普通高中课程标准实验教科书 通用技术（必修2）

技术与设计2

教师教学用书

高中一年级下册

河南省基础教育教学研究室组编

河南科学技术出版社

郑 州

第四章 控制及其设计

第四节 控制系统的设计

一、学习目标

（1）能根据控制系统的要求，确定被控量、控制量。

（2）能绘制控制系统的方框图，并制订简单控制系统的设计方案。

（3）能制作一个简单的控制系统，进行调试运行和评价。

二、教材分析

（一）教学内容分析

本课时使用的是豫科版教材《技术与设计2》第四章“控制及其设计”的第四节“控制系统的设计”，计划安排2个课时。

本节介绍了控制系统设计制作的流程。控制系统的设计流程如教材图4.45所示。

1．确定控制要求

设计一个控制系统，首先要确定控制要求：控制对象是谁；被控量是什么；被控量的控制值是多少。比如，空调控制系统的控制对象是房间，控制量是温度，被控量的控制值是25℃±2℃。

控制系统是为被控对象服务的，是围绕被控对象而设计的，被控对象是控制系统的主体。因此，对被控对象的特性进行深入分析和了解是控制系统设计的一个重要前提。

2．选择控制方案

在设计控制方案时，首先要确定用什么执行机构来实现对控制对象及控制量进行控制。如何改变室内温度；房间热了如何降温，房间冷了如何加热；通常房间热了用压缩制冷降温，房间冷了用暖气加热，或者用热泵（可以看作是能制热的空调）加热。如何开关自动门，是用电动机（如宾馆自动门），还是气压缸（如公共汽车门）。用气压缸需要有气源，很多地方没有气源，可以采用电动机。

执行机构确定后，还要确定采用什么控制装置，比如是用开环控制还是闭环控制。一般来说开环控制装置比较简单、价格低，如果能够达到控制要求，可以优先采用。像声控灯、自动门等“开、关”状态控制的情况，都是采用开环控制系统。当被控量是“温度、压力、水位”等连续变化量时，往往采用闭环控制系统。如空调的温度控制、水塔水箱的水位控制等。

控制方案确定后绘制出控制系统框图。确定控制系统的组成，各组成部分之间的控制关系等。有电子控制的系统还要绘制电路图。具体方法如下：

（1）分析、计算。实现对控制对象、控制量的有效控制要对执行机构进行计算，如空调的制冷量、温控箱的加热功率、升旗装置的电动机功率和转速等。

（2）检查。对设计好的控制系统进行检查，看看控制方案是否合理、能否有效控制控制对象和被控量，如果方案有问题就要重新设计。

选择元器件：控制方案确定后就要根据控制方案选择相应的元器件。包括传感器、控制装置、执行机构等。

（3）制作、调试。根据控制框图和电路图等设计文件安装连接控制系统，进行调试，直到实现控制目标。

（4）制作实践——制作定时升旗装置设计制作。以开环控制的定时升旗装置为例，学习一个完整的控制系统设计制作的全过程。

升旗是一个学校里常见的活动，学生对于升旗的要求很熟悉。升旗控制系统也比较简单，设计制作都不难，易于实现。适合作为学生学习控制系统设计制作的案例。

升旗控制采用开环控制，是因为升旗控制系统的被控量有两个，一个是把旗子恰好升到旗杆顶端，二是时间与播放国歌的时间同步。开环控制时可以把位置控制（升旗到旗杆顶端）转换为升旗时间控制。通过计算让升旗所需时间等于国歌播放时间，这样就可以同时实现升旗控制的两个控制目标。