1、1 第一单元第一单元 结构与设计结构与设计 一、常见结构的认识一、常见结构的认识( (必考必考) ) 1.1.结构的概念：结构的概念： 从力学角度来说，结构是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗 能引起形状和大小改变的力。结构形状不同，其抵抗外力的能力也不同。 物体的结构类型通常可以分为实体结构、框架结构、壳体结构， 不同的 结构类型有不同的结构特点。壳体结构利用整个表面来分散压力。一 个比较复杂的结构由许多不同的部分组成，这些组成部分通常称为构件。 温馨提示： 结构 结构特点 受力特点 举例 实体结构 实心的结构 外力分布在整个体积 中 实心墙、大坝、 橡皮 框架结构 由细长的构建 组成 既
2、能承受竖向重力荷 载，也能承受水平方向 的荷载 铁架塔、建筑用 脚手架、厂房的 框架 壳体结构 层状的结构 外力作用在结构体的 表面上 头盔、飞机的外 壳、贝壳、水立 方 2.2.结构的受力结构的受力 生产生活中常见的结构都能抵抗来自外界的各种作用力和自身重 力。根据构件的受力和变形的形式，我们可以将结构受力分为：受拉、 受压、受剪切、受扭转和受弯曲这五种基本形式。 构件的受力 基本形式 特点 受拉 构件受拉拽力 2 受压 构件承受使之被挤压的力 受扭转 构件两端承受方向相反的均匀的力，使它发生扭转形变 受弯曲 构件承受使之产生弯曲的力 受剪切 构件承受两个距离很近的，大小相等，方向相反的平行
3、力 受力形式指结构在力的作用下形变的趋势。例如：人坐在椅子凳面板 上，凳面板会有弯曲的趋势，所以凳面板受弯曲。 温馨提示： 受力的分 析技巧 A方向背向在同一条直线的为受拉； B方向相向的，同一条直线的为受压，不在同一直线且 稍微错开一点的为受剪切，不在同一直线且错开距离较大 的为受弯曲 C有 360 度旋转的为受扭转。 二、稳固结构的探析二、稳固结构的探析( (必考必考) ) 1 1结构的稳定性结构的稳定性 结构的稳定性是指结构在荷载的作用下维持其原有平衡状态的 能力，它是结构的重要性质之一。 2.2. 影响结构稳定性的主要因素：影响结构稳定性的主要因素： 影响结构稳定性的因素主要有三种：重
4、心位置的高低，结构与地 面接触所形成的支撑面的大小、结构的形状。 静止状态结构稳定的根本原因是：结构的重心所在点的垂线是否 落在支撑面内。如落在支撑面内，则不会倾倒。 提高结构稳定性的方法： (1)降低重心； (2)增大结构与地面接触所形成的支撑面积； (3)改变结构形状。 3.3. 影响结构强度的主要因素影响结构强度的主要因素 3 (1) 结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。 当一个结构受到外力作用时，内部各质点之间的相互作用发生改 变，产生一种抵抗外力与形变的力，称为内力(F)。应力()是构件的 单位横截面积上(s)所产生的内力。其公式为=F/S。如果达到某一极 限值时，结构就会
5、遭到破坏。应力可以作为表示结构构件强度的基本 指标。 影响结构强度的因素主要有三种：结构的形状、使用的材料、构件 之间的连接方式。三角形是框架结构中最基本的形状之一，它结实、稳 定，所用材料最少。在长方形或六边形的框架中间。加上支撑构件， 构 成三角形，可大大增加结构强度。 (2) 构件的连接方式通常有两种：铰连接和刚连接。 铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可相对转动。如： 门与门框的活页连接。 刚连接：被连接的构件在连接处既不能相对移动，也不能相对转动。如 焊接、胶接、榫接。 (3) 提高结构强度的方法 改变结构的形状：包括结构的外部形状和构件的横截面形状； 更换使用的材料，结构
6、选用强度更好的材料。 改变构件之间的连接方式，木材间的刚连接可采用榫接、钉接、胶 接等。 温馨提示： 结构稳定性和 强度的区别 a 结构将遭到破坏的是强度，结构完好，只是平衡问题的 是稳定性； b 改变截面形状只影响强度； c 材料加厚加粗可影响强度； d 底面支撑面增大影响稳定性； 4 e 换材料影响强度，但将底部换更重的材料影响稳定性： f 结构能够稳定并不是表示结构稳定性好，只说明重心投 影落在支撑面内。 4.4. 提高结构稳定性和强度的常见措施提高结构稳定性和强度的常见措施 特性 影响因素 常见措施 稳定性 重心 加重底座，外壳轻便 支撑面 支撑脚伸展，外张 形状 衍架结构 强度 材料
