【正文】 控制系統(tǒng)的穩(wěn)。第三節(jié) 閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋 ：干擾因素、反饋、功能模擬方法、黑箱方法。方框圖如下：第3題當(dāng)壓力過(guò)高時(shí)，蒸汽把橫桿連同重錘頂起來(lái)，使鍋爐內(nèi)的蒸汽通過(guò)排氣孔排出，使壓力降到限定值。當(dāng)高壓鍋內(nèi)溫度升高時(shí)，鍋內(nèi)氣體的壓力增大，超過(guò)一定值時(shí)，由于鍋內(nèi)氣體壓力的作用，重錘被頂起，蒸汽不停地從排氣孔向外冒，使高壓鍋內(nèi)氣體的壓力下降到安全值范圍內(nèi)。 “練習(xí)題” 第1題家用壓力鍋的壓力控制是開環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)高壓鍋蓋上的安全閥和排氣孔實(shí)現(xiàn)壓力控制。如果控制系統(tǒng)能根據(jù)車流量大小改變紅綠燈時(shí)間，說(shuō)明控制系統(tǒng)有檢測(cè)車流量的裝置，并把檢測(cè)到的信息反饋給控制系統(tǒng)，從而改變紅綠燈的時(shí)間，這是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng) “閱讀”通過(guò)閱讀材料，讓學(xué)生體會(huì)古代自動(dòng)控制裝置的巧妙和魅力。（2)電冰箱的溫度控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)（3)走道燈的聲光控制系統(tǒng)：開環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的輸出信號(hào)往往是各種物理量，如電壓、流量、速度等，而這些量又往往與系統(tǒng)的給定值性質(zhì)不同，取值的范圍也不同，所以不能與輸入信號(hào)直接比較，需要測(cè)量并轉(zhuǎn)化，檢測(cè)環(huán)節(jié)就是起著這個(gè)作用，它就像是控制系統(tǒng)的眼睛和皮膚，感知和傳遞系統(tǒng)輸出信號(hào)的變化。 16．從控制系統(tǒng)的基本組成來(lái)看，閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)由檢測(cè)裝置等構(gòu)成的反饋環(huán)節(jié)。方框圖如下： 輸入量為煙霧信號(hào)，輸出量為報(bào)警聲，控制量為電信號(hào)。方框圖如下：(2)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由火災(zāi)探測(cè)器、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警部件和報(bào)警控制器組成?！疤骄俊?1)賓館自動(dòng)叫醒服務(wù)工作過(guò)程：客人撥通自動(dòng)叫醒服務(wù)電話，電腦自動(dòng)應(yīng)答，并提示客人輸入房間號(hào)和需叫醒的時(shí)間，到時(shí)電腦將自動(dòng)打電話叫醒客人。材料除了可用硬紙板外，還可用2～3mm厚的泡沫板，用裁紙刀切割。13．教材第105頁(yè)“小試驗(yàn)”這個(gè)小試驗(yàn)難度不大，學(xué)生親自動(dòng)手制作。(2)電視機(jī)和遙控器組成一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。 ②公共汽車車門的開關(guān)控控制：公共汽車車門的開關(guān)控制是氣動(dòng)控制，司機(jī)操作開關(guān)裝置，電流控制“電磁閥”的啟閉，通過(guò)電磁閥決定壓縮空氣的流向，最后由壓縮空氣推動(dòng)活塞開門或關(guān)門。這一開環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是，輸入信號(hào)到輸出信號(hào)之間的信息傳遞是單向的，沒(méi)有反饋通道，所以這是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)，其輸出量?jī)H受輸入量控制。由于氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出推力大、動(dòng)作平穩(wěn)可靠且安全防爆等優(yōu)點(diǎn)，在煉油等對(duì)安全要求較高的生產(chǎn)過(guò)程中有廣泛的應(yīng)用。 ，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)有薄膜式和活塞式兩類。