資源簡介

高中通用技術（必修 技術與設計2）
任務二 分析開環控制系統的工作過程
一、教學內容
開環控制系統是控制系統類型之一，在實際應用中也很常見。本節課通過搭建定時澆水控制系統模型的技術體驗活動，使學生熟悉開環控制系統的工作過程，理解其中控制器、執行器等的作用。通過若干典型案例的分析，讓學生學會用方框圖表達簡單開環控制系統工作過程，并能根據開環控制系統的特征辨析常見的開環控制系統。
二、學科核心素養要求
1. 技術意識：熟悉簡單開環控制系統的基本組成和工作過程，理解其中控制器、執行器等的作用，辨析開環控制系統的特征。
2. 圖樣表達：會用方框圖表達簡單開環控制系統工作過程。
三、教學重點、難點
1. 重點：熟悉簡單開環控制系統的基本組成和工作過程。
2. 難點：學會用方框圖表達簡單開環控制系統工作過程。
四、教學準備
1. 材料：電子定時器、電源、水泵、吸水管、水桶、滴箭等。
2. 工具：電烙鐵、焊錫絲、松香等。
五、教學過程
1. 情境導入
家中的植物，有的喜歡潮濕，有的喜歡干燥。對于蘆薈這類喜歡干燥的植物，若采用在花盆下放置接水盤的方式，易導致其根部腐爛。因此，當家人外出時，就需要根據植物的需水量定時給植物澆水。蘆薈不能長時間浸在水中，需改用定時澆水的方式，如何實現呢？
新課學習
（1）開環控制系統
學生活動：搭建定時澆水控制系統模型。
分小組活動，根據教材中的制作過程，完成定時澆水控制系統模型的搭建。
問題：定時器、水泵、吸水管、回流管分別起什么作用？是否滴水？什么時間滴水由什么決定？
學生活動：對定時澆水控制系統模型進行調試。
（1）通電，檢查各滴箭是否正常滴水。
（2）調節出水量：調節好每個滴箭的滴水量。
（3）設置電子定時器參數：澆水時長和間隔。
問題：每次滴水量的多少受哪些因素的影響？在搭建陽臺植物定時澆水控制系統時，澆灌6盆植物與澆灌10盆植物，其回流管的流量是否一樣？若要遠程控制該澆水系統，應該如何對該控制系統進行改進？
總結：用定時器設定好澆水時間及時長，到了設定時間就自動接通水泵，開始往水管里抽水，通過調節定時器時長，控制滴到植物土壤中的水量。
學生活動：用方框圖表示該控制系統。
圖1 定時澆水控制系統模型方框圖
問題：控制系統有哪些組成部分？它們之間的相互關系是什么？控制系統的控制目的是什么？系統的輸入量和輸出量分別是什么？系統的輸出量對控制過程有沒有影響？生活中類似的控制還有哪些？
總結：控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響，這種控制系統稱為開環控制系統。其工作過程可用方框圖表示如下：
圖2 開環控制系統方框圖
輸入量：控制系統的給定量，如設定時間。
輸出量（被控量）：控制系統所要控制的量，也是控制系統的輸出信號，如澆灌的水量。
被控對象：控制系統中所要求控制的裝置或生產過程。
執行器：直接對被控對象進行控制的裝置或元件，如閥門。
控制器：對輸入信號進行處理并發出控制命令的裝置或元件，如控制電路。
控制量：執行器的輸出信號，如流過水管的水量。
開環控制系統組成及工作過程
學生活動：希羅自動門。
問題：請根據希羅自動門的開、關工作過程，將對應方框圖中的內容以及輸入信號、輸出信號填寫完整。
表1 活動記錄方框圖1
學生活動：紅外自動門。
問題：如果把紅外線裝置是否檢測到人體熱輻射發出的信號看作輸入量，門的開啟或關閉看作輸出量，請根據自動門的開、關工作過程，將對應方框圖中的內容以及輸入信號、輸出信號填寫完整。
表2 活動記錄方框圖2
學生活動：列舉你所了解的開環控制系統的例子，說明其控制工作過程，并畫出方框圖。例如：音樂噴泉的控制、公共汽車車門的開關控制等。
問題：在開環控制系統中，如何理解檢測裝置輸出信號的作用？
課堂小結
（1）開環控制系統的概念。
（2）控制系統的工作組成及工作過程（能用方框圖表示）。
六、教學總結
由任務情境導入，通過活動體驗探究開環控制系統的基本概念，并通過若干典型案例的分析，理解開環控制系統的組成及工作過程。
七、教學反思
活動作為任務的分解與落實必須具有一定的挑戰性，但也不能超出學生的能力范圍。特別是在課堂上，對教學案例的選擇應該謹慎，盡量選擇學生所熟知的。

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