7、 同材料能承受不同形式的作用，如：混凝土 抗压性能好；钢筋抗拉性能好；绳索可受拉， 不可受压，受弯曲。 构件的横截面积越大，其能产生的内力越大。 形状 外部形状：三角形、拱形 截面形状：圆形、工字形 连接方式 铰连接：松螺栓、松铆、合页连接 刚连接：榫接、胶接、焊接 温馨提示： 横梁钢筋置放问题： 注意辨析：钢筋混凝土的作用：混凝土擅长 抗压，钢筋擅长抗拉。 注：对于室内横梁整体受弯曲，上部受压， 下部受拉，下部铺设多根钢筋；对于阳台横 架整体受弯曲，上部受拉，下部受压，上部铺设多根钢筋。 5结构与功能的关系 结构不仅是事物存在的一种形式，而且可以影响事物的功能和作 5 用。结构的改变可能导致
8、事物功能的变化。 三、简单结构的设计三、简单结构的设计( (必考必考) ) 1.1. 结构设计的目标及要求结构设计的目标及要求 结构设计以一种或几种功能的实现为基本目标，应满足设计规 范，满足使用者的基本需要。 2.2. 结构设计的主要因素结构设计的主要因素 结构设计应考虑的主要因素：符合使用者对设计对象的稳定性和 强度要求，安全因素，公众和使用者的审美需求，使用者的个性化需 要，对设计对象的成本控制要求和一定的使用寿命。无论哪种用途的 结构设计，安全都是至关重要的因素。 3.3. 简单结构的设计简单结构的设计 根据问题确定具体的设计项目；明确设计目标及要求；进行设计 分析(重点分析结构的功能
9、、结构的稳定性和高强度)；形成初步设计 方案；模型或者原型制作；检测、优化和改进设计；设计评价。 四、经典结构的欣赏四、经典结构的欣赏( (必考必考) ) 1 1结构的实用性结构的实用性 结构能实现一种或几种功能，满足使用者的基本需要，同时考虑 了结构的稳定性和强度。 2.2. 经典结构设计的欣赏与评价经典结构设计的欣赏与评价 优秀的结构设计不仅表现在结构的实用功能上，也表现在形式 上，特别是功能与形式的统一上。我们在赏析这些经典的结构设计作 品时，可以从技术和文化这两个角度进行： （1） 技术角度：结构的功能，结构的稳固耐用，造型设计的创意和 表现力，材料使用的合理性，工艺制造的精湛程度等。
10、 （2） 文化角度：文化寓意与传达，公众认可的美学原则，反映的时 代、民族、习俗方面的特征，结构的个性特征等。 6 第二单元第二单元 流程与设计流程与设计 一、生活和生产中的流程一、生活和生产中的流程( (必考必考) ) 1.1.流程的含义流程的含义 流程是一项活动或一系列连续有规律的事项或行为进行的程序, 也可以理解为为了一定的目的去做事情的顺序。人们在处理问题时, 合理的时序和程序过程,就是流程。 2.2. 流程对生产、生活和工作的意义流程对生产、生活和工作的意义 流程在生活中的意义:提高生活质量、提高工作效率、节约时间、 保护身体安全等。 流程在生产活动中的意义:保证产品质量、提高生产效
11、率、节省 资源、安全生产、提高经济效益、提高管理水平等。 3.3. 时序和环节时序和环节 时间上的先后顺序称为时序,有的时序是不可颠倒的,有的时序是 可以颠倒的。我们把完成某个具体目标、组成某项生产或某个活动过 程的若干阶段或小的过程称为环节。 环节是一个相对的概念,依据问题性质的不同和不同人的理解, 环节的划分可能会有所不同。环节中又包含若干可以分解的、目标更 为具体的事项。上一道工序完成之后才能进人下一道工序被称为“串 行工序”;几项工作同时进行,被称为“并行工序” 温馨提示: a. 流程一定存在时序,但标记序号的不一定是流程,比如成绩名 次表不是流程。 b. 某流程中存在并行环节是某个或
12、某几个环节可以并行,并非所 有环节都可以并行。 4.4. 常见的流程表达方式常见的流程表达方式 7 为了使流程的描述清晰可见,我们一般采用流程图来表达,依据 流程的性质以及表达习惯,流程图有文字、表格、图示等表达方式, 有些场合还可用模型、动画等表达方式。 5.5. 简单的流程图简单的流程图 在绘制流程图时,有的用箭头表达时序,有的用数字序号表达时 序,还有用时间表达时序。流程图序号和方框反映了环节、工序的具 体情况。 简单流程图的阅读能力是考试中考查学生对流程概念的认识及 对流程本身所描述事物的合理推断的有效方法。阅读流程图时,一定 要关注环节和时序,方框图中要关注箭头的指向。简单流程图的阅
