬币的过程是一个复杂的控制过程。首先观察、判断存钱罐的位置，然后在手持硬币接近存钱罐的同时，不断观察和判断硬币与投币孔之间的距离，并不断调整手的位置，直到将硬币顺利放入投币孔。一旦闭上眼睛，失去了视觉的检测，就无法持续观察和判断硬币与存钱罐投币孔之间的距离并进行调整。这样，一件平常很容易做到的事，就变得困难了许多。

图4.1 闭眼放硬币

我们生活中经常能听到“控制”一词，如温度控制、压力控制、质量控制、人口控制等。“控制”反映了人们的主观愿望和对客观事物的干预、影响。

一、控制的含义

控制是指人按照一定的目的，对事物施加影响，使其向目标发展变化的过程和行为。例如，夏天房间里温度高，人们打开空调，使房间里的温度下降到舒适的温度，这就是对房间温度的控制，实际就是对“温度”这个物理量进行调节，使其接近或达到人们的期望值。

控制广泛应用在生产生活的各个领域。例如，日常生活中公共场所经常使用的红外线自动水龙头、银行的自动取款机、商场的自动门等；工农业生产中温室大棚的温度自动控制系统、工业化的自动装配生产线，交通运输中的红绿灯自动控制系统、智能交通控制系统等；军事领域中的火炮随动控制系统等。

人体本身就是一个复杂的控制系统。人在站立时要控制自己的身体，使身体的重心线落在两脚的支撑面内。人在行走时，要控制身体的重心线交替地落在两只脚上。骑自行车也是一个控制过程。将自行车前后轮支撑点连线，人体的重心只有恰好落在这条线上才能保持平衡，在骑行时，人们可以通过调整前轮的运动方向，改变自行车支撑点的位置，使人体的重心始终落在自行车支撑点的连线上，就不会跌倒（图4.2）。

图4.2 走路和骑自行车都是控制行为

人们发明了许多能够代替人的大脑进行判断和决策的控制装置，完成过去需要人工进行的控制。特别是随着计算机的广泛应用，人们给各种机器安装了“大脑”，机器可以按照人们的安排自动完成各种工作。现在有一种自动平衡车，由设计巧妙的机电控制装置自动实现平衡，人们不用经过复杂的学习训练，就可以很容易地操纵平衡车（图4.3）。

图4.3 平衡车

随着科技的进步，越来越多的原来由人进行控制的东西现在都可以由自动化装置来进行控制。