資源簡介

閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋教學設計
學 科 通用技術(shù) 年 級 高二 班 級 授課教師
章 節(jié) 第四章 第三節(jié) 課題名稱 閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋
課 型 新授課 授課時間
課標要求 能結(jié)合案例找出影響簡單控制系統(tǒng)運行的主要干擾因素、并作分析。 能畫出一個簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖……熟悉反饋環(huán)節(jié)的作用。
教學目標（核心素養(yǎng)） 1、知識與技能 （1）知道干擾因素的概念，結(jié)合實例，分析控制系統(tǒng)的干擾因素對控制系統(tǒng)影響的過程。 （2）知道常見的克服干擾因素的方法。 （3）能說出一個簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)通過反饋方法抗干擾因素的過程。 2、過程與方法 通過典型案例的分析，了解反饋的工作原理和閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程。 3、情感態(tài)度與價值觀 通過對日常生活中案例的分析，感受干擾和反饋在生活中的存在和應用，為下一步控制的設計奠定基礎(chǔ)。
教學重點 干擾因素、反饋的工作原理。
教學難點 干擾因素的分析、閉環(huán)控制系統(tǒng)通過反饋方法抗干擾因素的過程。
教學方法 案例教學法 講授法
教學過程
教師活動 學生活動 二次備課
新 課 引 入 使用收音機播放一段音樂，在播放的過程中使用電磁信號對其進行干擾。 問題：大家在日常生活中遇到過這樣的情況嗎？這是怎么回事？請舉例說明在日常生活中遇到類似的情況。 學生：舉例。如手機信號對音響的干擾、對CRT顯示器的干擾、電磁波對電視機的干擾、手機信號對飛機導航信號的干擾等。 可見，在日常生活中，干擾是時常存在的。 今天我們來一起學習第四章第三節(jié)《閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋》 聽收音機，感受信號被電磁干擾后的變化。
教 學 環(huán) 節(jié) 教 學 環(huán) 節(jié) （一）干擾因素 對于收音機這個控制系統(tǒng)來說，輸入的是相應的頻道，輸出的是對應頻道的音頻信息，電磁信號對對其產(chǎn)生干擾，從而使其聽眾無法正常收聽節(jié)目，那電磁信號就是此控制系統(tǒng)的一個干擾因素。 1、什么是干擾因素 干擾因素的概念：在控制系統(tǒng)中，除輸入量（給定值）以外，引起輸出量（被控量）變化的各種因素稱為干擾因素。 (
輸入量
（給定值）
被控對象
輸出量
（被控量）
干擾因素
) 【說一說】騎自行過程中存在的干擾因素。 (
給定溫度
電冰箱
實際溫度
干擾因素
)【馬上行動】對于電冰箱的溫度控制系統(tǒng)，下列情況是否屬于影響其溫度控制的干擾因素。 開電冰箱門 電冰箱所在房間的溫度從20。C變到32。C； 把熱菜或熱飯放入電冰箱中； 在電冰箱外放一盆冷水 在以上案例中我們可以看出在控制系統(tǒng)中干擾因素可能有一個，也可能有若干個，有些干擾因素是由于環(huán)境造成的，有的干擾因素是人為原因所致的。 【思考】：在下表所列控制系統(tǒng)中，可能存在哪些干擾因素 控制系統(tǒng)干擾因素自動扶梯的升降控制系統(tǒng)利用滑輪組提升重物的控制裝置蔬菜大棚的溫度控制