13、读 主要包括三个方面的内容：流程中环节的解释；流程中运行结果的判 断;流程运行的基本条件。 6.6. 流程分析流程分析 能分析生活、生产中常见的流程案例,主要从提高效率,提高质量, 节省资源,安全生产,提高经济效益,提高管理水平等方面设计目标。在 具体的案例中能够分析合理的流程对其的意义和作用。 二、流程的设计二、流程的设计( (必考必考) ) 1.1.流程设计的基本要求流程设计的基本要求 设计一个技术活动的流程，最主要的要求是根据该项活动的内部 工作原理及变化规律，科学的安排活动的环节及时序，以达到预期目 的。其具体要求：(1)提高效率(2)提高质量(3)保证安全(4)节省资源 (5)提高管
14、理水平(6)其他，如注意环保等 2.2. 流程设计应考虑的基本因素流程设计应考虑的基本因素 设计一个流程首先应明确流程要实现的具体目标。 生产活动的流程设计的基本因素主要有材料、工艺、设备、人员、 资金和环境，对于工作和生活上的流程设计,主要应考虑如何节省时间, 提高工作效率,提高工作质量等。 8 确定目标、明确任务 分析基本因素 明确主要事项(步骤) 修改方案 确定时序、划分环节 画出(或修改)流程图 否 能否达到目标要求 是 结束 因素 内容 材料 不同的材料有不同的加工处理方法 工艺 不同产品的工艺要求各异，流程设计也不同 设备 生产设备的水平往往决定了流程的自动化水平 人员 和资金 人
15、员的技术水平和必要的资金影响生产的过程、质量和 周期,是进行流程没计必须考虑的主要因素。 环境 生产过程对坏境的污染以及坏境对生产的反作用,是流 程设计时应关注的重要因素 流程设计的基本要素是环节和时序。流程设计要依据事物的内在 属性和客观的变化规律，科学的设计时序和环节，以达到设计目标。 3.3. 流程设计的基本步骤流程设计的基本步骤 (1)首先要明 确设计的目的和 任务,明确流程所 应遵循的内在变 化规律; (2) 分析现有 材料、设备、资金、 人员、工艺和环境 等因素; (3) 列出流程 涉及的主要事项, 并进行初步的排 列; (4) 分析各事 项(步骤) 之间的 先后顺序,合理地安排流
16、程的时序和环节; 9 (5) 选择一个合适的表达方式画出流程图,对于有严格时间的时 序,要标注时间。 4.4. 流程的表达流程的表达 文字表达、表格表达、图示表达、模型表达、动画表达等。 5.5.学画流程设计的框图学画流程设计的框图 6.6.简单流程设计简单流程设计 在设计简单的流程时,能够在框图、文字、表格中选择一种把流 程表达清楚。以最常用的设计框图为例: (1) 根据对事物的内在属性和规律的分析,以及有关的考虑,将流 程的全过程,按每个阶段的功能、作用的不同,分解为若干小过程(环 节),并用方框表示环节; (2) 按照每个小过程应该经历的时间顺序(时序),将各环节依次 排开,并用箭头线连
17、接。 三、流程的优化三、流程的优化( (必考必考) ) 1.1.流程的优化及目的流程的优化及目的(1)(1) 含义含义 在设计和实施流程的过程中,经常需要进行不断的修改和完善, 这种对流程的改进过程,叫做流程的优化。 （2 2）方式：）方式：流程的优化或改进可以体现于环节的改变（减少、 增多或改换）-环节的优化，也可以体现于时序的改变-时序的优 化。 (3)(3) 流程优化的目的流程优化的目的 生产和生活中的技术改进和革新,多数是对已有流程的整体改进 或是对其中某一环节的改进,目的是为了提高工作效率、降低成本、 降低劳动强度、节约能耗、减少环境污染、保证安全生产等。 2 流程优化与设备、材料之
18、间的关系 流程的改进和优化需要一定的条件,它建立在设备和工艺水平提 10 高的基础上,建立在对流程内在机理进一步研究的基础上。流程与材 料、设备、工艺有着密切的关系,在优化流程时,需要充分的考虑到这 些条件。 3 3、流程优化过程所应考虑的主要问题、流程优化过程所应考虑的主要问题 流程优化应在综合考虑各项指标的基础上,抓住主要矛盾,突出 重点指标的优化,综合权衡,以达到整体优化的目的。 温馨提示： 如果片面强调某一指标的优化，可能会带来其他指标的下降。 4.4.流程优化案例内容流程优化案例内容 （1） 工期优化：制作台灯的工期优化 （2） 工艺优化：法兰盘加工工艺优化 （3） 成本优化：配送路
