資源簡介

(共30張PPT)
《控制系統的設計與實施
說課人：
動 d 動
說學科核心素養
說教學重難點
說教學過程
目錄
說教法
說板書
說學情
說教材
說教材
說教材
在前面的學習中，學生已經了解了結構、流程、系統、控制與 設計的關系。設計是技術的重要組成部分之一，而且《技術與設 計2》大部分都是圍繞設計這個主題展開的。
本節課主體內容是開環控制系統--定時澆水控制系統的制作， 把它作為學生動手操作實踐對象，同時對閉環控制系統采用書本 案例和兩個典型案例的分析的來做略講。
說學情
學生通過前一階段的學習已了解了開環控制系統和閉環控制系 統，對其工作原理也有了較好的認識。不少學生也通過對日常生活的 觀察而產生了自己設計一個的想法。所以本次課就向學生主要展示開 環控制系統的設計與實施，讓學生了解到一個控制系統實施起來需要 知道什么、了解什么、掌握什么。
說學情
說學科核心素養
發現用戶的多 方面需求以及 需求之間的關 聯性，多角度 分析需要解決 的技術問題； 能根據設計對 象和現有條件 制定解決技術 問題的一種或 多種方案。
能在技術活動 的過程中，從 系統目的入手， 準確切入，在 明確控制目的 的同時對整個 控制系統有全 局意識。
能通過控制系 統設計的過程 通盤考慮影響 系統的各個干 擾因素，并養 成日常思考的 習慣。
說學科核心素養
能準確判斷 系統方框圖 的各個組成 部分。
圖樣 表達
創新 設計
工程 思維
技術 意識
說教學重難點
說教學重難點
1.重點：定時澆水系統的實施
2.難點：定時澆水系統的設計
說教法
說教法
本節課采用視頻引入和學生動手實際操作的方式使得內容 顯得生動形象，再通過舉例與案例的討論、分析、學生合作 探究等形式，避免抽象的談問題，增強學生的設計思考能力。
考慮到學生的知識與經驗以及教具的局限性，所以本節課 在內容上側重“開環控制系統”的設計與實施，對“閉環控 制系統”進行了弱化。
說教學過程
說教學過程
導入
探究控制系統的設計要素
系統設計的一般思路
閉環控制系統的設計與實施
1.設計思路
2.設計分析：雨水池水位 控制系統
開環控制系統的設計與實施
技術體驗：
搭建定時澆水控制系統
課堂小結
課后作業
說教學過程 — 新課 — 導入
說導入
Panasonic
智能家居控制系統
松 下 智 能 家 居 控 制 系 統
設計意圖：通過觀影來感受智能家居給家庭生活帶來的影 響，同時提醒學生注意觀察出現的控制系統。
【一】系統設計的一般思路：
控制的目的
被控對象是
被控對象的特性
控制量和被控量
外界的主要干擾因素
怎樣的方案既達到目的、又經濟、易于實現 設備和元件
設計意圖：將控制系統設計的要素轉 化為系統設計的一般思路，使得學生
說教學過程—新課—探究控制系統的設計要素
被控
對象的主 要特性
控制系
統的方
案選擇
對控制系統設計有所體會。
實施控制 系統所需 的設備、 元器件等
控制系統的 調試、運行 和評價
控制系 統的成 本分析
確定被 控量、 控制量
分析主 要的干 擾因素
控制 系統 設計
明確控制 的目的
說教學過程—新課一開環控制系統的設計與實施
技術體驗：搭建定時澆水控制系統
設計意圖：鍛煉學生系統設計 能力和動手能力，依托書本圖 例，設計出行之有效的定時澆 水系統。
【動手行動】學生根據書本圖 例，利用提供的材料，設計定 時澆水系統
圖4- 19 定時澆水控制系統示意圖
【學生活動】回答以下問題： 設計意圖：在學生
1、 控制目的： 定時澆水
對自身設計的定時澆
2、 被控對象： 出水管 水系統運行后，以問
3、 執行器： 水泵
題的形式讓學生對系
4、 控制量： 水
統的各個要素加深理
5、 主要干擾因素：水流速度、大小
解。
說教學過程—新課一開環控制系統的設計與實施
【二】技術體驗：搭建定時澆水控制系統
澆水時間
輸入量
定時器
控制器
出水量
輸出量
水泵
執行器
出水管
說教學過程—新課一開環控制系統的設計與實施
【二】技術體驗：搭建定時澆水控制系統
【學生活動】思考：
1.回流管的作用
2.三盆花和五盆花的出水量一樣嗎
3.是否有其他方法減少出水量
獨立思考出如何改進自己設計的定時澆水系統。 ，
設計意圖：讓學生進一步的對定時澆水系統有更深的探索
說教學過程—新課一開環控制系統的設計與實施
【典型示例1】聲光控燈
設計意圖：通過典型示例題，加深對開環控制系統的設計 認識，同時提問學生，要求學生準確回答，既增強學生應 對能力，又對知識進行了再次鞏固，同時與學生的互動講 解又能激發學生的積極性。
優點：檢測到聲響能自動開燈和延時一段時間自動關燈，可以節約電能。
缺點：靈敏度難以掌控，如果夜里有什么非人為的聲響，燈也會亮起。
增加利用紅外感應頭來檢測人體的裝置；增加辨別聲音的頻率是否是人聲裝置。
試分析：
(1)針對其主要特點，它要解決的主要問題是：實現在黑夜里不用摸黑去找① 開關 就讓燈自動打開，通過一段時間后又能自動關閉。
閉。
(3)它的1個優點與1個缺點分別是：
(4)針對你發現的缺點，改進意見是：
作為輸入量傳輸到音頻放大器，控制電路為控制 控制系統，產生輸出量，開燈。根據設定的時間延時自動關
器，電子開關 __ 為執行器，組成自動開環
(2)它解決問題的技術方法是：通過話筒把③
,能通過發出
聲音信息
說教學過程—新課一閉環控制系統的設計與實施
【一】閉環控制系統的設計
簡單的閉環控制系統，基本要求：
第一，一個閉環控制系統要正常工作，首先必須是穩定的。 第二，控制系統的控制精度必須符合要求，即系統的輸出
量與給定值之差應控制在允許的范圍之內。
第三，閉環控制系統應有較好的抗干擾性能。
設計意圖：先把閉環控制系統的設計要求略做闡述，幾項 控制要求之間往往會產生矛盾，需要結合具體問題全面解 決或有所側重地解決。
說教學過程—新課一閉環控制系統的設計與實施
設計分析：雨水池水位控制系統
【情景引入】 :當雨水收集池的水位升到溢水口時，發出聲音報警；當雨水收集池的水位 到達溢水口時，把水抽到高處的沖廁蓄水箱；當雨水收集池的水位降到水池高度的1/4時，
設計意圖：通過情景引入和書本案例，讓學生進一步對系 統方框圖的各個組成部分有清晰的認識。
1.水位控制系統方框圖： 十
給定水位 (設定值)
停止抽水。
1.報警控制系統方框圖：
潛水泵 (執行器)
水位傳感器
(檢測裝置)
雨水收集池 水位
(被控量)
警示燈、報警 喇叭
雨水收集池 (被控對象)
聲音、燈光
輸出
控制電路 (控制器)
水位
輸入
控制系統
抽 水
繼電器
說教學過程—新課一閉環控制系統的設計與實施
設計分析：雨水池水位控制系統
【學生活動】
1.一般情況下，要實現高水位開始抽水、低水位停止抽水， 要用兩個傳感器。你是否能用1個傳感器來實現這個控制目
的呢
2.既然水位到溢水口會自動抽取，那么要報警裝置做什么