在以上控制系統(tǒng)中所存在的干擾因素是我們希望存在的嗎？不是，在一般控制系統(tǒng)中，干擾因素是需要克服的。而在有些情況下，卻可以利用干擾因素實現(xiàn)某種目的。例如：在軍事演習中，紅方利用一定頻率的電磁波對藍方的信息指揮系統(tǒng)進行干擾，使之不能正常工作。在考試中使用屏蔽儀對手機信號進行屏蔽等。這些都是有意對控制系統(tǒng)施加干擾，使控制系統(tǒng)無法達到控制的目標，而不是控制系統(tǒng)本身需要干擾。 2、控制系統(tǒng)在工作過程中必須克服干擾，使被控量穩(wěn)定。 克服干擾的基本方法： 【案例分析】：電視機 消除干擾。找出干擾源，切斷干擾。 減弱干擾。 加強系統(tǒng)性能提高抗干擾能力。比較常見的方法是在控制系統(tǒng)中引入反饋。 （二）反饋 1、什么是反饋？ 在自動控制系統(tǒng)中，將輸出量通過適當?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋（feedback）。 【案例分析】:電冰箱的溫度控制 系統(tǒng)控制的目的輸入量輸出量
該系統(tǒng)是如何實現(xiàn)溫度的自動控制的？ 感溫包不斷地感測電冰箱內(nèi)的工作溫度，并將溫度信號及時反饋為傳動膜片的伸與縮的動作，改變活動出點的位置，進而改變壓縮機的工作狀態(tài)。 (
+
) (
給定溫度
電冰箱溫度控制系統(tǒng)
實際溫度
檢測裝置
-
) 這個過程就是反饋。 利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統(tǒng)的輸出來調(diào)整系統(tǒng)的行為，使系統(tǒng)沿著預期的目標運行的方法，稱為反饋方法。反饋方法是通過對結(jié)果的檢測來調(diào)整過程從而獲得更為理想結(jié)果的思想和方法，它已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。又如，普通電水壺將水加熱至沸騰時，需要人工關(guān)閉電源，而自動保溫電水壺具有當水溫達到沸點時自動切換到保溫狀態(tài)的功能，這也是運用反饋方法實現(xiàn)自動控制的結(jié)果。飲水機、空調(diào)對于溫度的控制亦是如此。 【小試驗】坐姿提醒器報警試驗。 試驗目的：通過視力保護提醒器報警試驗理解反饋的原理。 試驗任務：使用視力保護提醒器，試說明其工作原理。 人體的坐姿帶動機身的彎曲，當機身彎曲超過規(guī)定角度時，提醒器報警。 學生材料： (
本例介紹的坐姿提醒器，使用時掛在使用者的耳朵上或安裝在帽子上，當使用者的上身或頭部前傾角度過大時，它能發(fā)出
"
請注意近視
!
快坐正
!"
或
"
請注意坐姿
!"
的語音提醒聲。該裝置除可用于辦公人員和學生的坐姿糾正、防止近視外，還可作為機動車駕駛員的瞌睡提醒器使用。
　　電路工作原理
　　該坐姿提醒器由水銀開關(guān)
(
作為前傾角度傳感器
)Sl
、電阻器
Rl
、
R2
、電容器
C
、語音集成電路
IC
、晶體管
V
、耳機
BE
、電源開關(guān)
S2
和電池
GB
組成，如圖
6-213
所示。


