通用技术

（地质版）《技术与设计2》课文内容

第四章  控制与设计

第五节  控制系统方案的初步设计

2010年7月第二版  2011年7月第二次印刷

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技术设计过程一般归纳为：发现与明确问题——制订设计方案——模型或原型的制作——方案优化。对于控制系统设计来说，有它的特殊性，即有许多具体的问题需要在方案设计之前搞清楚。因此，本节围绕着如何形成控制系统设计方案这个中心问题，通过案例分析，来把握系统方案初步设计的思路和方法。

一、如何形成初步的控制设计方案

控制系统设计方案是怎样形成的呢？先来分析两个案例。

【案例4-5】声控灯系统

产品评价：为什么要设计声控灯？

用墙上的开关去开灯或关灯，已是习以为常的事。但是，在一个黑暗的走廊里，用手摸索着寻找电灯开关很费事，对外来的生人更是难事；另外，人走了不关灯，是常有的事，形成常明灯，浪费电力。

声控灯具有特殊功能与应用。比如，在公共楼道里安装声控灯，如图4-22所示，既方便，又节电。

所谓方便，是指来到楼道里的人，只需发出一定量的声响（如咳嗽一声，拍一下掌，跺一下脚），电灯就自动点亮，而无需去找墙上的手操开关。所谓节电，是指过了一小段时间，电灯又会自动熄灭；没有人的时候，电灯处于熄灭状态，不会出现长明灯。

声控灯适用于很多场合，作为产品受到广泛欢迎。

产品展示，声控灯是怎样组成的？

声控灯，是一个简单的开关控制系统。它的组成如图4-23所示。

由图可见，声控灯与常规电灯相比，去掉了常规的手操开关，而增设了声传感器、控制器和常开（断开）接点；其中，声传感器的灵敏度可设置为不同等级，以适应不同场合使用的需要。

1．声响    2．传感器、控制灯、长开接点    3．灯泡图

4-22楼道里的声控灯示意图

声响　传感器　控制器　常开接点电源　电灯

图4-23声控灯系统组成示意图

这样的声控灯系统是怎样设计出来的呢？

分析1：了解被控对象的基本特征

照明用的电灯，具有两个工作状态，即点亮状态与熄灭状态。点亮与熄灭，实际上是供电电路的接通（有电流流过）与断开（无电流流过）。也就是说，这两个工作状态的实质区分是：有电流或无电流。而有电流或无电流，是通过电路中的开关来操控的。

电灯中电流与开关操作之间的关系，可以表示为：

常规灯   开（开关）——有电流，灯亮

关（关灯）——无电流，灯灭

声空灯   有声——有电流，灯亮

无声——无电流，灯灭

由此可见，对于声控灯来说，声响是输入，电流是输出，有（无）前者，便有（无）后者。这是输出与输入之间的参数关系——一种简单的逻辑关系。

如果供电电网的电压或频率由于某种原因出现波动，将会给电路造成影响。这可以视为一种干扰，即电网参数的波动，直接影响声控灯的输出——电流波动，灯光闪烁。这是输出与干扰的关系。

以上分析的是被控对象，在正常工作状态下，其输入与输出之间的关系，输出与干扰之间的关系，称为被控对象的基本特性。

问题思考

如果声控灯的附近并没有来人，而出现意外的声响，如楼上或隔壁有人高声说话或以动作发出声响，灵敏度高的声控灯也会应声而亮。显然，这是另一种干扰。

为避免这种干扰，你有什么好办法？

提示：注意上文的有关内容。