浙江省衢州市仲尼中学高二通用技术控闭环控制系统的干扰与反馈第一课时教案.doc

浙江省衢州市仲尼中学高二通用技术《4.3 控闭环控制系统干扰与反馈》第一课时教案

【教材分析】
1.知识结构分析
本节将控制系统置于真实环境中, 引入干扰概念, 并经过经典案例, 分析和归纳了克服干扰原因方法, 在此基础上引入反馈概念, 并对闭环控制系统作用进行了关键探讨。
2.知识发生发展过程分析
本节知识发生条件是控制系统工作真实情景, 如骑车、 温度控制等, 教材经过对真实情景干扰原因分析、 具体问题处理建构知识, 对此, 教学上要注意领会和把握。
3.知识学习意义分析
经过本节学习, 有利于了解真实控制系统工作条件和工作过程, 为简单控制系统设计和改善打下基础。同时, 也有利于了解控制精度、 控制水平概念, 为学生知识迁移利用, 进行真实控制系统探究和评价奠定基础。
设计理念
干扰原因和反馈是闭环控制系统中两个关键关键概念, 闭环控制系统是经过反馈步骤克服干扰原因而使系统达成稳定。本课堂依据教学目标和学生认知水平特点, 经过引导、 分析、 小组合作、 代表讲话等来达成教育教学目标。课堂中表现了学生自主学习, 老师启发引导新课改教学标准。
教学策略设计
依据本课教学目标, 我采取老师讲授, 媒体演示, 任务驱动, 学生自主思索、 合作讨论等多个教学方法相结合策略。
【学情分析】
1.原有认知发展分析
本节是在上节内容基础上继续, 属于知识上爬坡以后深化和充实。相对于一、 二节, 知识梯度较小。
2.原有知识结构分析
经过前两节学习 , 学生以了解了控制系统通常工作模式。但所学内容系理想条件下控制系统工作过程, 对开环和闭环控制系统了解处于表面化阶段, 需经过本节学习给予深化。
3.非认知原因分析
注意预防连方面倾向, 面对比较简单控制实例, 部分学生轻易轻视, 对所论内容不够重视; 稍难, 则缺乏信心、 退缩。
【教学目标】
1.知识与技能: 了解闭环控制系统干扰与反馈各方面原因。
2.过程与方法: 能结合身边案例找出干扰原因, 并做出分析。
3.情感态度与价值观: 培养学生对一个控制系统了解能力和分析能力, 并能从物性到理性过渡, 能对学习与人生产生干扰影响原因进行分析。
【教学关键和难点】
1.能结合案例分析找出影响简单控制系统干扰原因。
2.熟悉闭环控制系统中反馈步骤作用。
3.学会分析干扰在控制系统影响, 反馈在技术发明和革新中作用。
【教学步骤】
（一）课堂导入
展示图片:

老师提问: 日常我们在送走客人获亲朋好友时候都说一路顺风, 那为何我们在送乘坐飞机乘客时候却不能这么说呢？（提醒依据物理知识进行解释）
学生小组讨论并代表讲话
老师总结: 飞机在起降阶段速度（地速）比较小, 要想使飞机取得足够升力克服重力而腾空, 就需要稍大空速（相对于气流速度）, 那么在地速（相对于地面参考物速度）相对较小情况下就需要飞机最好迎风干扰起飞, 这么才能达成比较大空速, 已达成足够升力而起飞。落地亦然。通常, 737型飞机最大顺风起降限制为5米每秒, 也就是说当顺风达成5米每秒时就不能起降了, 若下雨（专业说法是“湿跑道”）, 这个数值就会是3米每秒。假如你祝人家“一路顺风”, 那岂不是祝人家不顺利？所以出行时你能够用“一路顺利”来替换“一路顺风”, 假如你好友是航空界业内人士, 你还能够说“航路顺风”, 这么会更显专业点。（航路上——起飞以后降落之前当然是顺风好了, 能够省油省时间）。类似事例还有风筝起飞等等。
为此依据以上分析得出飞机起飞是经过分力干扰来实现。今天我们就一起来研究下干扰与反馈。
【知识复习】
简单回顾控制分类和组成: 1.控制系统分类是什么？
2.控制系统有哪几部分组成？
（二）干扰
1.知识讲解
案例分析一: 逆风中骑自行车。

