浅谈通用技术控制系统中学生走出误区及对策 高中通用技术论文

浅谈通用技术控制系统中学生走出误区及对策

大溪中学   陈福才  陈波

摘要： 控制系统是通用技术课里一个重难点之一，纵观几次通用技术高考，这个知识点占有相当大的分量。同时这也是相对比较专业的知识，平时可能会遇到一些疑题、难题，尤其是开环和闭环控制系统的判别，常常会出现：有检测装置就是闭环控制系统的误区；有错找被控对象，误把输入量当成被控量，开环控制当成闭环控制的误区；有误把输入与输出同类信号，当作闭环控制的判断依据的误区。本文着重从学生角度谈谈通用技术控制系统中常见的误区分析及对策。

关键词：通用技术 控制系统  误区  对策

《控制与设计》这个单元是通用技术里的难点之一，在教学中教师应熟悉有关自动控制方面的专业知识，理解控制系统的基本理论和工作原理，特别是开环和闭环控制系统的区分的问题常常困扰了很多教师。在通用技术高考大纲中要求比较高，对所列知识要理解其确切含义及其中的技术思想方法，能够进行叙述和解释，并在解决技术设计的实际问题中运用它们。再次从若干高考的分数比例来看这一单元的重要性：08年10月的高考中，选择题2道共4分，简答题1道6分，总共占10分；09年3、9月份高考中，比例没有改变，题型也没有变化，100分卷面还是占了10分。题目涉及的内容都是与学生的生活密切相关，难度并不大，因此在教学中应重视这个单元，并充实自身的专业知识，理清教学的困扰。就上述这个举足轻重的问题，我针对学生辨别开环和闭环控制系统理解上存在的几个误区，谈谈自己肤浅的看法及点滴对策。

误区之一：有检测装置就是闭环控制系统。

成因分析：开环控制系统是指控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。开环控制系统本身不能对被控量的偏差进行调整和补偿，也就是说，由于某种干扰信号的作用使输出信号出现非正常状态时，系统本身没有自动纠正的能力，要进行纠正，必须借助于人工。开环控制系统的控制精度相对比较低。比如宾馆、酒店的自动叫醒服务是一个开环定时控制系统。如果由于某种原因，使这一定时控制系统自身的计时北京时间每小时快4秒，那么系统能不能自动调整过来？不能，因为没有检测装置检测系统时间与北京时间有偏差。即没有反馈，无法克服这一干扰因素。

而闭环控制系统是指系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统。闭环控制系统的优点是控制精度高，不论何种原因造成系统的输出量偏离给定量，闭环控制系统都会产生控制作用来减少这一偏差。闭环如何知道有偏差，靠的就是反馈环节。反馈是在自动控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程。在控制系统中，反馈可以有效地抑制干扰，减少被控量的偏差。例如加热炉的温度自动控制系统，当打开加热炉的炉门取东西时，由于外环境温度低，加热炉内的热量向外放出，导致炉温降低，系统通过热电偶检测实际炉温与给定炉温比较。直到偏差消除，保证炉温保持在给定范围内。因此，开环与闭环区别的关键看是否存在反馈，反馈肯定有适当的检测装置把系统的输出量返回到输入端的过程。于是，学生往往看到是检测装置的表象，误认为有无检测装置是区别开闭环系统的标准。

对策：看检测装置检测输入端还是输出端的信号，检测输出端信号的是反馈环节，否则不是。例如自动门的开环控制系统。门的上方安装有红外传感器，当人走近自动门时，红外传感器检测到人体热辐射发出的红外线信号，并把这一信息传送给控制器，控制器接收到该信号后，便会发出相应的指令，启动电动机运动装置，使门向两边打开。至于门开到什么位置，是否与设定的门位置有偏差，无法知道，当然也不能纠正偏差。因为这个红外传感器检测装置没有担任反馈的作用。只是把输入人的信号转换为电信号。如果在门这里安装一个门的位置传感器，根据人流量的多少，调整门的开度大小，这时位置传感器检测装置检测输出端门的位置担任反馈环节，那就构成了一个闭环控制。

误区之二：错找被控对象，误把输入量当成被控量，开环控制当成闭环控制。

2009年9月高考题中有一道控制选择题：如图所示为高速公路汽车速度监测系统，测速雷达测量车速，经控制器判断后，控制摄像头将超速车辆的图像信息记录下来，作为违章处罚的证据，该速度监测系统中的被控对象是：
A、汽车    B、测速雷达

C、摄像头  D、速度显示器
选择A汽车的同学较多。

成因分析：学生认为这是一个闭环控制系统。误认为过往车辆是被控对象，输入量是设定车速，输出量是汽车的实际速度，测速雷达是检测装置起反馈作用。其实车辆超速检测系统工作过程是：一旦有汽车通过，雷达测速装置实时测出汽车速度，由电脑迅速判断出是否超速，如果超速则启动照相机跟踪抓拍，将拍摄到的图像信息存储和输出到控制中心。这里汽车的速度是该系统的输入量，超速汽车的图像信息是输出量。因此，车辆超速检测系统是个开环控制系统。

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