【導(dǎo)讀】設(shè)計是基于一定設(shè)想的、有目的的規(guī)劃及創(chuàng)造活動。①設(shè)計是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的橋梁和紐帶。③技術(shù)是設(shè)計的平臺，沒有技術(shù)作基礎(chǔ)，設(shè)計將難以表現(xiàn)和實現(xiàn)。⑤技術(shù)進步還促進人們設(shè)計思維和手段的發(fā)展。境的時候，這時的人機關(guān)系就體現(xiàn)為人與環(huán)境的相互關(guān)系。“機”是指計算機、機器、工具、儀器、儀表、設(shè)備、設(shè)施、家具、交通車輛以及勞動保護用具等等。機關(guān)系中，往往存在復(fù)雜的多方面關(guān)系。①高效人機協(xié)調(diào)，提供人的工作效率。②健康長期使用，產(chǎn)品對人的健康不造成不良影響。③舒適產(chǎn)品使用中，人體能處于自然狀體，感覺舒適。④安全產(chǎn)品對人的身體不構(gòu)成生理上的傷害。④信息的交互（例：電話機的無液晶屏顯示、有液晶屏顯示、可以視屏通話。技術(shù)規(guī)范是指產(chǎn)品需要統(tǒng)一的標準和規(guī)范。

　　

【正文】 析的一般步驟？ 系統(tǒng)分析的主要原則： a （ 1）整體性原則 系統(tǒng)分析首先要著眼于子系統(tǒng)整體，要先分析整體，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全過程，再看某一階段；先看長遠，再看當前。 例：田忌賽馬、丁謂修復(fù)皇宮 、 街道各部門施工 （ 2）科學(xué)性原則 系統(tǒng)分析一方面要有嚴格的工作步驟，另一方面應(yīng)盡可能地運用科學(xué)方法和數(shù)學(xué)工具進行定量分析，使決策的過程和結(jié)果更具用說服力。 例：種稻“三三進九不如二五一十” （ 3）綜合性原則 系統(tǒng)分析時還要注重綜合性原則，要綜合分析，統(tǒng)籌兼顧，不可顧此失彼，因小失大。 例：孝襄高速公路、都江堰水利 工程、埃及阿斯旺水壩 系統(tǒng)的優(yōu)化： c —— 在給定的條件（或約束條件）下，根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)化目標，采取一定的手段和方法，使系統(tǒng)的目標值達到最大化（或最小化）。 約束條件：對系統(tǒng)起限制作用的，并且是不可人為調(diào)節(jié)的。 影響因素：是指對系統(tǒng)的目標產(chǎn)生顯著影響，并且可以人為調(diào)節(jié)的因素。 例：農(nóng)作物種植系統(tǒng)的優(yōu)化 —— 農(nóng)業(yè)間作套種、利潤問題 三、系統(tǒng)的設(shè)計 —— 系統(tǒng)設(shè)計是在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計出滿足預(yù)定目標的系統(tǒng)的過程。它包含對某個系統(tǒng)進行技術(shù)設(shè)計，同時需要運用系統(tǒng)的思想和方法對其設(shè)計過程進行分析、設(shè)計。 （一）系統(tǒng)設(shè) 計應(yīng)考慮的主要問題： c 系統(tǒng)設(shè)計的目的與要求 要從整體出發(fā)，以系統(tǒng)整體功能的最優(yōu)為目的。 系統(tǒng)各部分之間的相互聯(lián)系與相互作用 運用系統(tǒng)的思想綜合考慮各部分之間的關(guān)聯(lián)、沖突問題，注重各部分的橫向、縱向聯(lián)系。 系統(tǒng)設(shè)計方案的優(yōu)化 明確問題 , 設(shè)立目標 收集資料 , 制定方案 分析計算 , 評價比較 檢驗核實 , 作出決策 15 先從整體考慮優(yōu)化，統(tǒng)籌兼顧，再在此基礎(chǔ)上完善各部分的設(shè)計。 （二）簡單系統(tǒng)的設(shè)計： c 舉例：手電筒照明供電部分的設(shè)計。 第四單元 控制與設(shè)計 一、控制的手段與應(yīng)用 控制的含義： b 人們按照自己的意愿或 目的 ，通過一定的 手段 ，使 事物 向期望的目標發(fā)展，這就是控制。 控制的手段： a 控制的應(yīng)用： b （ 1）生活：控制應(yīng)用到生活中，提高了人們的生活質(zhì)量，人類能夠在一定程度上按照自己的意愿改變周圍的環(huán)境，使之滿足人們的需要。 （ 2）生產(chǎn)：生產(chǎn)中往往需要對溫度、濕度、壓力、速度及加工動作等進行控制，控制在生產(chǎn)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。 （ 3）軍事國防：控制在軍事、國防等領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。 二、控制系統(tǒng)的工作過程與方式 簡單開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程： c 概念： 控制系統(tǒng)的輸出量 不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響 的 控制系統(tǒng)。 例： 紅綠燈定時控制系統(tǒng)、防盜報警控制 系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、公園的音樂噴泉自動控制系統(tǒng) 、 紅外線自動門控 制系統(tǒng)、普通電風(fēng)扇風(fēng)速控制系統(tǒng)、可調(diào)光臺燈控制系統(tǒng) 等。 特征： 系統(tǒng)的輸出量僅受輸入量控制，輸入量到輸出量之間的信號是 單向傳遞 。 方框圖： 輸入量：控制系統(tǒng)的給定量。 控制器：對輸入信號進行處理并發(fā)出控制命令的裝置或元件。 執(zhí)行器：直接對被控對象進行控制的裝置或元件 控制量：執(zhí)行器的輸出信號。 按人工干預(yù)來分：人工控制、自動控制 按執(zhí)行部件來分：機械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制 16 被控對象：控制系統(tǒng)中所要控制的裝置或生產(chǎn)過程 輸出量：控制系統(tǒng)所要控制的量。