【正文】 對(duì)學(xué)生來說，還是按教材講為好。通過模擬試驗(yàn)后，再進(jìn)行調(diào)整和修改，才能成為正式設(shè)計(jì)產(chǎn)品。 模擬試驗(yàn) 將調(diào)整后的樣機(jī)和被控對(duì)象在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行聯(lián)機(jī)試驗(yàn)。這一北是十分 重要的工作。 原理試驗(yàn) 根據(jù)原理線路，建造試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀? 在此基礎(chǔ)上，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)分析?；静襟E如下： 初步設(shè)計(jì) 先分析給定的設(shè)計(jì)任務(wù)，建立被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。 有的系統(tǒng)不允許振蕩，就得設(shè)計(jì)成漸近系統(tǒng)，其控制過程應(yīng)如圖中第一在種情況。 第三個(gè)要求就是調(diào)節(jié)的快速要求。不穩(wěn)定的系統(tǒng)是不能用的，因此， 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一個(gè)要求就是穩(wěn)定性要求。如下圖所示。 輸出 輸入 控制裝置 控制對(duì)象 反饋裝置 第四單元 控制與設(shè)計(jì) 四、附錄 —— 控制教學(xué)中的幾個(gè)基本問題 6．控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) （ 1）一般控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 當(dāng)指令改變或干擾使系統(tǒng)的輸出量偏離給定值時(shí)，控制系統(tǒng)將開始其控制過程。前者，是指令（給定值）主動(dòng)變化，控制系統(tǒng)運(yùn)行的結(jié)果是由原有平衡狀態(tài)以一定的精度過度到一個(gè)新的穩(wěn)定狀態(tài)。這就是控制系統(tǒng)的雙重任務(wù)。一方 面，它應(yīng)保證輸出量能 準(zhǔn)確的跟隨指令的變化 而變化；另一方面，它 又能保證在干擾作用下，使輸出量準(zhǔn)確地回到原來的狀態(tài)。整個(gè)系統(tǒng)的方塊圖就依照信號(hào)傳遞 順序用信號(hào)線將各元件的方塊連接而成。在方框中寫入元件的名稱。 —— 比較點(diǎn)：也叫綜合點(diǎn)，對(duì)兩個(gè)以上的信號(hào)進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算，“ +”表示相加， “ — ”表示相減。 —— 引出點(diǎn)：表示信號(hào)的引出或位置。在研究控制系統(tǒng)時(shí)，經(jīng)常采用 的是按控制信號(hào)傳遞順序而繪制的方塊圖。 這時(shí)，除了對(duì)象之外，其它的元件都包含在了控制器之中。有些元件也不只是在系統(tǒng)中出現(xiàn)一次。某些裝置具有多種元件的功能，這時(shí)可按其主要的作用來稱呼它。在我們所涉及的“簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)”中， 可以不去管它。因此，反饋元件 多為轉(zhuǎn)換元件。它往往兼有測(cè)量的作用。它的輸出量，通常稱為控制作用量。當(dāng)然，放大元件本身是有外界能量輸入的。 —— 比較元件：用于把輸入指令與反饋量進(jìn)行比較得出偏差信號(hào)。這些裝置 在組成系統(tǒng)時(shí)，通常被稱為“元件”。因此，控制系統(tǒng)就是由各 種控制元件及控制對(duì)象組成的。輸 入量的測(cè)量點(diǎn)， 稱為輸入端。 輸 入 量：系統(tǒng)的指令和干擾都可以稱為系統(tǒng)的輸入量。它是系統(tǒng)外部施加給系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行起破壞作用 的無效作用量，其直接效應(yīng)是使系統(tǒng)的輸出量偏離給定值。這 個(gè)指令是誰加給系統(tǒng)的，用什么方式加的，都與系統(tǒng)的控制運(yùn)動(dòng)無關(guān)。就是控制完成后希望被控量達(dá)到的狀態(tài)。實(shí)際系統(tǒng)中，被控量應(yīng)該是可以測(cè)量的，其測(cè)量點(diǎn)稱為系統(tǒng)的輸出端。它是控制對(duì)象的輸出量。在一個(gè)大的系統(tǒng)中還可以包含一些小系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)：通常把控制裝置和控制對(duì)象合起來稱為控制系統(tǒng)。有的也稱為被控 對(duì)象 控制裝置：通常把除控制對(duì)象以外的其它裝置統(tǒng)稱為控制裝置。 控制對(duì)象：就是我們上面說的，需要控制的事物。當(dāng)高度降低， 進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣密度加大，渦輪負(fù) 荷增加，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低；與此同時(shí)，膜盒室的壓力增加，膜盒被壓縮， 使回油針向下，關(guān)小回油路，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油增加，以增加轉(zhuǎn)速。其原理圖如右。 第四單元 控制與設(shè)計(jì) 四、附錄 —— 控制教學(xué)中的幾個(gè)基本問題 （ 2）渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的補(bǔ)償控制系統(tǒng) 飛機(jī)飛行高度的突然變化，使進(jìn) 入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣密度突然變化， 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)突然變化。