19、线安排的成本优化 （4） 技术优化：银行自动取款机的发明 （5 5） 质量优化：洗衣流程的优化 5.5.流程优化的条件流程优化的条件 要进行流程的优化，必须具备一定的条件，包括： （1） 内部条件：对流程内在机理的深入了解。（如：对洗涤原理的 了解，就会在流程中安排两次漂洗） ； （2） 外部条件：设备和工艺水平的提高或完善。（如：只有在具备 锻压设备时，才可能将法兰盘的加工改为少量切削加工） ； （3） 人员技术水平的提高。 11 第三单元第三单元 系统与设计系统与设计 一、系统的结构（必考）一、系统的结构（必考） 1.1.系统的含义系统的含义 由相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约相互联
20、系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素或部分 组成的具有特定功能的有机整体称为系统。 构成系统须具备三个条件：构成系统须具备三个条件： 第一，至少要有两个或两个以上的要素（或部分） ； 第二，要素之间相互联系、相互作用，按照一定方式形成一个整 体； 第三，整体的功能是局部所没有的。一个系统又可以分为若干个 子系统。 2.2. 系统的分类系统的分类 根据需要，系统可以分为自然系统和人造系统，也可以分为实体 系统和抽象系统。 温馨提示： 自然系统自然系统 自然形成的系统 人造系统人造系统 人工制造加工而形成的系统 实体系统实体系统 具有实物形态 抽象系统抽象系统 非实物形态 例：生态系统属于自
21、然系统；飞船，房舍等属于人造系统;计算 机硬件属于实体系统；软件属于抽象系统。 3.3. 系统的基本特性系统的基本特性 (1(1) )整体性整体性（全局、集合（全局、集合） ： 是系统的基本的特性。 系统是一个整体，它不是各个要素简单相加，系统的整体功能 是各要素在孤立状态下所没有的； 12 系统的任何一个要素（部分）发生变化或出现故障时，均会影 响其它要素（部分）或整体的功能的发挥； 系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和； 不能离开整体去分析系统中的任何一个组成部分。 (2(2) )相关性相关性（匹配、关联（匹配、关联） ： 组成系统的各要素之间或系统整体与部分之间相互作用、相互联
22、系。 (3)(3) 目的性目的性（功能）（功能）: : 任何系统都具有某种目的，都要实现一定的功能，这是区别不同 系统的标志。系统的目的性表现在开发某个系统的目的性与定义某个 系统的目的性。 (4)(4) 动态性动态性（更新）（更新）: : 任何系统都处在运动、变化、发展之中，都是一个动态的系统。 (5)(5)环境适应性环境适应性（自适性）（自适性）: : 外界环境的变化会引起系统特性的改变，并相应地引起系统功能 和系统内部各部分相应关系的变化。 温馨提示： a. 系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和。 b. 整体性体现的是系统的整体功能；相关性体现的是系统的要素之间 的相互关联。 c
23、. 动态性是系统的固有的基本特性，属内因；环境适应性是因外部环 境变化而变化，是外因的结果。 二、系统的分析（必考）二、系统的分析（必考） 1 1系统分析的一般步骤系统分析的一般步骤 （1） 明确问题，设立目标：明确所研究问题的性质和范围，提出要 达到的目标，明确约束条件。 （2） 收集资料，制定方案：收集相关资料，制定解决问题的各种备 13 选方案，预计可能产生的各种结果。 （3） 分析计算，评价比较：对资料和数据做必要计算，进行各子系 统的分析，再进行系统的整体分析，将各种方案进行评价对比，选择 最佳方案。 （4） 检验核实，作出决策：若对方案不够满意，还可按上述程序反 复进行，直到获得满