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成： b 概念： 系統(tǒng)的輸出量返回到輸 入端并對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)。 例：供水水箱的水位自動控制系統(tǒng)、加熱爐的溫度自動控制系統(tǒng)、花房溫度控制系統(tǒng)、投籃 、 家用電飯鍋保溫控制系統(tǒng)、家用電冰箱溫度控制系統(tǒng) 等。 基本組成： 與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制系統(tǒng)多了檢測裝置、比較器 。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖： c 控制器和執(zhí)行器的作用： c 控制器： 對輸入信號 （偏差值） 進行 運算 處理 ， 并發(fā)出控制命令 。 執(zhí)行器：根據(jù)指令對被控對象直接控制。 三、閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋 干擾因素： c 在控制系統(tǒng)中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素稱為干擾因素。 有的干擾因素是環(huán)境造成的，如影響自行車行駛速度的變化的自然風(fēng)等； 有的干擾因素是人為原因所致，如影響飛機導(dǎo)航信號的手機信號等。 反饋的含義： b 控制系統(tǒng)中，將輸出量通過適當?shù)臋z測裝置 ， 返回到輸入并與輸入量進行比較的過程，就是 反饋 。 例：投籃、自動電水 壺 反饋環(huán)節(jié)的作用： a 通過將輸出量通過適當?shù)臋z測裝置，返回到輸入并與輸入量進行比較，從而減少輸出量的偏差，穩(wěn)定輸出量。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程： a （ 1） 閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心是通過反饋來減少被控制量（輸出量）的偏差。 （ 2）工作過程： ○ 1 由于 干擾因素 的存在，系統(tǒng)的被控量偏離給定值時； ○ 2 閉環(huán)控制系統(tǒng)中的反饋環(huán)節(jié)能及時 檢測 出被控量的值，并迅速 反饋 到輸入端，與給定值進行 比較 ； ○ 3 控制器 根據(jù)比較得到的偏差信號進行 調(diào)節(jié) ，從而是系統(tǒng)的被控量接近給定值，達到精確控制的目的。 17 例：供水水箱的水位自動控制系統(tǒng)、加熱爐的溫度自動控制系統(tǒng) 功能模擬方法： a 以功能和行為的相似性為基礎(chǔ)，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法 ，就是功能模擬方法。 黑箱方法： a 把將要研究的系統(tǒng)作為黑箱，通過對系統(tǒng)輸入與輸出關(guān)系的研究，進而推斷出系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能的方法，就是黑箱方法。 例 ： 通過輸入圖像、電或聲音信號，觀測、分析腦電波的輸出反應(yīng)，研究人腦對視覺或聽覺信息的傳遞、變換和處理功能，得知人腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細節(jié)，就是黑箱方法的運用。 開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較 ： 開環(huán)控制系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)簡單，適用于控制精度要求不高而系統(tǒng)本身的元件又比較穩(wěn)定的場合。 閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計比較麻煩，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，構(gòu)成控制系統(tǒng)的成本較高。閉環(huán)控制系統(tǒng)是自動控制中廣泛采用的一種方式，用于要求高精度和高可靠性的場合。 四、控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施 P118 c 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般思路 ： 系統(tǒng)要達到的目標？控制的對象？被控對象的特性？被控量和控制量？外界的主要干擾因素？怎樣的方案既達到目的、又經(jīng)濟、易于實現(xiàn)？設(shè)備和元件？ 開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計 (書本 P119 案例分 析：電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計 ) 開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計相對比較簡單，在明確設(shè)計要求，明確被控對象、被控量和控制量后，即可考慮具體控制系統(tǒng)的方案。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計 (書本 P120 案例分析：抽水馬桶水箱的自動控制系統(tǒng)的設(shè)計 ) 基本要求： 第一 、 一個閉環(huán)控制系統(tǒng)要正常工作，首先必須是穩(wěn)定的。 第二 、 控制系統(tǒng)的控制精度必須符合要求，即系統(tǒng)的輸出量與給定值之差應(yīng)控制 在允許的范圍之內(nèi)。 第三 、 閉環(huán)控制系統(tǒng)應(yīng)有較好的抗干擾性能。 在進行閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計時，幾項控制要求之間往往會產(chǎn)生矛盾，需要結(jié)合具體問題全面解決或 有所側(cè)重地解決。