液動(dòng)執(zhí)行器推力最大，現(xiàn)在一般都是機(jī)電一體化的，但比較笨重，如三峽船閘用的就是液動(dòng)執(zhí)行器。 。 該案例分析中控制系統(tǒng)的輸入量、輸出量、被控對(duì)象、執(zhí)行器、控制器、控制量等元件或參量，進(jìn)一步鞏固學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。 “馬上行動(dòng)” 例如，聲控?zé)簟⒆詣?dòng)烘手機(jī)、自動(dòng)水龍頭、洗衣機(jī)、防盜報(bào)警器、火災(zāi)報(bào)警器、電風(fēng)扇的風(fēng)速控制、投影屏幕的升降控制、直流電動(dòng)機(jī)和數(shù)控機(jī)床等。它不僅能自動(dòng)開門，當(dāng)人離開后又能自動(dòng)關(guān)門。“馬上行動(dòng)” ，教師可選擇學(xué)生熟悉的案例進(jìn)行分析，讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析開環(huán)控制系統(tǒng)的組成和工作過(guò)程。 、電風(fēng)扇等事例人手，來(lái)理解控制系統(tǒng)。第3題通過(guò)觀察自行車的剎車控制裝置發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)自行車后輪的車閘與后車圈的距離，使后輪的車閘更靠近后車圈，可以使后輪剎車控制更加靈敏。 “練習(xí)” 第1題（1)人工控制；(2)人工控制；(3)自動(dòng)控制；(4)自動(dòng)控制。 “辯論”這兩個(gè)命題并不矛盾。當(dāng)水位低于某一位置時(shí)，熱水器自動(dòng)打開進(jìn)水閥門進(jìn)水，同時(shí)指示燈跳到加熱狀態(tài)；當(dāng)水位加到一定位置時(shí)，熱水器自動(dòng)關(guān)閉進(jìn)水閥，繼續(xù)加熱，直到水煮沸，進(jìn)入保溫狀態(tài)。普通型洗衣機(jī)能自動(dòng)正反交替地轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)定時(shí)后自動(dòng)停轉(zhuǎn)；半自動(dòng)型洗衣機(jī)是把洗滌、漂凈、脫水這三大步驟中的前兩步放在同一個(gè)缸里進(jìn)行，洗滌后由人把衣物從一個(gè)缸里取出放到另一個(gè)缸里脫水，再放人前一個(gè)缸里漂洗，再放人后一缸中脫水；全自動(dòng)型洗衣機(jī)將三大步驟都放在同一缸里實(shí)現(xiàn)，全都由控制系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行，不需人工直接干預(yù)，使用者只要設(shè)定各步驟的時(shí)間，把臟衣服放進(jìn)去（洗衣粉備足，水管接好），待聽見鈴聲響，再去拿出已經(jīng)甩干的衣服即可。 “馬上行動(dòng)2” 控制被廣泛地應(yīng)用于生活、生產(chǎn)和國(guó)防的各個(gè)方面。 “馬上行動(dòng)1” 人工控制：人工紡紗，普通自來(lái)水龍頭，撳按鈕打開電燈，拖地清潔地板，駕駛汽車等。 “案例分析”這個(gè)案例講的是控制的發(fā)展歷史過(guò)程?？吹搅诉@個(gè)情景，他有了靈感。于是他想為自己的妻子制做一架效率高的紡車，但是總沒(méi)有好的主意。按控制方式分，有開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)（反饋控制系統(tǒng)）、復(fù)合控制系統(tǒng)；按系統(tǒng)功用分，有溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)等；按系統(tǒng)性能分，有線性控制系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)、連續(xù)控制系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)、定?？刂葡到y(tǒng)、時(shí)變控制系統(tǒng)、確定性控制系統(tǒng)和不確定性控制系統(tǒng)等；按參量變化規(guī)律分，有恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)等。 “馬上行動(dòng)1”自行車中的控制：剎車控制、速度控制、方向控制等。反過(guò)來(lái)考慮問(wèn)題，是技術(shù)中常用的一種思想方法。生活中，人們通過(guò)控制電燈的辦法實(shí)現(xiàn)照明，通過(guò)修筑道路連接各地，方便人們的出行和相互聯(lián)系。