24、意的方案为止。 2 2系统分析的主要原则系统分析的主要原则 (1)整体性原则: 要先分析整体，再分析部分：先看全局，再看局部；先看全过程， 再看某一阶段；先看长远，再看当前。 (2)科学性原则: 尽可能运用科学方法和数学工具进行定量分析。 (3)综合性原则: 需要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼。 3 3分析影响系统优化的因素分析影响系统优化的因素 系统优化是指在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化 目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小 化） 。要实现系统优化，就必须清楚： （1） 目标函数（目标值与变量之间的函数关系） （2） 约束条件（不能人为调节的限制条件）
25、 （3） 影响因素（可以采用方法，对系统优化有实质调节的因素） 温馨提示: a. 影响系统优化的因素是指对系统的目标函数产生显著影响，并且可 以人为调节的因素。 b. 系统优化的意义是获得系统的最大效益。 c. 通常通过优化的目标和变量之间的关系，寻求得到最优解（最好条 件或最好结果） 。 14 三、系统的设计三、系统的设计 1.1. 简单系统设计的方法简单系统设计的方法 系统设计是在系统分析的基础上，设计出满足预定目标的系统的 过程。其突出的表现是： （1） 系统设计要从整体出发，以系统整体功能的最优为目的（系统 设计的目的与要求） 。 （2） 要综合考虑各部分之间的关联、冲突问题，注重各部
26、分的横向 、 纵向联系。依据系统的动态性及环境适应性，既考虑当前，也考虑长远 （系统各部分之间的相互联系与相互作用） 。 （3） 要注意系统方案的优化，要从系统整体上考虑优化，再完善子 系统的设计（系统方案的优化） 。 2.2. 系统的设计系统的设计 系统设计的步骤：根据系统设计的目标，将系统分解为若干子系统； 确定各子系统的目标、功能及相互关系；对子系进行技术设计、评价； 对系统进行总体技术设计和评价等。 15 第四单元第四单元 控制与设计控制与设计 一、控制的手段与应用一、控制的手段与应用 1 1、控制的含义：、控制的含义： 人们按照自己的意愿或目的目的，通过一定的手段手段，使事物事物向期
27、望的 目标发展，这就是控制。 三个要素：控制的对象三个要素：控制的对象，控制的目的控制的目的、控制的手段控制的手段。 (1) 从控制过程中人工干预的情形来分，控制有人工控制人工控制和自动自动 控制控制（有无人直接参与） 。 人工控制：在人的直接干预和全程干预下进行的控制。人工控制：在人的直接干预和全程干预下进行的控制。 自动控制：在无人直接参与的情况下，使事物的变化按照期望的自动控制：在无人直接参与的情况下，使事物的变化按照期望的 方向进行的控制。方向进行的控制。 (2) 按照执行部件的不同，控制可分为机械控制、气动控制、液机械控制、气动控制、液 压控制、电子控制压控制、电子控制等。 2 2、
28、控制的应用：、控制的应用： (1) 生活生活：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，使之满足人们的需 要。 (2) 生产生产：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，控制在生产中得到了极为广泛的应用。 (3)(3) 军事国防军事国防：控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。 二、控制系统的工作过程与方式二、控制系统的工作过程与方式 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一个系统，称为控制系统控制系统。控制系统的输入输入与输输 出出之间有一定的对应一定的对应关系。 控制系统一般分为开
29、环控制系统开环控制系统和闭环控制系统闭环控制系统。 在控制系统中，为了分析方便，常采用方框图方框图来表达。方框方框表示 16 系统的环节环节，用单向的信号线单向的信号线表示系统信号传递的方向信号传递的方向。方框图比较 清晰的表示了控制系统的各个环节在系统中的位置位置、 功能功能和相互之间相互之间 的关系的关系 1 1、简单开环控制系统的基本组成和工作过程：、简单开环控制系统的基本组成和工作过程： 概念：概念：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响输出量不对系统的控制产生任何影响的控制系 统。 例：红绿灯定时控制系统、楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动报 警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统、红