設計意圖：以書本案例引導學生學習并思考問題，同時提 點學生控制系統往往不是單獨的、絕對的，而是統一的、 綜合的，有時會出現開環控制系統和閉環控制系統共存的 現象。
說教學過程—新課一閉環控制系統的設計與實施
(1)將該水位自動控制系統的控制方框圖補充完整。
設定水位范圍 比較器 自動監控儀 ①.水泵 ②.水池 3) 實際水位 水位自 池
上限控制點 交流接觸器
水位
④變送 超
器 水泵
(2)該控制系統的水位變送器損壞，不可能造成 _ (①喇叭不再報警；②水泵一直抽水；③自動監控儀
停止監控)
(3)現對該系統的水位上下限報警控制子系統進行優化，以下屬于系統優化約束條件的是 2 (①開關
電路的驅動效率；②上下限報警點水位高度；③喇叭的靈敏度)
點●
點。
警
制
下限報
下限控
位變
水
送器
點
水
警
儀
報
控
上限
監
超
動
【典型示例2】游泳館水池的水位自動控制系統
①該控制系統是開環控制系統還是閉環控制系統
閉環控制系統
②假設原來搪瓷碗內的水位控制在5厘米，現在需要把碗內水 位控制在8厘米，請問可以采取什么方法
可以將塑料管的管口位置向上抬高3厘米
設計意圖：通過典型事例題，加深對閉環控制系統的設計 認識，同時提問學生，要求學生準確回答，既增強學生應 對能力，又對知識進行了再次鞏固，同時與學生的互動講 解又能激發學生的積極性。
說教學過程—新課一閉環控制系統的設計與實施
【典型示例3】方便小動物喝水的自動加水器
說教學過程一新課
說課堂小結
今天主要講述了控制系統的設計與實施，重點是做了定時澆水 系統的技術體驗，學生通過自主設計實驗對定時澆水控制系統 的設計和實施有了具體的印象，同時對開環控制系統和閉環控 制系統都有了統一的認識。
設計意圖：簡明扼要的回顧課堂內容，并提點學生在日常 生活中，我們所接觸的控制系統大多是開環控制系統，因 為它簡單、穩定。同時也是我們所能接觸和實現的。
P133 頁練習：
1.有位科學家，為了促使迷上電視的女兒堅持鍛煉，專門設計了一輛有趣的“自行車” , 女兒必須騎上自行車不停地踩腳蹬，才能驅動發電機給電視機供電，想偷懶就看不到電視。 請你根據已學的技術與設計的知識，畫出“自行車—發電—電視機”這一過程的方框圖， 分析在這套裝置的設計中，綜合了哪些技術和原理。
2.對太陽能熱水器進行分析：
(1)一般家用太陽能熱水器水溫控制是如何實現的
(2)有的賓館使用多臺熱水器串聯來集中供水，當水溫過低是，通過控制器啟動輔助電 加熱開關，使水溫控制在一定范圍。請畫出這一控制系統的方框圖，并說明其工作過程。
設計意圖：以“自行車發電”和“太陽能熱水器”的這兩個與生 活密切相關的具體案例來分析開環和閉環控制系統的工作原理。
說教學過程一新課
說課后作業
說板書
說板書
控制系統的設計與實施
一、系統設計的一般思路
二、 開環控制系統的設計與實施
三、 閉環控制系統的設計與實施
設計意圖：本節課我采用提綱式板書形式，這樣提 綱挈領、層次分明，很好地說明本節課的教學內容。
謝謝觀賞歡迎指正

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