有的能達(dá)到目的，有的不能。 （回答上述問(wèn)題很重要的一點(diǎn)是，不要受固有思想或者固有條件的約束，引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出其他多種可能性。 成熟的西瓜：可能被人摘下吃掉，可能被榨成汁做成飲料，也可能爛在西瓜地里等。 、有對(duì)象、有手段的。 第3題首先應(yīng)提出可能出現(xiàn)的方案，對(duì)各種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)、權(quán)衡、比較，再作出選擇。也就是說(shuō)，在布線網(wǎng)絡(luò)中，所有的組件都是相互分離，同時(shí)又緊密地集成在一起并且形成互補(bǔ)。6月中旬大蒜抽苔，7月上旬收獲大蒜。大蒜長(zhǎng)到3片葉時(shí)，開始摟地松土，以后生長(zhǎng)出一片葉摟地松土一次，共摟3遍，以便提溫保墑，促進(jìn)幼苗早生快長(zhǎng)。玉米選用高產(chǎn)雜交種“丹玉13號(hào)”，刨埯穴播，穴距30cm,每畝3 300穴。墊一層細(xì)土，栽上大瓣紫皮大蒜，栽時(shí)蒜瓣豎直，根朝下按在細(xì)土中，然后蓋一層細(xì)土糞，摟平壓實(shí)。在玉米壟上采取密植，株距30 cm，每畝保苗3300株；在玉米壟間平畦上按行距20 cm平播3行大蒜，株距7～8 cm。結(jié)合整地，每畝施人農(nóng)家肥3500 kg。 “綜合實(shí)踐” 第1題以米蒜間套為例： ①選地、整地和施肥：地塊選擇地勢(shì)平坦、土質(zhì)肥沃、具有灌溉條件的土壤。 “練習(xí)”第1題 （方案1：在就餐時(shí)間增加食堂的窗口和工作人員；方案2：不同年級(jí)學(xué)生的下課時(shí)間錯(cuò)開20 min；方案3：新建一個(gè)學(xué)生食堂） 第2題關(guān)鍵是運(yùn)用系統(tǒng)的思想，設(shè)計(jì)分選設(shè)備中的各個(gè)部分，使它們之間構(gòu)成特定的關(guān)系，才能實(shí)現(xiàn)分選并達(dá)到可調(diào)孔徑的目的。鑒于城鄉(xiāng)的差別、地域的不同，教學(xué)時(shí)教師可根據(jù)當(dāng)?shù)睾捅拘?shí)際條件和情況，適當(dāng)調(diào)整“設(shè)計(jì)方案”和“方案實(shí)施”的內(nèi)容，但一定要滿足設(shè)計(jì)要求。一般來(lái)說(shuō)，在計(jì)算工作電流的基礎(chǔ)上大一級(jí)即可。例如，不只一臺(tái)空調(diào)的家庭居室，最好是要做到一臺(tái)空調(diào)敷設(shè)一條電源專線，并且有良好的接地保護(hù)線路。在進(jìn)行案例分析時(shí)，要說(shuō)明隨著現(xiàn)代家庭各類家用電器的逐漸增多，特別是空調(diào)、電熱水器、電磁爐、微波爐等一些大功率用電器的使用，住宅電氣設(shè)計(jì)由原來(lái)的純照明電路向多功能、多負(fù)載電路的方向發(fā)展。 “案例分析” 這個(gè)案例與“手電筒照明供電部分的設(shè)計(jì)”有相似之處，就是考慮到學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)、生活經(jīng)驗(yàn)和感性認(rèn)識(shí)，只是本案例比前面的案例復(fù)雜得多。 ，教師應(yīng)提供指導(dǎo)，及時(shí)幫助學(xué)生解決遇到的困難，同時(shí)要注意啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，運(yùn)用多方案解決問(wèn)題。本案例的重點(diǎn)是通過(guò)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐，體驗(yàn)和總結(jié)其中運(yùn)用的系統(tǒng)的思想和方法，以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟和過(guò)程。在進(jìn)行案例分析時(shí)，可以讓學(xué)生參照案例進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，特別是自發(fā)電手電筒的制作，有條件的學(xué)校應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生付諸實(shí)施。