【正文】 腳蹬、鏈輪、鏈條、車輪（輪胎、輻條、車圈、氣門）、車閘、等主要部件組成。構(gòu)成系統(tǒng)，必須具備三個條件：第一，至少要有兩個或者兩個以上的要素（部分）才能組成系統(tǒng)；第二，要素（部分）之間相互聯(lián)系、相互作用，按照一定方式形成一個整體；第三，這個整體具有的功能是各個要素（部分）的功能中所沒有的。系統(tǒng)的類型：（1）自然系統(tǒng)和人造系統(tǒng)；（2）實體系統(tǒng)和抽象系統(tǒng)：人造系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)是自然系統(tǒng)；城市系統(tǒng)、計算機(jī)硬件系統(tǒng)和機(jī)械傳動系統(tǒng)是人造系統(tǒng)生物系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)是實體系統(tǒng)；哲學(xué)系統(tǒng)、計算機(jī)的操作系統(tǒng)是抽象系統(tǒng)系統(tǒng)的基本特性整體性、相關(guān)性、目的性、動態(tài)性、環(huán)境適應(yīng)性。（1）整體性：是系統(tǒng)最基本的特性，也是觀察和分析系統(tǒng)最基本的思想和方法。系統(tǒng)是一個整體，它不是各個要素（部分）的簡單相加，系統(tǒng)的整體功能是各要素（部分）在孤立狀態(tài)下所沒有的。系統(tǒng)的任何一個要素（部分）發(fā)生變化或出現(xiàn)故障時，都會影響其他要素（部分）或整體的功能的發(fā)揮。系統(tǒng)的整體功能大于組成系統(tǒng)的各部分的功能之和。（請掌握P69頁的表格與巴爾扎克的塑像分析、木桶理論）（2）相關(guān)性：是指組成系統(tǒng)的各要素之間或系統(tǒng)整體與部分之間的相互作用、相互聯(lián)系。碳含量與合金鋼材料的整體性能的相關(guān)性梁的跨度與梁的厚度之間的關(guān)系（3）目的性：任何系統(tǒng)都具有某種目的，都要實現(xiàn)一定的功能，這正是區(qū)別不同系統(tǒng)的標(biāo)志。對于復(fù)雜的系統(tǒng)，目標(biāo)有多個，往往用一個指標(biāo)體系來描述系統(tǒng)的目標(biāo)。鐘表系統(tǒng)的目的性1999年我國開始的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整（4）動態(tài)性：任何系統(tǒng)都是一個動態(tài)的系統(tǒng)，處在運動變化和發(fā)展之中。（5）環(huán)境適應(yīng)性：系統(tǒng)只有具有對環(huán)境的適應(yīng)能力，才能保持和恢復(fù)系統(tǒng)原有的特性。春捂秋凍，電冰箱放合適的位置 飛機(jī)在空中適應(yīng)環(huán)境的飛行二、系統(tǒng)的分析：系統(tǒng)分析：為了發(fā)揮系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)系統(tǒng)的目標(biāo)，運用科學(xué)的方法對系統(tǒng)加以周詳?shù)目疾臁⒎治?、比較、實驗，并在此基礎(chǔ)上擬訂一套有效的處理步驟和程序，或?qū)υ械南到y(tǒng)提出改進(jìn)方案的過程。系統(tǒng)分析的顯著特點是完整而不是零星地處理問題，考慮各種主要變化因素及其相互的影響，全面地思考和解決問題。系統(tǒng)分析可以減少決策的失誤。目的：尋求解決問題的最佳決策。系統(tǒng)分析的一般步驟：①明確問題，設(shè)立目標(biāo)；②收集資料，制定方案；③分析計算，評價比較；④檢驗核實，作出決策。（結(jié)合田忌賽馬案例）系統(tǒng)分析的主要原則：整體性原則（丁謂修復(fù)皇宮）、科學(xué)性原則（三三進(jìn)九不如二五一十）、綜合性（孝襄高速公路）原則。：系統(tǒng)的優(yōu)化是指在給定的條件（或約束條件）下，根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)，采取一定的手段和方法，使系統(tǒng)的目標(biāo)值達(dá)到最大化（或最小化）。最小的成本——最大的利潤；最短的工期——更多的工程量；最少的能耗——更多的產(chǎn)品；單位面積土地——更高的農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。（案例：農(nóng)業(yè)間作套種，家具利潤問題等）影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素：指對系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù)產(chǎn)生顯著影響，并且可以認(rèn)為調(diào)節(jié)的因素。優(yōu)化目標(biāo)；目標(biāo)函數(shù)；約束條件（不能人為調(diào)節(jié)）；影響因素（可以人為調(diào)節(jié)）。系統(tǒng)最優(yōu)化方法：使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的目標(biāo)而提出的求解方法。數(shù)學(xué)模型——最優(yōu)解；科學(xué)估算、試驗——滿意解。結(jié)合案例，分析系統(tǒng)優(yōu)化的實現(xiàn)。三、系統(tǒng)的設(shè)計：系統(tǒng)設(shè)計的目的、方法與過程：①系統(tǒng)設(shè)計的目的與要求：系統(tǒng)設(shè)計要從整體出發(fā)，以系統(tǒng)整體功能的最優(yōu)為目的。不同行業(yè)的系統(tǒng)設(shè)計有著不同的技術(shù)要求。②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。注重各部分的縱向、橫向聯(lián)系；依據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)性、環(huán)境適應(yīng)性，考慮當(dāng)前和長遠(yuǎn)。③系統(tǒng)設(shè)計方案的優(yōu)化：首先從系統(tǒng)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。