　　平時
(
使用者坐姿正確時
)
，水銀開關(guān)
Sl
處于斷開狀態(tài)，
IC
不工作，
BE
不發(fā)聲。當使用者頭部前傾至

定角度時，
Sl
接通，
IC
受觸發(fā)工作，其輸出的語音電信號經(jīng)
V
放大后，驅(qū)動
BL
發(fā)出語音提醒聲。

　　調(diào)節(jié)
S1
的位置，可改變觸發(fā)報警的角度。

　　調(diào)節(jié)
R2
的阻值，可改變
BE
發(fā)聲的音調(diào)。

　　元器件選擇
　　
Rl
選用
1/8W
金屬膜電阻器
;R2
先使用可變電阻器調(diào)好音調(diào)后，再接上
1/8W
的固定電阻器。
　　
C
選用高頻瓷介電容器。
　　
V
選用
S9013
或
S8050
型硅
NPN
晶體管。
　　
IC
選用內(nèi)儲
"
請注意近視
!
快坐正
!"
或
"
請注意坐姿
!"
語音信息的語音集成電路，例如
KD56028
等型號。
　　
SI
使用
φ3·5mm
的玻殼水銀開關(guān)
;S2
使用微型撥動開關(guān)。
　　
BE
使用立體聲耳機內(nèi)部的發(fā)聲器。
　　
GB
使用紐扣電池。
) 小結(jié)：將輸出量通過適當?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋。 2、閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程 從反饋來看，閉環(huán)控制系統(tǒng)就是指在系統(tǒng)的輸出端與輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心是通過反饋來減少被控量（輸出量）的偏差。 由于某種干擾因素的存在，系統(tǒng)的被控量偏離給定值時，閉環(huán)控制系統(tǒng)中的反饋環(huán)節(jié)能及時檢測出被控量的值，并迅速反饋到輸入端，與給定值進行比較，控制器根據(jù)比較得到的變差信號進行調(diào)節(jié)，從而使系統(tǒng)的被控量接近給定值，達到精確控制的目的。所以。一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠克服外界干擾，使被控量控制住給定值附近。 【案例小結(jié)】電冰箱的溫度控制 電冰箱的溫度控制的工作過程 可能存在的干擾因素： （1）開電冰箱門 （2）電冰箱所在房間的溫度從20。C變到32。C； （3）把熱菜或熱飯放入電冰箱中； 克服干擾的方法：增加檢測反饋裝置（感溫包、膜盒和傳動膜片）。 【學生活動】：Ｐ９６馬上行動 【學生活動】：【說一說】騎自行過程中存在的干擾因素。 【學生活動】：馬上行動 對于電冰箱的溫度控制系統(tǒng)，下列情況是否屬于影響其溫度控制的干擾因 【思考】：在下表所列控制系統(tǒng)中，可能存在哪些干擾因素 【閱讀】 【案例分析】：電視機 【案例分析】:電冰箱的溫度控制 【小試驗】坐姿提醒器報警試驗。
課 堂 小 結(jié) 干擾因素的概念：在控制系統(tǒng)中，除輸入量（給定值）以外，引起輸出量（被控量）變化的各種因素稱為干擾因素。 控制系統(tǒng)在工作過程中必須克服干擾，使被控量穩(wěn)定。 克服干擾的基本方法： 消除干擾。找出干擾源，切斷干擾。 減弱干擾。 加強系統(tǒng)性能提高抗干擾能力。比較常見的方法是在控制系統(tǒng)中引入反饋。在自動控制系統(tǒng)中，將輸出量通過適當?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋（feedback）。 在進行控制系統(tǒng)設計時，必須對可能存在的干擾因素進行全面的調(diào)查和分析，如果干擾比較經(jīng)常和嚴重，對控制目標影響產(chǎn)生嚴重的后果，就必須考慮抗干擾措施，保證控制系統(tǒng)的才正常工作；如果可能存在的干擾不是很嚴重，對系統(tǒng)正常工作影響不大，就可以忽略。因為任何抗干擾措施的實現(xiàn)，都意味著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復雜和成本的增加。
課 后 作 業(yè) 無
板 書 設 計 閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋 干擾因素 (
輸入量
（給定值）
被控對象
輸出量
（被控量）
干擾因素
) 控制系統(tǒng)在工作過程中必須克服干擾，使被控量穩(wěn)定。 反饋 在自動控制系統(tǒng)中，將輸出量通過適當?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋（feedback）。 閉環(huán)控制系統(tǒng)---反饋---克服外界干擾
教 學 反 思 干這節(jié)課選擇了學生生活當中能接觸到的事例為切入點，采用分析案例——合作探究——得出結(jié)論——思維擴展等教學策略，提高學生參與程度和熱情，教學重點和難點掌握得也比較扎實。然而，在面對實際復雜閉環(huán)控制系統(tǒng)干擾與反饋問題進行分析的時候?qū)W生卻很難找到一個切入點進行正確的分析。 存在的缺點：對于反饋的處理總覺得案例的選擇是不特別恰當，感覺一直圍在“反饋”的概念之外，卻無法切中要點。
說明：
1．電子教案模板中，教師根據(jù)教學實際情況，設置行距，同時每一模塊行（列）均可拆分或合并單元格。
2．電子教案需鏈接本課題ppt課件（文本、圖像、動畫、電影、視頻或微課等）；鼓勵輔以《課堂導學提綱》。

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