30、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。 特征：特征：系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信 号是单向传递单向传递。 方框图：方框图： 输入量输入量：控制系统的给定量。 控制器：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。控制器：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。 执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件。执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件。 控制量控制量：执行器的输出信号。 被控对象被控对象：控制系统中所要控制的装置或生产过程 输出量输出量：控制系统所要控制的量。 例： 1、家用窗帘自动控制系统 控制量 （转动） 输入量 （天亮
31、或暗） 控制器 （光的检测装置） 执行器 （电动机） 被控对象 （窗帘） 输出量 （窗帘开或闭） 17 2、自动门控制系统 输入量 （ 人 热辐射 发出的信号） 控制器 （控制电路） 执行器 （电动机） 控制量 （转动） 被控对象 （自动门） 输出量 （门开或闭） 3、楼道自动声光控灯装置 输入量 （有无声音） 控制器 （声光电传感器） 执行器 （触点延时开关） 控制量 （电流） 被控对象 （楼道灯） 输出量 （灯亮或灭） 4、活动猴控制系统 输入量 控制器 执行器 控制量 （活动量） 被控对象 输出量 （ 猴的动作 （人操纵动作） （牵引线） （线、孔杠杆装置） （猴的活动部件） 或表情）
32、5、公共汽车车门开关控制系统 控制量 （ 压缩空 气流向） 输出量 输入量 （开、关） 控制器 （控制电路） 执行器 （执行活塞） 被控对象 （车门） （ 车 门 的 开或关） 6、普通电风扇控制系统 输入量 （设定的档位） 控制器 （控制电路） 执行器 （电动机） 控制量 （转速） 被控对象 （电风扇） 输出量 （风速） 18 检测装置检测装置 2 2、闭环控制系统的基本组成：、闭环控制系统的基本组成： 概念：概念：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。 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
33、温度控 制系统等。 基本组成：基本组成：与开环控制系统相比，闭环控制系统多了检测装置检测装置、 比较器比较器。 检测装置检测装置测量出被控量被控量并返回到系统的输入端输入端， 比较器比较器将被被 控量控量与给定量给定量进行比较，求出偏差值；输出端与输入端信号构成一条 闭合回路反馈。 3 3、闭环控制系统的方框图：、闭环控制系统的方框图： 例： 1、家用压力锅工作原理 给定量 （重锤重力） 比较器 控制器 （重锤） 执行器 （出汽孔） 控制量 （出汽量） 被控对象 （压力锅） 被控量 （锅内压力） 检测装置 （重锤） 2、供水水箱的水位自动控制系统 控制量 给定量 （设定的水位高度） 比较器 控
34、制器 （ 机械或电 执行器 （阀门） （进水量） 被控对象 （水箱） 被控量 （水箱水位） 气控制装置） 检测装置 （浮球或液位传感器） 19 3、空调房间温度控制系统 给定量 比较器 控制器 （控制装置） 执行器 （制冷装置） 控制量 （制冷量） 被控对象 （空调房间） 被控量 （ 房内实 （设定的温度） 际温度） 检测装置 （空调测温装置） 4、家用电饭锅保温控制系统 比较器 控制量 (加热时间) 被控量 给定量 （设定的温度） 控制器 （温控装置） 执行器 （电热盘） 被控对象 （电饭锅） （电饭锅温度 7080） 检测装置 （双金属片） 5、抽水马桶的自动控制系统 给定量 （设定的水位
