資源簡介

第四單元 控制及其設計
第三節 閉環控制系統的工作過程
教　　材：江蘇鳳凰教育出版社普通高中教科書 通用技術（必修2）
章　　節：第四單元控制與設計 第三節閉環控制系統的工作過程
課 時：1課時
一、核心素養目標
技術意識：簡述閉環控制系統的含義；認識反饋和干擾因素
（2）工程思維：描述閉環控制系統的基本組成和工作過程；能結合閉環控制系統的工作過程，分析反饋和干擾現象及其基本原理。
（3）圖樣表達：會畫簡單的閉環控制系統的方框圖
（4）創新設計：能簡單設計控制系統的方案
二、教學重點
學會分析閉環控制系統的基本組成及工作過程，并畫出控制系統的方框圖.
三、教學難點
掌握分析閉環控制系統的一般方法。
四、設計思想
1. 教材分析
本節課教學內容為蘇教版《技術與設計2》第四單元“控制與設計”的第三節“閉環控制系統的工作過程”。在本節的學習中，學生要經歷土壤濕度控制系統的技術試驗和分析過程，自行對電冰箱的溫度控制系統進行分析。要站在工程設計的高度，應用系統分析方法與控制原理，解決生活中的實際問題，促使學生的系統思考和工程思維能力提升。
2. 教學策略設計
復習導入：以自動門的控制系統復習開環控制系統
創設情境： 以技術體驗“搭建土壤濕度控制系統”，引出課題。
引導學生分析案例，概括出閉環控制系統工作過程，學會用方框圖描述其控制過程。
通過案例分析，認識反饋和干擾因素，能結合閉環控制系統的工作過程，分析反饋和干擾現象及其基本原理。
通過鞏固練習，引導學生總結、梳理重點。
五、教學準備
1.課件 2.導學案
六、教學過程
序號 教學步驟 教師活動 學生活動
1 復習導入 案例分析--自動門的控制系統 通過案例，讓學生復習回顧什么是“控制系統”，以及開環控制系統的基本組成和方框圖的畫法。為本節閉環控制系統鋪墊。 小組討論：自動門的控制系統，畫出方框圖。
2 創設情境 陳晨家陽臺上種植了三盆綠蘿，綠蘿喜陰濕、忌干燥。暑假，陳晨和爸爸媽媽打算出去旅游半個月，請你幫陳晨設計一款自動澆水控制系統。 創設情境，先畫出開環控制系統。
3 任務一：解析閉環控制系統工作過程 情境2：陳晨旅游回來，媽媽又在陽臺上種植虎皮蘭。虎皮蘭喜熱、耐干旱，綠蘿則喜陰濕、忌干燥。這兩種植物不能采用同一定時澆水方式，應該如何改進自動澆灌裝置呢？ 1. 搭建土壤濕度控制系統 技術體驗： 搭建土壤濕度控制系統 與學生一起探討該控制系統的工作原理并填寫下表： 土壤濕度情況電磁閥的狀態花灑的狀態當濕度傳感器檢測到花盆內土壤濕度不夠時打開灑水當濕度傳感器檢測到花盆內土壤濕度達到要求時關閉不灑水
思考： 電磁閥的開啟與關閉取決于來自什么裝置的信號？ （參考答案：濕度傳感器） 用方框圖表示土壤濕度控制系統的工作過程： 在系統的輸入量和輸出量之間，除了從輸入端到輸出端之間，除了有從設定溫度到實際溫度的信息傳遞，還有一條從輸出端返回到輸入端的反饋環節，它們形成了一條閉合回路。 我們把系統的輸出量返回到輸入端并對控制過程產生影響的控制系統稱為閉環控制系統。 閉環控制系統 由恒溫箱控制系統的工作過程，引出簡單閉環控制系統方框圖： 輸入→傳感器→控制器→執行器→被控對象→輸出 檢測裝置 特征：系統的輸出量影響控制過程， 輸入量到輸出量之間的信號是循環傳遞， 存在反饋環節和比較環節。 3、牛刀小試：分析電冰箱的溫度控制系統 引導學生分析并得出土壤濕度控制系統的工作過程及控制方框圖。 由特殊到一般，引導學生歸納出閉環控制系統的工作過程的一般表達。 教師引導學生通過案例分析，概括出用方框圖描述控制過程的步驟。 通過鞏固練習，了解學生知識點掌握情況。
任務一：解析閉環控制系統工作過程 當冰箱內新放入物品，或受環境影響，冰箱內溫度升高時，熱敏裝置（溫度監測裝置）感受到這個實際溫度，并以電量形式輸給控制電路，在與設定溫度相比較后，輸出一個溫差電量，這個溫差電量經放大后，拖動電機轉動，帶動壓縮器工作，增加制冷量，使箱內溫度降低，隨著箱內溫度的降低，溫差電量隨之減小，直至為0，壓縮器停止工作，箱內溫度回到設定溫度。 思考：電冰箱溫度控制是開環控制還是閉環控制？該控制系統的的方框圖是怎樣的？試著畫一畫。
4 任務二：辨析反饋在控制系統中的作用 1.閉環控制系統中的反饋 反饋： 在自動控制系統中，將輸出量通過適當的檢測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程. 反饋方法： 利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統的輸出來調整系統的行為，使系統沿著預期的目標運行的方法。 分析土壤控制系統沒有反饋會怎樣？ 帶有反饋的控制系統就是前面所述的閉環控制系統。在工程中，反饋控制是自動控制中不可缺少的形式。 2.干擾因素 在控制系統中，除輸入量（給定值）以外，引起被控制量變化的各種因素都可以視為干擾因素。 案例分析： 如把定時定時澆水控制系統和土壤濕度控制系統放在露天陽臺上，當外面下雨時，兩種控制有什么不同？（下雨就是干擾因素） 舉例：（1）你在認真做作業時，蟑螂跑到你的腳下 （2）騎自行車時，會出現哪些干擾因素？（風、路面情況） （3）在空調的控制系統中，下列哪些屬于干擾因素？ 關于干擾因素：干擾因素有自然環境造成的，也有人為的；干擾因素可能有一個，也可能有若干個；干擾既存在于閉環控制中，也存在于開環控制中；幾乎所有控制系統都存在著干擾因素，干擾不可能被杜絕 克服干擾因素的基本方法：切斷干擾源、減弱干擾、開環變為閉環 3、開環與閉環的比較 4、黑箱方法 學生分析思考，得出反饋的作用。 學生通過案例分析，進一步明確概念。 通過生活中的有趣案例，幫助學生理解技術方法的同時，更體會到技術源自于生活更要用之于生活。
案例：西瓜含有大量水分及多種人體所需的礦物質。我們買西瓜時怎么挑選？ 通過對系統的輸入與輸出的關系的研究，進而推斷出系統內部結構及其功能的方法。黑箱方法提供了一種不必打開黑箱就可以研究其內部結構和功能的方法。
5 課堂小結 1. 閉環控制系統的組成及工作過程 2. 閉環控制系統的反饋。 3. 系統中的干擾因素。 4. 黑箱方法。 學生歸納、整理本課內容，學習收獲

展開更多......

收起↑