老师提问脚踩力
自行车
行使速度
风
给定量
被控量
逆风、 顺风、 上坡路……
: 分析逆风中行驶自行车哪些原因是输入量, 哪些是输出量, 哪些是影响车子运行原因。
学生: 依据老师提问来进行小组分析
2.得出结论: 什么是干扰原因: 在控制系统中, 除输入量（给定值）以外, 引发被控量改变多种原因称为干扰（interference）原因。
3.扩展讨论: 生活中还有哪些例子说明“干扰是存在”？
4.总结结论: 在控制系统中, 干扰原因一定有, 可能有一个, 也可能有若干个。
5.立即行动: 在电冰箱温度控制系统中, 下列情况是否属于影响其温度控制干扰原因？并简单概括理由: 开电冰箱门; 电冰箱所在房间温度从20摄氏度变到32摄氏度; 吧热菜或热饭放入电冰箱中; 电冰箱外放一盆冷水;
学生小组讨论, 并代表讲话。
6.思索: 在下表所列控制系统中, 可能存在哪些干扰原因？（斜线部分为参考答案）
控制系统
干扰原因
自动扶梯升降控制系统
扶梯承载重力、 电机输出电压波动、 齿轮间摩擦力等。
利用滑轮组提升重物控制系统
滑轮组摩擦力、 电机电源波动等、 绳子和滑轮, 重物重力。
蔬菜大棚温度控制
外部环境温度改变、 大棚保温材料保温性能产生改变等、 植物排放二氧化碳, 温室效应。
7.案例分析: 电视机工作。电视机出现画面紊乱现象往往是因为受到外界磁场干扰。比如: 近距离摆放电冰箱、 空调器、 电风扇、 日光灯等等。她们就是电视机正常工作干扰原因。克服这些干扰措施就是将家用电器远离电视机放置。
克服干扰基础措施:
A.消除干扰
在飞机上不能使用通信工具
B.减弱干扰
电器在使用时远离其它电子设备
C.提升控制系统性能
采取闭环控制系统
注意: 在进行控制系统设计时, 必需对可能存在干扰进行全方面调查和分析, 假如干扰比较常常和严重, 对控制目标影响产生严重后果, 就必需考虑抗干扰方法, 确保控制系统正常工作; 假如可能存在干扰不是很严重, 对系统正常工作影响不大, 就能够忽略。因为任何抗干扰方法实现, 都意味着系统结构复杂和成本增加。
对干扰利用, 是指有意对控制系统施加干扰, 使控制系统无法达成控制目标, 而不是控制系统本身需要干扰。比如: 打狂犬疫苗、 军事演练中对敌方信息指挥系统进行电磁波干扰。
（三）反馈
1.知识讲解
定义: 控制系统中, 将输出量经过合适检测装置返回到输入端并与输入量进行比较过程就是反馈（feedback）。
反馈方法: 反馈控制是一个在计划实施一段时间或结束后进行事后控制, 关键为下一步计划实施总结经验, 但它却常常是管理控制工作关键形式。比如投诉与反馈、 留言反馈、 意见反馈、 环境反馈、 教学活动、 超市反馈调查表、 市场信息反馈系统、 工作总结、 产品性能检验、 现代酒店控制方法等。
2.实践体验
[游戏]: 在黑板上画两张大脸, “四官俱全”, 没有眼睛。然后请一个同学上来“填”眼睛, 闭着眼睛画, 位置不对,也不好看。睁着眼睛画, 漂亮。
分析:
闭着眼睛画: 人脑控制手画眼睛: 人脑——手——眼睛;
控制过程中, 没有反馈步骤, 不能对控制结果加以修正、 调整。
是个单程控制流向。 这是开环控制。
睁着眼睛画: 人脑控制手画眼睛, 在此过程中, 眼睛能够把手位置及画效果立刻反馈给大脑, 使得大脑正确精细控制手去画好眼睛。控制过程中有反馈步骤能够把控制结果反馈给人脑, 控制流向形成了闭合回路。这是闭环控制。

3.立即行动: 分析“穿针引线”动作过程, 并补充一个合适事例填写下表。（斜线部分为参考答案）
事例
输入
检测装置
输出
“穿针引线”
线位置
人眼睛
线与针孔对准
投掷飞镖
靶位置 (期望值)
眼睛
飞镖实际投掷位置
能扑灭蜡烛机器人
打开机器人开关
光敏、 力敏传感器
找到蜡烛、 并将其扑灭
电冰箱
温控器设定温度
温度传感器
制冷后冰箱内温度
4.案例分析: 经过反馈来分析拿桌上杯子过程.
反馈工作过程: 当人计划要拿桌子上水杯时, 人首先要看到自己手与杯子之间距离, 然后确定自己手移动方向, 手始向水杯移动。同时人眼睛不停观察手与杯子距离（该距离就是输入与输出差值）, 而人脑（控制器）作用就是不停控制手移动, 以消除这个差值。直到手拿到杯子为止, 整个过程也就结束了。从上面例子能够看出, 由（负）反馈形成偏差是人正确完成拿杯子动作关键。假如这个差值不能得到话, 整个动作也就没有措施完成了。这就是眼睛失明人不能拿到杯子缘故。
（四）课堂总结
经过今天课堂让我们了解到干扰原因是在控制系统中, 除输入量（给定值）以外, 引发被控量改变多种原因。反馈是指控制系统中, 将输出量经过合适检测装置返回到输入端并与输入量进行比较过程。除此分析了干扰原因利与弊, 并分析了反馈步骤作用。
【板书设计】
一、 干扰原因
在控制系统中, 除输入量（给定值）以外, 引发被控量改变多种原因称为干扰（interference）原因
二、 反馈
控制系统中, 将输出量经过合适检测装置返回到输入端并与输入量进行比较过程就是反馈（feedback）。

[分层练习]
A类:
声控灯控制系统中, 传感器接收声音信号, 经控制电路处理后驱动开关接通或关闭灯泡。该系统控制对象是灯泡, 控制量是（ D ）
A．灯泡发光
B．声音大小
C．电源电压高和低
D．开关通和断

B类:
自动烘手机控制系统工作过程以下: 红外传感器检测到手靠近时, 鼓风机和加热电炉丝开始工作, 当人感觉到手干了, 并离开时, 红外传感器测不到手信号, 则鼓风机和加热电炉丝停止工作。该控制属于（ B ）
A．手动控制, 开环控制
B．自动控制, 开环控制
C．手动控制, 闭环控制
D．自动控制, 闭环控制

C类:
红外线水龙头控制原理是: 当红外线感应器感应到人红外线后, 信号传输给电磁阀, 打开水龙头, 然后延时一定时间再关闭。这里水龙头出水量是属于控制系统（ D ）
A．控制器
B．实施器
C．被控对象
D．被控量