教学与研究2023年10期

对控制系统的理解

何金丽

（奉化高级中学 浙江  宁波  315500）
内容提要：在新课改的前提下，通用技术显得越加重要，如何使学生更好的获得技术技能，对其今后的发展尤为重要，作为技术教师需要我们更好的把握教材所要传达给学生的知识，需要我们进一步加深对教材的理解，本文就对《控制与设计》这一章进行了详细的解读。

关键字：开环控制系统     闭环控制系统

《控制与设计》这一章一直都是《技术与设计2》中的重中之重，因此正确的理解这一章节的内容成为每一个通用技术教师的基本要求。对于技术这门学科我已经有三年教龄，纵观前两年的教学生涯，对于这最后一章节的内容，我始终不能很好的把握，讲解不清晰，不能使学生很好的理解本章节的重点和难点，第三年当我把控制系统与人类的活动进行类比之后，发现教学过程简单了许多。下面我将对控制系统进行理解与分析。

在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。自动控制系统已被广泛应用于人类社会生产生活的各个领域。

而把控制系统类比为人的活动之后，我认为控制在狭义上可以指人在大脑的指挥下，通过口、手、脚的运动做各种事情。例如军训时教官的指挥口令，学员听到声音后按命令进行各项训练，又例如，打篮球时人在大脑的指挥下进行投篮活动，再例如，宾馆门口的门童，远远的看见客人走近大门，就会把门打开，直到客人进门后才关闭大门，这个过程也是在大脑控制下进行的。所有这些大脑指挥下的控制过程我们一般都可以总结为：

输入量→ → → →输出量

外界通过视觉、触觉、嗅觉、听觉等人体的感觉向大脑发布命令的过程，我们可以理解为外界向系统输入的信号，即为输入量，通过大脑这个控制中枢处理后，即向手、脚等这些执行器发布命令，使被控对象的某一个量发生了变化。例如门童开门的过程可以这样表达：

客人身体的反射光线进入人眼→ → → →门打开

在科学技术高度发达的今天，人类已经学会了用各种电子机械以及其他原件来代替人脑以及手脚等的部分功能。因此当我们研究其他复杂的一些电子机械控制系统觉得较为困难时，不妨把这些复杂的系统类比为人的控制系统，这样做可以使学生理解起来更加形象更加方便。

例如，在教学过程中，宾馆的自动门控制系统是一个典型的开环控制系统，但是由于学生是第一次接触控制系统的概念，理解其工作过程有一定的困难，因此为了使教学简单化，我们可以使学生这么理解：自动门上面的红外线接收器取代了人眼的功能，电脑取代了人大脑的功能，电动机或液压动力装置取代了人手的功能，这样一来自动控制系统就取代了门童的功能，过程可以这样表达：

客人身体发散出来的红外线→    →   →   →门打开

然而自然界中有些物体并不会发出红外线以及其他的一定频率的电磁波，对于这种情况，我们可以利用一个会主动发出红外线或电磁波的光源或波源，当此波源或光源照射该物体时，物体会反射此信号，这就取代了物体主动发出的红外线或电磁波。例如主动式雷达，它不停地通过发射装置，间隔相同时间向周围空间发射电磁波，遇到障碍物该电磁波就被反射，电脑接收到这一信号后，经过运算就可测出该物体的方位、距离、速度大小等量。当然在这个控制系统中雷达的接收器代替了人眼睛的功能，电脑代替了人脑的功能，电动机代替了人手的功能，此过程可以这样表达：

电磁波信号→     →                →                   →物体的速度、位置坐标

由此可见，以上控制系统输入系统的量与系统的输出量之间是不一致的，我们把这类控制系统定义为开环控制系统，而它们都具有共同的表达方式：

输入量→   →     → →输出量

当我们理解了开环控制系统后，闭环控制系统理解起来就相对轻松一点，我们依然以人为例，例如当人在打篮球时，球投进了篮筐，这个控制系统可以表达为：

篮筐位置→ⓧ→               → → →篮球位置

在这个系统中，眼睛起着一个非常大的作用，如果此系统没有眼睛篮球就不能准确投进篮筐，所以眼睛起着非常重要的调控作用，它可以把信息反馈给人的大脑，大脑对手下达指令，手就相应的调控篮球的具体位置，这就是一个简单的闭环控制系统。

那么对于一些较为复杂的电子机械类控制系统，我们依然可以类似的把它类比为人的控制系统，比如供水箱的水位控制系统中，机械或电子控制装置就代替了人脑的功能，阀门就代替了人手的功能，浮球就代替了人眼睛的功能，这个控制系统就可以表达为：

设定的水位→ⓧ→ → → →实际的水位

我们发现对于这类的控制系统，比之开环控制系统，最大的一个不同点就是多了一个类似人眼睛的调控装置，而且这类系统的输入量与输出量之间存在一定的对应关系，我们称之为给定量以及被控量，这就是闭环控制系统，它的过程我们一般可以表达为：

给定量→ⓧ→ →     → →被控量

综上所述，对于这类复杂的机械电子控制系统来说，在教学过程中，我们都可以把它们与简单的人为控制系统相联系，达到化繁为简的效果，使学生理解起来更加方便，也使得我们的教学活动更加形象简单。

参考文献：技术与设计1   技术与设计2