系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟：將系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)確定各子系統(tǒng)的目標(biāo)、功能及其相互關(guān)系對子系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)設(shè)計和評價對系統(tǒng)進(jìn)行總體技術(shù)設(shè)計和評價等簡單系統(tǒng)的設(shè)計：了解系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)解決的主要問題和基本的設(shè)計過程，寫出系統(tǒng)設(shè)計或系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的書面方案，包括必要的設(shè)計草圖以及量化數(shù)據(jù)。（案例：手電筒照明供電部分的設(shè)計）。四、簡單系統(tǒng)的設(shè)計的實現(xiàn)案例分析：手電筒照明供電部分的設(shè)計P87設(shè)計要求：可照明的手電筒，攜帶方便，使用安全。設(shè)計分析：⒈可把手電筒照明供電部分分為照明和供電兩個子系統(tǒng)。照明子系統(tǒng)的要素是燈泡、導(dǎo)線，供電子系統(tǒng)的要素是電源和開關(guān)。⒉手電筒的功能取決于它的各個組成要素，電源通過導(dǎo)線的連接驅(qū)動燈泡發(fā)光，這些要素缺少任何一個，手電筒都不能正常工作。⒊選擇合適的元器件，使它們相互匹配，并能達(dá)到設(shè)計要求。設(shè)計方案：方案A（1）設(shè)計一個簡單的電路，畫出電路圖。（2）根據(jù)電路圖，選擇元器件，如燈泡、干電池、導(dǎo)線等，并搭接電路。（3）通過控制開關(guān)，使燈泡發(fā)光。方案B選擇元器件為發(fā)光二極管及干電池、金屬筒等，其他步驟參照方案A。方案C設(shè)計一個自發(fā)手電筒。方案C不需要使用干電池，所以對環(huán)境不產(chǎn)生污染。案例分析：室內(nèi)住宅電氣系統(tǒng)的設(shè)計P89第四單元 控制與設(shè)計一、控制的手段與應(yīng)用⑴控制的含義：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(biāo)發(fā)展，這就是控制。案例分析：大禹治水P96理解任何控制現(xiàn)象，都要明確控制的對象是什么，控制要達(dá)到什么目的和采取什么控制手段。例如：人力三輪車轉(zhuǎn)彎過程中的方向控制問題，其控制的對象就是人力三輪車，控制的目的是為了改變?nèi)嗆囆旭偟姆较颍刂频氖侄问球T車人通過雙手轉(zhuǎn)動車把，改變前輪的方向并帶動后輪。⑵控制的手段：控制的實現(xiàn)需要通過一定的手段。P98從控制過程中人工干預(yù)的情形來分，控制有人工控制和自動控制。人工控制是在人的直接干預(yù)和全程干預(yù)下進(jìn)行的。人工控制又稱手動控制。自動控制是指在無人直接參與的情況下，使事物的變化準(zhǔn)確地按照期望的方向進(jìn)行。按執(zhí)行部件的不同，控制可分為機(jī)械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等。有時，控制手段又可以綜合的?？刂茟?yīng)用到生活中，提高了人們的生活質(zhì)量。（空調(diào)對房間溫度的控制使房間溫度適宜、自動取款機(jī)縮短取款時間、自動水龍頭等）生產(chǎn)中往往需要對溫度、濕度、壓力、速度及加工動作等進(jìn)行控制，控制在生產(chǎn)中得到了極為廣泛的應(yīng)用。提高質(zhì)量和生產(chǎn)效率、減輕勞動強度。二、控制系統(tǒng)的工作過程與方式：任何一種控制的實現(xiàn)，都要通過若干個環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)構(gòu)成一個系統(tǒng)，我們稱之為控制系統(tǒng)。一般的控制過程都有一個輸入和一個輸出，控制系統(tǒng)的輸入輸出之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。控制系統(tǒng)一般分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。輸入量即控制系統(tǒng)的給定量，如游泳池進(jìn)水的設(shè)定時間；輸出量（被控量）即控制系統(tǒng)所要控制的量，也是控制系統(tǒng)的輸出信號，如游泳池的水位被控對象即控制系統(tǒng)中所要求的裝置或生產(chǎn)過程，如游泳池；執(zhí)行器即直接對被控對象進(jìn)行控制的裝置或元件，如進(jìn)水閥門；控制器即對輸入信號進(jìn)行處理并發(fā)出控制命令的裝置或元件，如控制電路；控制量即執(zhí)行器的輸出信號，如流過閥門的水量。案例分析：三、閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋在控制系統(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(jī)導(dǎo)航信號的手機(jī)信號等。在控制系統(tǒng)中，干擾因素可能有一個，也可能有若干個?？刂葡到y(tǒng)在工作中必須克服干擾，使被控量穩(wěn)定。有些情況可以利用干擾因素實現(xiàn)某種目的。如在軍事演習(xí)中，紅方利用一定頻率的電磁波對藍(lán)方的信息指揮系統(tǒng)進(jìn)行干擾，使之不能正常工作。（1）什么是反饋控制系統(tǒng)中，將輸出量通過適當(dāng)?shù)臋z測裝置返回到輸入并與輸入量進(jìn)行比較的過程，就是反饋。案例分析：投籃 P110 利用反饋來分析和處理被控制對象，通過系統(tǒng)的輸出來調(diào)整系統(tǒng)的行為，使系統(tǒng)沿著預(yù)期的目標(biāo)運用的方法，稱為反饋方法。如普通電水壺將水加熱至沸騰時，需要人工關(guān)閉電源，而自動電水壺具有擋水沸騰時自動切斷電源的功能，終究是運用反饋方法實現(xiàn)自動控制的結(jié)果。