浙江省衢州市仲尼中学高二通用技术闭环控制中的干扰与反馈教案.doc

浙江省衢州市仲尼中学高二通用技术《闭环控制中干扰与反馈》教案

教学目标:
知识与技能目标:
　　1、 了解控制中存在干扰;
　　2、 学生能了解干扰概念, 掌握克服干扰基础方法;
　　3、 综合所学相关控制知识, 了解不一样控制系统克服干扰方法优劣。
过程与方法目标:
　　1、 学生能分析简单控制系统中干扰, 归纳出克服干扰基础方法;
　　2、 利用所学知识, 激发出学生对于克服控制中干扰创新思维;
　　3、 能综合多种控制系统相关知识, 独立分析简单克服干扰方法。
情感与价值观目标:
　　1、 经过对干扰试验体验和观察, 取得对干扰感性认识;
　　2、 在体验干扰基础上, 能深入讨论控制中干扰;
　　3、 经过内化干扰知识, 形成正确对系统中干扰认识, 并建立稳定控制系统认识态度。
教学关键:
　　1、 了解实际控制系统中会存在干扰影响控制;
　　2、 让学生能够分析简单控制系统中干扰, 了解克服干扰基础标准, 分析克服干扰具体方法, 并结合开环和闭环控制进行对比;
教学难点:
　　1、 分析克服干扰具体方法;
　　2、 综合了解开环与闭环优劣只是相对, 了解干扰不是全有害。
教学过程:
引入:
复习与回顾
【课件演示】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？
【游戏引入】 真正控制系统在运行过程中还会存在很多原因影响:
控制羽毛球降落游戏:
1、 在正常条件下降落。
2、 在有侧风条件下降落。
问题: 假如不按正常条件下降落方法还能正中目标吗？为何？
对比两种情况异同: 受外界影响, 控制行为受到影响。
新课教学:
一、 干扰概念
【涵义】: 干扰就是对控制系统行为造成影响有害信号及扰动, 即除给定量外, 引发被控量量值改变多种原因。
关键点: 系统行为、 被控量量值改变; 引发改变多种原因。
二、 干扰对控制功效影响
1、 现实生活中干扰例子
A、 外界光线对投影效果干扰
（对周围控制系统分析 就近对课室投影干扰分析, 学生更有体验）
B、 轮船行使中干扰
（录像演示波浪对轮船干扰）
C、 汽车驾驶干扰（录像演示干扰一个方面）
（汽车行使中干扰, 比较常见, 引导学生引发对交通控制深入思索, 为后面内容拓展到社会大环境设下伏笔）
2、 思索与分析
（1）在出现干扰情况下, 开环控制系统和闭环控制系统哪种受干扰影响小？为何？
闭环控制系统受影响较小, 因为闭环控制系统能不停修正控制效果。
（2）举出部分因为干扰而使控制系统受到影响例子。
雨天交通 病毒攻击 手机干扰飞机
三、 克服干扰基础方法
怎样消除侧风对羽毛球下落干扰？（呼应前面举干扰, 深入思索克服干扰方法）
（一）克服基础方法:
1、 消除干扰
2、 减弱干扰
3、 提升控制系统性能
（二）小组讨论
分析下列控制中干扰, 请同学们以小组为单位, 讨论怎样克服该控制系统中干扰并对对方组抗干扰方法发表自己见解:
第1、 2大组: 汽车驾驶
第3、 4大组: 轮船行使
（在学生讲解同时演示老师对问题解释）
汽车驾驶:
1、 控制系统克服方法:
刹车、 转向、 鸣喇叭;
2、 针对干扰源方法:
加强国民交通意识;
3、 管理方法:
交通部门设置道路隔离带、 交通法加重对违章处罚;
轮船行使:
1、 环境原因:
选择风平浪静天气;
2、 轮船本身设计:
改变轮船长宽比、 增加减摇鳍、 船艏设计;
（三）综合分析:
闭环控制系统比开环控制系统含有愈加好抗干扰能力, 那么是否都应该用闭环控制替换开环控制？
是否采取闭环控制关键看对控制系统要求（如成本、 控制要求）
如空调和风扇使用选择
四、 反馈
•1.什么是反馈？
•控制系统中, 讲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）。
•2.反馈方法
•利用反馈来分析和处理被控对象, 经过系统输出来调整系统行为, 使系统沿着预期目标运行方法。
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
五、 闭环控制系统工作过程
•闭环控制系统就是系统输出端与输入端之间存在反馈回路, 输出量对控制过程产生影响控制系统。
•关键: 经过反馈来降低被控量(输出量)偏差。
•在加热锅炉温度控制系统中, 可能有干扰原因: 加热炉外环境温度改变、 加热器电压波动等
•系统怎样克服干扰使炉温稳定在给定范围内？经过热电偶检测炉内温度值, 并与给定温度值进行比较, 将偏差传给控制器进行控制。
六、 控制系统分析方法
1. 功效模型法
以功效和行为相同性为基础, 用“模型”模拟原型功效和行为方法 。
2.黑箱方法
经过对系统输入与输出关系研究推断系统内部结构和功效方法, 经过观察黑箱外部输入信息(外界对黑箱影响)和输出信息(黑箱对外界反应)研究和认识其功效、 特征、 结构、 机理。
　黑箱方法应用例子
输入
输出
需要了解情况
观察计算机基础性能
运行应用程序
计算机反应
计算机基础性能
测定钢材硬度
技术试验
钢性能情况
钢硬度
选购电视机
图像、 声音、 外壳
清楚度、 散热情况
电视好坏
板书设计:
一、 干扰概念
【涵义】: 干扰就是对控制系统行为造成影响有害信号及扰动, 即除给定量外, 引发被控量量值改变多种原因。
关键点: 系统行为、 被控量量值改变; 引发改变多种原因
二、 克服干扰基础方法
1、 消除干扰
2、 减弱干扰
3、 提升控制系统性能
三、 反馈
控制系统中, 讲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
四、 功效模拟法
以功效和行为相同性为基础, 用“模型”模拟原型功效和行为方法 。
五、 黑箱方法
经过对系统输入与输出关系研究推断系统内部结构和功效方法, 经过观察黑箱外部输入信息(外界对黑箱影响)和输出信息(黑箱对外界反应)研究和认识其功效、 特征、 结构、 机理。
练习:
A: 在电冰箱温度控制中不属于干扰原因是（ ）
A、 打开冰箱门 B、 把食物放到冰箱内 C、 电压下降2伏 D、 房间温度改变很大
B: 干扰对控制系统影响是（ ）
A、 使控制系统输出量发生改变
B、 使控制系统输入量发生改变
C、 使控制系统控制量发生改变
D、 使控制系统输出量和输入量同时发生改变
C: 在国际象棋人机对弈中, 计算机含有与人脑类似逻辑判定功效, 能模拟棋手思维与人下棋。这是（ ）方法一个具体应用。
A、 功效模拟法 B、 黑箱方法 C、 反馈方法 D、 控制方法