1、第四章控制及其设计教材p98-p104控制无处不在，从管理到生产,从生活到学习，都离不开控制,如经济建设宏观调控控制)、学校教学质量控制、航空航天飞行控制、冶炼钢铁过程控制、塑料大棚生态环境控制、智能家居系统控制等。学习一些控制技术，可以提升我们的思维品质，提高我们的学习和工作效率,对我们技术核心素养的养成乃至今后的成长与发展，都是十分必要的。学前沙龙观赏生态鱼缸控制系统的联想 课间，宏志科技小组和追梦科技小组的同学们一起来到教学楼的大厅观赏水族箱。只见水族箱里的光线柔和，水草映衬着漂亮的假山石，鱼儿在清澈透明的水中自由自在地游着，就像一幅美丽的山水画。水族箱是怎样控制水温的?为什么水族箱能长
2、期保持水质清澈?水族箱的光照是怎样自动控制的?一系列的问题引起了同学们丰富的联想。宏志科技小组提出联想:什么是自动控制?自动控制装置（系统）是怎样组成的?怎样工作的?怎样做到控制系统设计与实现?追梦科技小组提出联想:先进的高铁、歼-10战机、太空飞行器交会对接、嫦娥四号成功实施近月制动以及工农业生产与日常生活中的现代化控制系统，不都需要自动控制技术吗?本次沙龙，同学们对学习控制及其设计的内容产生了浓厚的兴趣，一致表示;为实现中华民族伟大复兴的中国梦，我们要努力学好控制技术。第一节什么是控制问题思考 学校晚自习期间，经常有学生反映走廊里空无一人却灯火通明，同学们一致认为这种长明灯非常浪费电，那么
3、，有没有一种能根据有无人员情况自动控制开关的灯呢?一、控制实例实例1蒸汽机车、磁浮列车的控制蒸汽机车以不同的蒸汽进给量，使汽缸活塞以不同的速度与加速度做往复运动，再通过传动机构驱动车轮旋转，从而使列车获得不同速度与加速度的运动(图4-1)。随着技术的进步与发展,内燃机车、电气机车先后问世。我国完全自主研发、自主制造、自主施工、自主管理的中低速磁浮列车“追风者”号已于2015年12月26日在长沙试验运行，速度可达100 km/h(图4-2)。磁浮列车具有极高的能量利用率，其控制的最基本要求就是要保证磁浮列车能够在一定程度的各种扰动作用下保持平衡稳定的悬浮，通过对悬浮高度进行良好控制来实现磁浮列车
4、的稳定性、安全性和舒适性。实例2鸡舍自动饮水器的控制鸡舍内，使用普通给水槽存在的问题很多，如水槽易被鸡群踩翻,不能保证水槽内总有足够的水量。现代大型鸡舍内,多使用自动饮水器，如图4-3所示。自动饮水器可保持饮水盘内总有足够量的饮水，即水面高度不变。当饮水盘缺水时，其总重量减轻,弹簧收缩驱动控制杆左端向上运动，将出水阀门打开，自来水从阀门体下端沿饮水盘上表面流入环形水盘:当水面达到一定高度后，饮水盘总重量增加，加大了弹簧拉力，使控制杆左端向下运动，将出水阀门关闭，自来水停止流出。因此，饮水盘内的水面可自动维持在某一高度上。实例3空调机制冷/制热的控制使用空调机（如制冷)时，首先设定温度，同时空调
5、机会自动检测室内温度，并比较这两种温度的差值。如果室内温度低于设定温度，空调机不工作当室内温度高于设定温度时，空调机开始工作。此时，制冷剂在室内机（蒸发器）中由液态变为气态，吸收大量热量，从而降低室内温度,而压缩机和室外机（冷凝器)的作用是把离开蒸发器的气态制冷剂压缩冷凝为液态制冷剂,并把热量释放到室外。空调机制冷原理如图4-4所示。如果需要制热，空调机会改变散热方向，冷凝散热的热量不再由外机排出而经风扇被吹送到室内，使室内升温。需要空调机达到制冷制热的温度值,可以自如设置。通过制冷/制热,实现了空调房内室温的调节（控制)。调查研究调查我们生活中所使用的灯都有哪些控制方式?控制效果如何?二、控