當(dāng)蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速 超過給定值時(shí)，離心擺外張，通過杠桿，關(guān)系小閥門，降低轉(zhuǎn)速。當(dāng)蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速等于給定值 時(shí)，離心擺的張角一定。也就是由閥門的開度來決定。 這是一個(gè)機(jī)械控制系統(tǒng)。另外，信號(hào)檢測(cè)裝置的輸出信號(hào)的量綱，一定得 和給定量的量綱相同，才能實(shí)現(xiàn)加減運(yùn)算。時(shí)，△ U為正，驅(qū)使電機(jī)開大 閥門。 — U的計(jì)算。在電路 的設(shè)置上，始終要保證檢測(cè)到的電 壓，要與給定的電壓相減。 測(cè)溫裝置檢測(cè)實(shí)際水溫，并將 其轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào) U，在電位計(jì)上 與給定的 U。 要實(shí)現(xiàn)“保溫水箱”的自動(dòng)保溫，其關(guān)鍵就是要用“控制裝置”來取代人在上述控制過程中的直接作用。由此，發(fā)展自動(dòng)控制，就是勢(shì)在必行的了。 ? 在這個(gè)例子中，由于人直接參加到了控制過程之中，就叫著人工控制。（在本例中是由測(cè)溫裝置和人眼完成的） —— 將實(shí)際水溫和要求水溫進(jìn)行比較，得出偏差。 從上面的控制過程可以看到，實(shí)現(xiàn)控制的基本過程是： —— 給定要求的水溫。比較，如果實(shí)際水溫低于給定水溫，存在偏差，則通過大腦指揮手操作操作閥門 C，加大蒸汽進(jìn)給量，使水溫上升，直至消除偏差。 熱蒸汽 冷水 熱水 攪拌器 水溫人工控制系統(tǒng) C T0 第四單元 控制與設(shè)計(jì) 2．控制實(shí)現(xiàn)的方式 ? 控制要求：使水箱內(nèi)水溫保持在給定的溫度 T。 B為測(cè)溫裝置。 熱蒸汽冷水熱水?dāng)嚢杵魉疁厝斯た刂葡到y(tǒng) 如圖所示是保溫水箱的工作原理圖。 第四單元 控制與設(shè)計(jì) 2．控制實(shí)現(xiàn)的方式 如何實(shí)現(xiàn)對(duì)事物狀態(tài)的控制？一般說來，有兩種實(shí)現(xiàn)方式，即人工控制和自動(dòng)控制?？梢允潜３帜硞€(gè)參量不變，可以是給定的一個(gè)已知函數(shù)（一般來說是一個(gè)時(shí)間的函數(shù)），還可能是一個(gè)未知的任意變化的隨機(jī)變量。 對(duì)這個(gè)表述作如下幾點(diǎn)說明： （ 3）這里所說的事物，可以是一種裝置，如水箱、飛機(jī)、導(dǎo)彈等等，也可以是一個(gè)過程，如金屬的熱處理過程；還可以是一種社會(huì)現(xiàn)象，如城市交通狀況，人口發(fā)展?fàn)顩r等等。由此，對(duì)事物狀態(tài)的控制就歸結(jié)為對(duì)某些狀態(tài)參量的控制。 （ 2）人對(duì)事物的控制，主要是對(duì)事物狀態(tài)的控制。在這里仍然要再次強(qiáng)調(diào)。在學(xué)習(xí)技術(shù)與人的關(guān)系時(shí)，曾提到，“技術(shù)可以解放人、保護(hù)人、發(fā)展人”?？刂剖侨藢?duì)事物狀態(tài)主動(dòng)施加的干預(yù)。 第四單元 控制與設(shè)計(jì) 四、附錄 —— 控制教學(xué)中的幾個(gè)基本問題 1．關(guān)于控制的概念 什么是控制？我認(rèn)為，控制就是人們?yōu)榱耸故挛锏臓顟B(tài)按給定的規(guī)律變化，而對(duì)事物施加的干預(yù)。從實(shí)踐來看，電控系統(tǒng)比較容易實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)的大致步驟為：明確設(shè)計(jì)要求，制定控制方案，找準(zhǔn)控制參量，畫出系統(tǒng)框圖，確定實(shí)現(xiàn)手段（機(jī)械控制、電子控制、汽液控制等），籌備材料，組裝系統(tǒng)，進(jìn)行調(diào)試。只要能達(dá)到所要求的結(jié)果，就像對(duì)教材的處理一樣，老師在教學(xué)中可以靈活組織內(nèi)容。需要指出的 是， 干擾對(duì)開環(huán)控制和閉環(huán)控制都有作用，只是開環(huán)控制抗干 擾能力差，閉環(huán)控制則具有較好的抗干擾能力。這種信息對(duì)控制來說 就是干擾。 第四單元 控制與設(shè)計(jì) 三、教學(xué)建議 （二）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的分析 。 這是本節(jié)的一種技能要求。 第四單元 控制與設(shè)計(jì) 三、教學(xué)建議 （二）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的分析 。 在教學(xué)控制系統(tǒng)的工作過程時(shí)，如果教師能提供簡(jiǎn)單明確的教學(xué)演示， 對(duì)教學(xué)效果是有很大幫助的。在本主題中，限于學(xué)時(shí)以及高中學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)水平 ,對(duì)控制 系統(tǒng)中的控制器、執(zhí)行器、傳感機(jī)構(gòu)和被控對(duì)象等環(huán)節(jié)只限定于一般性 的理解 ,不作進(jìn)一步的要求 ,不去探討其內(nèi)部的工作過程 ,只需把它們看作 黑箱，了解其輸入和輸出之間的關(guān)系。 要求學(xué)生能畫出簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖，理解給定量、被控 量、反饋等概念。