通用技术专题第四单元控制与设计

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1、控制的基本概念知识讲座主讲人　　刘志红北京教科院基教研中心控制的基本概念知识讲座一、关于控制论二、人工控制、自动控制与手动控制的区分三、自动控制的基本概念四、控制系统功能方框图绘制一、关于控制论1、什么是控制，控制的概念是什么？2、控制论简介3、教材中提到的几个控制论中的重要概念①负反馈调节（控制）②功能模拟方法③黑箱方法一、关于控制论1、什么是控制，控制的概念是什么？控制：人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制（control）。理解任何控制现象，都要明确控制的对象是什么，控制要

2、达到什么目的和采取什么控制手段。——苏教版P97，地质版P104可能性空间是控制论中最基本的概念事物的发展与变化具有多样性。例如，一棵树可能因为某种原因结不出果实，也可能硕果累累，而且可以有大有小，或酸或甜；降落的雨水，可以用来灌溉农田，也可以人们冲洗物品，还可以发电，但也可能注入江河，甚至有可能引起洪涝灾害。——苏教版P96，地质版P104可能性空间是控制论中最基本的概念被控制的对象必须存在着多种发展的可能性。人们对这些可能性可以通过一定的手段进行选择，才谈得到控制。控制的概念与事物发展的可能性密切相关。因此，将事物

3、发展变化中面临的各种可能性集合称为这个事物的可能性空间。一切控制过程，都是由三个基本环节构成①了解事物面临的可能性空间是什么？（雨水：灌溉、冲洗、发电、洪涝）②在可能性空间中选择某一些状态为目标。（发电）③控制转化条件，使事物向既定的目标转化。（建水库，蓄积水的势能，水力发电）解读教材“人们按照自己的意愿或目的”——这只能是在可能性空间中做选择，而不能凭空臆想。“通过一定的手段”——手段便是“控制转化条件，使事物向既定的目标转化”2、控制论简介美国的数学家维纳，汇集了数学和物理学的发展、生物学和生命科学的进展、人类对对

4、思维规律的探讨，在1947年发表《控制论》，这本书震动了科学界。科学家们被建立各门学科的统一的方法论的雄心所吸引。一大批各个领域中的专家纷纷互相对话，控制论、系统论成为二次大战后直至今天的不可忽视的科学思潮。控制论思想的源流数学和物理的发展生物学和生命科学的进展人类对思维规律的探讨苏教版P101美国科学家维纳在20世纪40年代创建了控制论。控制论是研究各类系统的调节和控制规律的科学，是具有方法论意义的理论。它是自动控制、通信技术、计算机科学、数理逻辑、神经生理学、统计力学、行为科学等多种科学技术相互渗透形成的一门横断性

5、学科。3、教材中提到的几个控制论中的重要概念①负反馈调节（控制）鹰击长空，不但能准确地扑到固定目标，甚至连飞速躲避的兔子、老鼠也不能逃脱。负反馈调节鹰的眼睛在盯住兔子的同时，也注意到了自己的位置，并把两者作一个比较，经过比较后的信号代表鹰的位置与兔子位置的差距，鹰的大脑根据这个差距指挥翅膀改变自己的位置，使鹰向着差距减小的方向运动，这个控制过程连续不断进行直到差距为零，捉到兔子。在这里，最关键的一点是鹰的大脑作出的决定始终使鹰的位置向减小差距的方向改变。控制论中把这类控制过程称为负反馈调节。负反馈调节的本质负反馈调节的

6、本质在于设计了一个目标差不断减少的过程。目标差：目标的位置与实际位置的差距。调节与控制的区别在于控制的过程存在一个目标差不断减少的过程，称为调节。鹰抓兔子的控制框图负反馈的控制过程有两个要素系统一旦出现目标差，便自动出现某种减少目标差的反应。减少目标差的调节要一次一次地发挥作用，使得对目标的逼迫能积累起来。苏教版的投篮球（P110）与地质版的走直线（P110）讲的就是这个原理，如果我们能理解这点，在教学中处理教材可能会轻松一些。正反馈在反馈的过程中，目标差不断增大这就是正反馈。红楼梦中有一段中秋夜黛玉与史湘云在凹晶馆赏

7、月联句：……寒塘渡鹤影，冷月葬诗魂谈到反馈时要区分正反馈与负反馈在自动控制系统中一般都采用负反馈。正反馈并不是绝对不用，电子线路中运用正反馈产生一定频率的振荡，核爆炸也是一种正反馈。在自动控制框图中负反馈用负号表示，不写负号表示信号为正。反馈过度负反馈调节系统如果出现反馈过度，都会从一个逐步逼近目标的稳定过程转化为振荡过程。导弹打飞机，飞机向左，导弹向左过度，飞机就在导弹的右侧了，检测到飞机在右侧，导弹又向右，如此，反复不能击中目标，导弹的控制器接收到导弹与飞机的目标差之后，做出了过头的调节，从而形成振荡。在亲子关系中

8、的反馈过度父母都是爱孩子的，希望孩子有出息，但在与孩子的互动中，表现出过度的关爱，孩子反感，孩子也是爱父母的，在表达他们的反感时分不清自己真实的感受，情绪化的表达也是反馈过度，于是亲子关系紧张。了解了这一反馈调节的控制方法，当然会使我们周围的人际关系更融洽。②功能模拟方法在第二次世界大战中，根据实战的需要，要求设计一种具有控制功能