6、制及其应用(一）控制的含义事物的发展有多种可能性。比如，农作物的生长会随着它的生长环境的变化而变化。人们期盼着丰收，就得通过科学种田来达到自己的目的，如控制摘情、控制虫害等。又如,为迎击来犯的敌机，通过精确制导控制技术，可使我方导弹准确命中敌机，达到让敌机有来无回的目的。人们根据自己的目的，通过一定的手段，使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制。这里所说的手段就是控制技术。现代控制技术通常是指自动控制技术。自动控制是科学和技术的一个重要分支。自动控制系统能在无人直接参与的情形下运行，并承担人的某些职能。(二）控制在生产和生活中的应用控制技术的应用，有早期(18世纪）的风车方向控制、瓦特的蒸
7、汽发动机控制到20世纪，有化工温度控制、自动化车床控制等。控制技术在近代得到了迅速发展，在各个领域得到了广泛的应用。三峡截流，滔滔的长江水被调控用作水力发电;长征号火箭把各种卫星准确送入太空轨道;神舟号飞船遨游太空，准确地返回地面;精确制导（控制）导弹，准确地拦截目标。在这些高技术成果中，控制技术起着重要甚至是核心的作用(图4-5、图4-6)。神舟号飞船从发射，经历入轨、变轨、圆轨道飞行，最后返回舱返回地面，其飞行控制全过程如图4-7所示。在生产过程中，对压力、温度、湿度、黏性和流量的控制，屡见不鲜在机器制造业和其他许多行业，如机器零件加工、处理和装配中，也都广泛采用了控制技术。农业生产中也广
8、泛采用了控制技术，如大棚温室中的温度、湿度和光照控制等。我们日常生活中使用的电冰箱、洗衣机、空调等也都采用了控制技术。控制技术的广泛应用，降低了生产成本，提高了产品质量和劳动生产率，使人们从繁重或危险的体力劳动和重复的手工操作中解放出来。因此,控制技术的地位和作用日益突出。调查研究 收集周围使用控制技术的实例，研究为什么要实施控制?观察周围，还有哪些需要实施控制的问题?开眼界浪漫“太空之吻”2016年10月19日凌晨，神舟十一号飞船与天宫二号空间实验室成功实施自动交会对接。神舟十一号飞船与天宫二号空间实验室的交会对接是一个非常复杂的过程，要让两个8t多的“大家伙”在适当的飞行速度下完美地对接在
9、一起，仿佛是在太空中穿针引线。在经过5次变轨后，神舟十一号飞船到达天宫二号空间实验室后方约52 km的位置，这两个“大家伙”进入自动控制状态，由神舟十一号飞船加速追赶天宫二号空间实验室。为了安全起见，两个“大家伙”在距离5 km、400 m、120 m和30m共4个停泊点处减速调整。在神舟十一号飞船、天宫二号空间实验室追追停停的过程中，两名航天员回到返回舱，穿上航天服，并将返回舱和轨道舱之间的舱门关闭。等到在相距120 m的停泊点处，航天员处于随时备份状态，准备手动控制干预。到相距30 m的停泊点处，神舟十一号飞船伸出捕获索，伸到天宫二号空间实验室上面(图4-8)，之后捕获索慢慢收缩，将神舟十一号飞船和天宫二号空间实验室慢慢拉近，最后成功地完成交会对接，上演了一场浪漫的“太空之吻”(图4-9)。阅读材料人类首次登上月球背面 我国的嫦娥四号在月球背面着陆与巡视勘察，实现多项技术创新，开启了人类对月球探测的新篇章(图4-10)。由于地球、月球始终同朝向自转、公转，因此，月球背面一直是个谜，登陆月球背面意义重大!嫦娥四号是复杂的宇航控制系统，涉及结构、流程、系统、控制等多门技术。其中，控制是登月的关键技术。嫦娥四号登月“正中靶心”，表明其飞行控制精准,说明其控制技术的运用达到国际先进水平!