35、） 比较器 控制器 （连杆机构） 执行器 （进水阀门） 控制量 （进水量） 被控对象 （水箱） 被控量 （水箱水位） 检测装置 （浮球） 三、闭环控制系统的干扰与反馈三、闭环控制系统的干扰与反馈 1.1.干扰因素干扰因素 在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各 种因素称为干扰因素。 需要说明的几点： （1） 干扰既存在于闭环控制中，也存在于开环控制中。 （2） 通常干扰因素都是作用在控制对象上，其作用是破坏控制系 20 统的平衡被控量偏离平衡值。 （3） 干扰因素通常不止一个。 （4） 对干扰的利用，是指有意对控制系统施加干扰，使控制系统 无法达到控制的目标。 例：马桶水箱水
36、位控制系统的干扰因素 2.2. 反馈反馈 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，就是反馈。 （1） 从控制系统的方框图来看，闭环控制系统包含了信号从输入 端到输出端的前行通道和从输出端到输入端的反馈通道，信号传递形 成了闭合回路。这也是闭环控制名称的直接由来。 （2） 从系统控制的信号源来看，推动系统产生控制动作的动力源 使系统的实际输出偏离了输出的期望值，产生了误差。正是这种误差 的产生，才会有控制过程的产生，闭环控制的工作过程就是误差从产 生到消除的过程。因此，闭环控制又称为误差控制。 （3） 对闭环控制系统来说，只要输出量有误差，它就会进行控制，
37、而不管这种误差产生的原因。这正是闭环控制的特点和优点。 （4） 当误差是由输入指令改变而引起时，控制系统的输出量将随 指令的改变而改变；当误差因干扰而产生时，控制系统将使输出量恢 复到未受干扰时的平衡状态。 21 例：投篮的过程是通过人眼检测，形成反馈控制投篮的准确性。 3.3. 功能模拟方法功能模拟方法 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。 例如：猎手瞄准猎物的过程与自动火炮系统的功能行为是相似 的，但二者的内部结构和物理过程是截然不同的。功能模拟方法为仿 生学、人工智能、价值工程提供了科学方法。 例：计算机具有与人脑类似的逻辑判断功能： 4
38、.4. 黑箱方法黑箱方法 黑箱方法是通过对系统的输入与输出关系的研究推断系统内部 结构和功能的方法。 通过观测黑箱外部输入信息和输出信息，研究和认识其功能、特 性、结构、机理。 黑箱方法便于研究那些既不能打开、又不能从外部直接观察其内 22 部状态的系统，如只能通过信息的输入、输出来确定人们大脑的结构和 参数，便于研究规模庞大、结构复杂、因素繁多、功能错综的系统， 如 生态系统、经济系统、社会系统等。 例：在不了解西瓜内部情况如何的条件下，通过看瓜形、看瓜色、听 瓜声、测弹性等方法来判断西瓜的生熟。 四、控制系统的设计与实施四、控制系统的设计与实施 1.1. 控制系统设计要考虑的主要问题控制系
39、统设计要考虑的主要问题 2.2. 设计控制系统的要素分析设计控制系统的要素分析 要素 分析 选择开环控制还是闭 根据对控制精度的要求以及条件的可行性而定 23 环控制 分析被控对象的主要 特性 采用黑箱方法，通过了解被控对象的输入与输出 之间的关系来分析其基本特性 干扰因素 一个控制系统中可能存在若干个干扰因素，需要 分析主次，找出对系统影响最大的干扰因素 被控量和控制量的确 定 需要控制的量往往被确定为被控量；控制量可选 择可控制的、对抑制干扰因素和保持系统稳定有 明显作用的量 执行器、检测装置的 选择 (1) 根据被控量和控制量的需求 (2) 根据控制的条件 其他 画出必要的设计图纸和实施图纸，撰写设计说明 书等 3.3. 开环控制系统的设计开环控制系统的设计 开环控制系统的设计相对比较简单，在明确设计要求，明确被控 对象、被控量和控制量后，即可考虑具体控制系统的方案。 4.4. 闭环控制系统的设计要求闭环控制系统的设计要求 (1)闭环控制系统正常工作时，必须是稳定的； (2)控制的精度必须符合要求； (3)闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。