在學(xué)生進(jìn)行技術(shù)實(shí)驗(yàn)和方案設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)該提醒學(xué)生加強(qiáng)安全意識(shí)，注意自我保護(hù)。該案例詳細(xì)地分析了“自發(fā)電手電筒”設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程，有興趣的學(xué)生也可以動(dòng)手制作自發(fā)電手電筒。 “案例分析” 這是一個(gè)環(huán)保小手電筒的設(shè)計(jì)實(shí)例。 第三，要考慮施工的工期、人員的調(diào)配、材料的分期采購(gòu)和儲(chǔ)存。 為山里的村莊策劃一個(gè)筑路工程設(shè)計(jì)方案： 第一，要實(shí)現(xiàn)的總體目標(biāo)是安全、經(jīng)濟(jì)、快速地完成筑路工程。 ，應(yīng)抓住系統(tǒng)的整體功能、系統(tǒng)各部分之間的聯(lián)系、系統(tǒng)的整體優(yōu)化這三個(gè)重點(diǎn)。協(xié)作產(chǎn)生優(yōu)化、創(chuàng)新產(chǎn)生優(yōu)化可由學(xué)生自行分析。最初進(jìn)貨、賣貨、結(jié)算、打掃清理等都由雜貨鋪老板一人完成，現(xiàn)在都由各部門分工去做，各個(gè)分工的部門就是專業(yè)化的部分。 第3題以專業(yè)化產(chǎn)生優(yōu)化為例，專業(yè)化表現(xiàn)為開始走向分工。 第2題A地區(qū)的失誤在于，沒(méi)有考慮到毀林開荒和圍湖造田對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境的影響，沒(méi)有考慮子系統(tǒng)各要素組合成新的系統(tǒng)整體后所產(chǎn)生的不良功能。 (4)檢驗(yàn)核實(shí)，做出決策。 （3）比較、權(quán)衡方案。因此，系統(tǒng)改進(jìn)的目標(biāo)是減少學(xué)生就餐排隊(duì)的時(shí)間。 系統(tǒng)分析過(guò)程： (1)明確問(wèn)題，設(shè)立目標(biāo)。 霍爾三維結(jié)構(gòu)示意圖 “練習(xí)” 第1題提示： 方案1：在就餐時(shí)間增加食堂的窗口和工作人員； 方案2：不同年級(jí)學(xué)生的下課時(shí)間錯(cuò)開20 min。當(dāng)然對(duì)其中任一階段和每一個(gè)步驟，還可進(jìn)一步展開，形成分層次的樹狀體系。 （3）本案例中，影響優(yōu)化的因素有施工時(shí)間、裝修隊(duì)和設(shè)備的數(shù)量等。例如： “思考” （1)流水施工方式特點(diǎn)：①工期較短；②需要水電、木工和油漆各一個(gè)裝修隊(duì)工作；③人力、施工設(shè)備、材料的投入比平行施工少。 在以往課程的學(xué)習(xí)中，我們就曾接觸到數(shù)學(xué)模型的問(wèn)題，如自由落體運(yùn)動(dòng)的公式h＝gt2 ，就是一個(gè)反映物體運(yùn)動(dòng)的路程隨時(shí)間變化的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)數(shù)學(xué)建模以及求解方法不作過(guò)高要求。 數(shù)學(xué)描述的手段是系統(tǒng)分析常用的一種方法，對(duì)于比較復(fù)雜的系統(tǒng)，人們對(duì)其特征了解不夠，所以需要運(yùn)用一定的數(shù)學(xué)方法描述，進(jìn)而找到合適的解決方案。 該案例蘊(yùn)含的知識(shí)很豐富，教師應(yīng)該組織學(xué)生進(jìn)行討論，從而歸納出利用最優(yōu)化方法解決問(wèn)題的一般步驟，對(duì)案例中的數(shù)學(xué)方程的解答可以不做要求。線性規(guī)劃就是求一組非負(fù)的數(shù)值，滿足一組線性等式或不等式的約束條件，使一個(gè)線性目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)（最大或最?。? 但是，對(duì)于比較復(fù)雜的系統(tǒng)，人們對(duì)其特征了解不夠，所以需要運(yùn)用一定的數(shù)學(xué)手段描述它，進(jìn)而找到合適的解決方案。 本部分內(nèi)容重點(diǎn)在于讓學(xué)生能結(jié)合實(shí)例分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。 11．教材第81頁(yè)“案例分析1” 例如，在蔬菜、西瓜的種植中，要使蔬菜防病和提高產(chǎn)量，使西瓜具有抵御低溫的能力，就應(yīng)采用嫁接技術(shù)，該技術(shù)是一項(xiàng)增產(chǎn)增收的栽培技術(shù)，嫁接的西瓜比自根西瓜增產(chǎn)1倍以上。 ，讓學(xué)生理解在解決問(wèn)題時(shí)是如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化的。 孝襄公路的設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)該對(duì)自然環(huán)境、資金、長(zhǎng)遠(yuǎn)影響等因素進(jìn)行綜合分析，如果破壞銀杏林的話，勢(shì)必對(duì)生態(tài)造成影響，這是增加再多資金也無(wú)法挽回的。要注重研究系統(tǒng)各部分之間的相互聯(lián)系和相互作用，既注重研究各部分間的橫向關(guān)系，也注重研究各部分間的縱向關(guān)系，既考慮當(dāng)前，也考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)。分析的基本思路是“綜合一分析一綜合”。好的處理辦法是，三家共同協(xié)商，一次性地解決問(wèn)題。 7．教材第79頁(yè)“馬上行動(dòng)”這一事件的原因在于，電信部門、煤氣公司、市政部門三家沒(méi)有統(tǒng)一協(xié)調(diào)，造成了各自封閉的局面。 “案例分析”通過(guò)歷史事件“丁謂修復(fù)皇宮”的案例分析，感受系統(tǒng)分析的過(guò)程中整體性原則的魅力及現(xiàn)實(shí)意義。在這個(gè)分析的過(guò)程中滲透了數(shù)學(xué)排列組合的科學(xué)方法，也充分體現(xiàn)了下面要學(xué)習(xí)的系統(tǒng)分析的科學(xué)性原則。缺乏資料、缺少對(duì)資料的科學(xué)計(jì)算和分析，只靠拍腦袋是無(wú)法尋找到最優(yōu)方案的。因此，以選擇解決問(wèn)題的最優(yōu)方案為重點(diǎn)，是系統(tǒng)分析的一個(gè)特點(diǎn)。 ，它也是一種處理問(wèn)題的科學(xué)方法，其目的是尋求一種解決問(wèn)題的最佳決策。王選進(jìn)行決策的依據(jù)，一是我國(guó)漢字印刷業(yè)的現(xiàn)狀，二是市場(chǎng)需求，三是王選良好的基礎(chǔ)學(xué)科和計(jì)算機(jī)知識(shí)背景以及我國(guó)具有的激光等技術(shù)基礎(chǔ)。 可以說(shuō)，系統(tǒng)的分析是建立在對(duì)該事件的內(nèi)部規(guī)律、外部環(huán)境（條件）、實(shí)現(xiàn)功能等的充分研究的基礎(chǔ)上的，它是一個(gè)不斷完善、不斷改進(jìn)、不斷優(yōu)化的過(guò)程。因此，在系統(tǒng)分析中，需要做出多種方案，然后分析不同的方案可能產(chǎn)生的結(jié)果，從中選擇解決問(wèn)題的最優(yōu)方案。第一，字體和字型比古代印刷術(shù)多；第二，排照速度比古代快；第三，版面靈活，富于變化；第四，排照視覺效果好。王選綜合運(yùn)用精深的數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科知識(shí)，歷經(jīng)15個(gè)寒暑，研制開發(fā)成功“漢字激光照排系統(tǒng)”而被譽(yù)為中國(guó)印刷術(shù)第二次革命，為漢字告別鉛字印刷開辟了通途。在當(dāng)時(shí)興起的電腦排版技術(shù)，由于漢字比西方文字復(fù)雜得多，也未能在我國(guó)推廣。漢字字?jǐn)?shù)繁多，排字架組織復(fù)雜，占地廣大，揀字也極費(fèi)時(shí)間，因此漢字排字一直是印刷術(shù)中的一個(gè)難題。活字印刷術(shù)是人類歷史上最偉大的發(fā)明之一。系統(tǒng)分析要考慮整體目標(biāo)。例如，家庭要購(gòu)買一件高檔用品，這對(duì)于家庭就是增加了一個(gè)子系統(tǒng)，需要購(gòu)買的對(duì)象很多，而資金有限，買什么、發(fā)揮什么功能，對(duì)實(shí)現(xiàn)改善生活這個(gè)系統(tǒng)整體目標(biāo)才是最恰當(dāng)?shù)模托枰M(jìn)行分析，如果決策不當(dāng)，就會(huì)影響家庭生活的改善。1960年以后，行政機(jī)關(guān)和企事業(yè)單位也逐步采用系統(tǒng)分析方法進(jìn)行各種決策問(wèn)題的研究。第二節(jié) 系統(tǒng)的分析：系統(tǒng)分析、系統(tǒng)優(yōu)化。系統(tǒng)論是一門跨學(xué)科的橫斷科學(xué)，它提供的綜合性的理論和方法，并不是一般的世界觀和方法論，因此，它不是哲學(xué)。