(2)閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程從反饋來看，閉環(huán)控制系統(tǒng)就是指在系統(tǒng)的輸出端與輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)。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。一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠克服外界干擾，使被控量控制在給定值附近。（3）閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(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。閉環(huán)控制系統(tǒng)都是自動控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)不一定是閉環(huán)控制系統(tǒng)。：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，就是功能模擬法。：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(jìn)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。黑箱方法提供了一種不必打開黑箱就可以研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能的方法。例如，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(xì)節(jié)，就是黑箱方法的運用。四、控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施設(shè)計好一個控制系統(tǒng)，應(yīng)該明確這個系統(tǒng)要達(dá)到的目的是什么，所要控制的對象是什么，被控制對象有哪些重要的特性，被控量和控制量分別是什么，外界的主要干擾因素有哪些，選擇怎樣的設(shè)計方案既能達(dá)到目的，又能經(jīng)濟(jì)、易于實現(xiàn)，如何選擇設(shè)備和元件，等等。設(shè)計一個控制系統(tǒng)，是選擇開環(huán)控制還是閉環(huán)控制，應(yīng)根據(jù)對控制精度的要求以及條件的可行性而定。能達(dá)到控制目的，采用易于實現(xiàn)的控制方式，降低控制成本、減少對環(huán)境的負(fù)面影響等，是我們進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計必須考慮的基本問題。控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，還包括畫出必要的設(shè)計圖紙（控制電路設(shè)計或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計）和實施圖紙、撰寫說明書等。（1）開環(huán)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。例如：普通電風(fēng)扇控制系統(tǒng)的設(shè)計，被控對象是電風(fēng)扇，被控量是電風(fēng)扇輸出的風(fēng)速，控制量是電機(jī)的轉(zhuǎn)速；若是具有定時功能的電風(fēng)扇控制系統(tǒng)的設(shè)計，則需在開關(guān)環(huán)節(jié)加一個定時器。案例分析：電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計 P119設(shè)計要求：電吹風(fēng)能根據(jù)不同的擋位（如冷風(fēng)擋檔、熱風(fēng)擋）輸出不同種類的風(fēng)。設(shè)計分析：電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的被控對象是電吹風(fēng)裝置，被控量是風(fēng)的速度和溫度，控制量是電機(jī)的電壓，干擾因素是房間溫度、電源電壓的波動等。電吹風(fēng)的控制工作過程：電吹風(fēng)是要將其內(nèi)部電熱絲的熱量通過一個小電風(fēng)扇擴(kuò)散出去。方案構(gòu)思：選擇開環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)電吹風(fēng)的控制要求。設(shè)定風(fēng)的檔位就設(shè)定了電機(jī)的電壓和電熱絲的阻值，接通電源后，電機(jī)帶動一個小風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生的風(fēng)通過電吹風(fēng)的電熱絲，輸出的就是與設(shè)定的風(fēng)種相對應(yīng)的風(fēng)。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(jìn)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。案例分析：抽水馬桶水箱的自動控制系統(tǒng)的設(shè)計P120設(shè)計項目：抽水馬桶水箱的自動控制系統(tǒng)設(shè)計要求：當(dāng)水箱中的水位低于達(dá)到某一指定高度時，進(jìn)水口立即進(jìn)水。2當(dāng)水箱的水位達(dá)到某一指定高度時，進(jìn)水口立即停進(jìn)水。3控制系統(tǒng)對控制精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性均沒有特別的要求。設(shè)計分析：從設(shè)計要求來看，這是一種自動控制，因此選擇閉環(huán)控制系統(tǒng)。2被控對象是抽水馬桶的水箱，被控量是抽水馬桶水箱水位的高度，控制量是進(jìn)水管的水流量（即進(jìn)水量），水箱水位的高度與進(jìn)水量之間呈線性關(guān)系。3主要干擾因素是水箱的出水流量。21第 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