通 用 技 术

系统是普遍存在的，也是多种多样的。根据需要，可以对系统进行不同的分类。如，可把系统分为自然系统和人造系统，自然系统是自然形成的系统（如生态系统），人造系统是由人工制造加工而成的系统（如计算机系统和机械传动系统）；也可把系统分为实体系统和抽象系统，实体系统是实物形态的（如生物系统、机械系统），抽象系统是非实物形态的（如哲学系统）。 3、系统的基本特性：

系统的基本特性主要有整体行（全局、集合）、相关性（匹配、关联）、目的性（功能）、动态性（更新）和环境适应性（自适应）等，这些特性都体现了一定的思想与方法。（结合课本相关案例，学会运用系统的基本特性，分析身边的系统特别是P69页五个案例） 二、系统的分析： 1、系统分析及其目的：

系统分析是指为了发挥系统的功能，实现系统的目标，运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验，并在此基础上拟订一套有效的处理步骤和程序，或对原有的系统提出改进方案的过程。

目的：寻求解决问题的最佳决策。 2、系统分析的一般步骤：

明确问题，设立目标——收集资料，制定方案——分析计算，评价比较——检验核实，作出决策。 （结合田忌赛马案例） 3、系统分析的主要原则：

系统分析应遵循整体性原则（丁谓修复皇宫）、科学性原则（三三进九不如二五一十）和综合性原则（孝襄高速公路）。 三、系统的优化： 1、系统优化的目的：

系统的优化是指在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。

最小的成本——最大的利润；最短的工期——更多的工程量；最少的能耗——更多的产品；单位面积土地——更高的农业产量。（案例：农业间作套种，家具利

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润问题等）

几个关键字：优化目标；目标函数；约束条件；影响因素。 2、系统优化的方法：

数学模型——最优解； 科学估算、试验——满意解。 四、系统的设计：

1、系统设计的目的、方法与过程：

系统设计是对各种各样的系统进行调查分析、筹划研究、评价实施、运行改善等，直到完成一个能协调工作的实际系统的过程。

系统设计要考虑其目的与要求（以系统的整体功能的最优为目的）、系统各部分之间的相互联系与相互作用、对系统设计方案进行优化（整体优化，统筹兼顾）等问题。

2、系统设计的一般步骤：

系统设计的步骤包括：将系统分解为若干子系统，确定各子系统的目标、功能及其相互关系，对子系统进行技术设计和评价，对系统进行总体技术设计和评价等。

3、简单系统的设计：

了解系统设计应解决的主要问题和基本的设计过程，写出系统设计或系统优化设计的书面方案，包括必要的设计草图以及量化数据。（案例：手电筒照明供电部分的设计）

第四单元 控制与设计

一、控制手段与应用

1、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。

理解任何控制现象，都要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。例如，人力三轮车转弯过程中的方向控制问题，其控制的对象就是人力三轮车，控制的目的是为了改变三轮车行驶的方向，控制的手段是骑车人通过双手转动车把，改变前轮的方向并带动后轮。

从控制过程中人工干预的情形来分，控制有人工控制和自动控制（有无人直接参与）。

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按照执行部件的不同，控制可分为机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等。当然，在很多控制事例中，控制的手段又可以是综合的。 二、控制系统的工作过程与方式

任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节就构成了一个系统，称为控制系统。控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系。

控制系统通常又分为开环控制系统和闭环控制系统。

1、控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。

对于开环控制系统，通常可以用下面的方框图来描述： 控制量

输入量——→控制器——→执行器——→被控对象——→输出量

2、控制系统可以把输出量返回到输入端与给定值进行比较，构成一条闭合回路。我们把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称为闭环控制系统。

三、闭环控制系统的干扰与反馈 1、干扰因素

在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。有的干扰因素是由于环境造成的，有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。

在控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个。 控制系统在工作过程中必须克服干扰，使被控量稳定。

2、反馈：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，就是反馈。

利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法，称为反馈方法。

闭环控制系统的工作过程

从反馈来看，闭环控制系统就是指在系统的输出与输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生影响的控制系统。闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量（输出量）的偏差。

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由于某种干扰因素的存在，系统的被控量偏离给定值时，闭环控制系统中的反馈环节能及时检测出被控量的值，并迅速反馈到输入端，与给定值进行比较，控制器根据比较得到的偏差信号进行调节，从而使系统的被控量接近给定值，达到精确控制的目的。所以，一个闭环控制系统，能够克服外界干扰，使被控量控制在给定值附近。

闭环控制系统与开环控制系统的比较

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。所以，开环控制系统的控制精确度（或称控制精度）相对比较低。但如果控制系统中各组成元件的特性比较稳定，而且外界的干扰相对较小，则开环控制系统也可以保证一定的精度。开环控制系统一般结构简单，适用于控制精度要求不高而系统本身的元件又比较稳定的场合。

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小这一偏差。与开环控制系统相比，闭环控制系统的设计比较麻烦，结构也相对复杂，构成控制系统的成本较高。闭环控制系统是自动控制中广泛采用的一种控制方式，用于要求高精度和高可靠性的场合。 3、功能模拟方法

以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟“原形”的功能和行为的方法，就是功能模拟法。 4、黑箱方法

通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，就是黑箱方法。 四、控制系统的设计与实施

要设计好一个控制系统，应该明确这个系统要达到的目的是什么，所要控制的对象是什么，被控对象有哪些重要的特性，被控量和控制量分别是什么，外界的主要干扰因素有哪些，选择怎样的设计方案既能达到目的，又经济、易于实现，如何选择设备和元件，等等。

设计一个控制系统，是选择开环控制还是闭环控制，应根据对控制精度的要

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