對(duì)開環(huán)系 統(tǒng)來說就是要說明給定一個(gè)輸入量后，怎樣產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出量。 第四單元 控制與設(shè)計(jì) 三、教學(xué)建議 （二）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的分析 。需要下大的力氣讓學(xué)生比較 好地理解與掌握其主要教學(xué)內(nèi)容。 第四單元 控制與設(shè)計(jì) 三、教學(xué)建議 （二）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的分析 。這種事例在每一本教材中都能找到。這種控制的主要特點(diǎn)是人的部分器官作為控制環(huán)節(jié)參加到了控制的過程之中。這樣做，能清楚地說明手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的區(qū)別。首先要通過具體的手動(dòng)控制事例講 清“人”在該控制過程中的作用。 讓學(xué) 生得到“離不開控制”、“喜歡控制”、“希望了 解控制”的初步體驗(yàn)。 。 第四單元 控制與設(shè)計(jì) 一、相關(guān)課標(biāo)內(nèi)容 理解控制的含義及其在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用 分析典型的案例 ,了解手動(dòng)控制、自動(dòng)控制 ,熟悉簡(jiǎn)單的開環(huán) 控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和簡(jiǎn)單的工作過程 能畫出一個(gè)簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖 ,理解其中的控制 器、執(zhí)行器等環(huán)節(jié)的作用 ,熟悉反饋環(huán)節(jié)的作用 能結(jié)合案例找出影響簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)運(yùn)行的主要干擾因素 ,并 作分析 了解簡(jiǎn)單的被控制對(duì)象的基本特性 ,能確定被控量、控制量 , 畫出控制系統(tǒng)的方框圖并形成初步的控制設(shè)計(jì)的方案 能根據(jù)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 ,制作一個(gè)控制裝置；或者 能根據(jù)簡(jiǎn)單閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)施或模擬實(shí)施 , 學(xué)會(huì)調(diào)試運(yùn)行 ,提出改進(jìn)方案 第四單元 控制與設(shè)計(jì) 二內(nèi)容要點(diǎn) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的分析 控制方式 開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程 控 制 與 設(shè) 計(jì) 控制的涵義 控制的應(yīng)用 控制的概念 控制系統(tǒng)的方框圖 控制系統(tǒng)的干擾因素 確定設(shè)計(jì)方案 控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與調(diào)試 第四單元 控制與設(shè)計(jì) 三、教學(xué)建議 （一）控制的涵義 在這一節(jié)的教學(xué)中首先要從學(xué)生熟悉的事例著手， 讓 學(xué)生知道控制是處處存在的。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是建立在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的分析基礎(chǔ)上的，而在學(xué)生的生活和學(xué)習(xí)中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)用的的案例比比皆是，教師可以列舉一些，讓學(xué)生通過類似系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析，進(jìn)一步掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。而為了系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化的目標(biāo)所提出的各種解決方法，稱為最優(yōu)化方法。我們要認(rèn)識(shí)到，一個(gè)系統(tǒng)并不是一經(jīng)產(chǎn)生就是很完備的，為了使它進(jìn)一步適應(yīng)外界環(huán)境，提高系統(tǒng)的有序性及整體的運(yùn)行效果，需要不斷地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。一般來說，學(xué)生對(duì)系統(tǒng)分析的概念并不熟悉，教師最好要多找一些事例來講解，讓學(xué)生樹立起系統(tǒng)分析的概念。系統(tǒng)分析首先從整體出發(fā)，提出整體目標(biāo)，在考慮實(shí)現(xiàn)整體目標(biāo)的前提下，考慮各個(gè)子系統(tǒng)與各部分之間的關(guān)系，始終著重整體與部分之間的相互聯(lián)系、相互作用、相互制約的關(guān)系，從而揭示系統(tǒng)的特征與規(guī)律。 第三單元 系統(tǒng)與設(shè)計(jì) 四、教學(xué)建議 2．通過簡(jiǎn)單的系統(tǒng)的案例分析，理解系統(tǒng)的基本特性，初步掌握系統(tǒng)分析的基本方法 課標(biāo)只要求學(xué)生掌握粗淺的系統(tǒng)分析的基本方法。 第三單元 系統(tǒng)與設(shè)計(jì) 四、教學(xué)建議 1．從應(yīng)用的角度理解系統(tǒng)