資源簡介

4．4控制系統(tǒng)的干擾（地質(zhì)版）
《教學(xué)設(shè)計(jì)》
白沙中學(xué) 王堂輝
2011、4
【教學(xué)目標(biāo)】
知識(shí)與技能目標(biāo)：
　　1、了解控制中存在干擾；
　　2、學(xué)生能理解干擾的概念，掌握克服干擾的基本方法；
　　3、綜合所學(xué)的有關(guān)控制的知識(shí)，了解不同控制系統(tǒng)克服干擾的方法的優(yōu)劣。
過程與方法目標(biāo)：
　　1、學(xué)生能分析簡單控制系統(tǒng)中的干擾，歸納出克服干擾的基本方法；
　　2、運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，激發(fā)出學(xué)生對(duì)于克服控制中的干擾的創(chuàng)新思維；
　　3、能綜合各種控制系統(tǒng)的有關(guān)知識(shí)，獨(dú)立分析簡單的克服干擾的方法。
情感與價(jià)值觀目標(biāo)：
　　1、通過對(duì)干擾實(shí)驗(yàn)的體驗(yàn)和觀察，獲得對(duì)干擾的感性認(rèn)識(shí)；
　　2、在體驗(yàn)干擾的基礎(chǔ)上，能進(jìn)一步討論控制中的干擾；
　　3、通過內(nèi)化干擾的知識(shí)，形成正確的對(duì)系統(tǒng)中干擾的認(rèn)識(shí)，并建立穩(wěn)定的控制系統(tǒng)認(rèn)識(shí)態(tài)度。
【教學(xué)對(duì)象分析】
學(xué)生在日常生活中對(duì)干擾這個(gè)詞匯并不陌生，但是并不了解它們?cè)谠谙到y(tǒng)中的影響，學(xué)生對(duì)控制機(jī)理比較陌生，整個(gè)教學(xué)應(yīng)以活動(dòng)探究分析為主，加于控制事例說明，所舉控制事例應(yīng)力求簡單。
【重點(diǎn)與難點(diǎn)】
1、重點(diǎn)：干擾因素特點(diǎn)。
2、難點(diǎn)：找出干擾因素；能綜合各種控制系統(tǒng)的有關(guān)知識(shí)，獨(dú)立分析簡單的克服干擾的方法。
【教學(xué)準(zhǔn)備】
多媒體課件，乒乓球拍（一副）、乒乓球（6~12個(gè)）、紙杯（6~12個(gè)）、卷尺（一把）、指南針（1個(gè)）、磁鐵（1塊）等。
【教學(xué)過程】
引入：[墊乒乓球比賽活動(dòng)]
老師邀請(qǐng)一名同學(xué)用球拍墊乒乓球比賽。
在學(xué)生在墊球的過程中，老師用手有意碰同學(xué)手肘讓學(xué)生墊不好球。
老師：這位同學(xué)為什么不能完成20次墊球？
學(xué)生：老師干擾（老師破壞）。
老師：對(duì)，由于老師干擾了，學(xué)生就不能很好的控制球準(zhǔn)確落在球拍上。
[展示指南針]。
老師：同學(xué)們都知道指南針利用地磁場(chǎng)作用指明方向，但如果在指南針旁邊放一塊磁鐵，指南針還能準(zhǔn)確指明方向嗎？為什么？
學(xué)生：不能，因?yàn)榇盆F磁場(chǎng)干擾了，使指南針失效。
老師：同學(xué)們還能說出一些現(xiàn)實(shí)生活中的干擾事例嗎？
[PPT展示]：
1、逆風(fēng)中騎自行車
（列舉同學(xué)們親身感受的事例）
2、飛機(jī)在飛行中遇到強(qiáng)氣流或風(fēng)暴的影響
（送友人送飛機(jī)不要說“祝你一路順風(fēng)”）
3、擴(kuò)音器受手機(jī)信號(hào)或其它影響有噪音

（用現(xiàn)場(chǎng)的事例讓學(xué)生更深體會(huì)）
……
[過渡]：前面通過學(xué)習(xí)，我們對(duì)控制系統(tǒng)有了一定的認(rèn)識(shí)，但控制系統(tǒng)的問題很復(fù)雜，今天我們來了解控制系統(tǒng)又一個(gè)重要的問題--干擾。首先，我們來了解干擾的概念。
[設(shè)計(jì)意圖]：用活動(dòng)引入，激發(fā)學(xué)生興趣，讓學(xué)生直觀理解干擾，為下面教學(xué)作準(zhǔn)備。
一、干擾的概念
1、干擾：準(zhǔn)確來說，干擾就是控制系統(tǒng)的外部環(huán)境或條件對(duì)系統(tǒng)的工作準(zhǔn)確性產(chǎn)生的影響。（P119）
[過渡]干擾現(xiàn)象的發(fā)生是由于控制系統(tǒng)存在干擾因素所造成的，干擾因素對(duì)控制系統(tǒng)的影響就是干擾作用，那么我們有必要來了解干擾因素。什么是干擾因素？
2、干擾因素：在控制系統(tǒng)中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素稱為干擾因素。（課本里沒有直接給出干擾因素的概念）
控制系統(tǒng)
輸入量
輸出量
干擾因素





）
老師總結(jié)及過渡：控制系統(tǒng)的干擾因素是導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定的因素，要使系統(tǒng)工作穩(wěn)定，關(guān)鍵是找出控制系統(tǒng)中的干擾因素，并進(jìn)行分析其影響的嚴(yán)重性與否，嚴(yán)重的要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砜朔蓴_。如何找出干擾因素并分析呢？下面我們通過一個(gè)課堂活動(dòng)來親身體驗(yàn)一下！
[設(shè)計(jì)意圖]：學(xué)生通過前面生活中的干擾事例，歸納干擾及干擾因素概念。
一、
大于20cm
課堂活動(dòng)環(huán)節(jié)
看看你們小組能設(shè)計(jì)出幾種控制方案，實(shí)現(xiàn)把桌面上的乒乓球投放入地面上的紙杯中。
只限借助身邊現(xiàn)有的資源（比如紙張、筆、課本、課桌等）。
活動(dòng)規(guī)則：不允許用手或身體某部分直接把球投放到紙杯中，且球反彈出杯子不算。
[‘課堂活動(dòng)’思考]
（1）你設(shè)計(jì)的哪幾個(gè)控制方案？和其它組都雷同了嗎？你的方案都能使球每次準(zhǔn)確落入杯中了嗎？你認(rèn)為哪個(gè)是你最佳控制方案（又準(zhǔn)又快）？（即實(shí)現(xiàn)簡單的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)）
（2）分析你的控制方案在實(shí)現(xiàn)過程中存在哪些干擾因素？是人為原因還是環(huán)境造成的？（即干擾因素的分析及特點(diǎn)內(nèi)容）
（3）在你的控制過程中你是如何減弱或消除這些干擾因素的？（即抗干擾內(nèi)容）
（4）你設(shè)計(jì)的控制方案是屬于開環(huán)控制系統(tǒng)還是閉環(huán)控制系統(tǒng)？（即開閉環(huán)的干擾內(nèi)容）
（5）你認(rèn)為干擾都是對(duì)控制系統(tǒng)不利的嗎？（即干擾的利用內(nèi)容）
活動(dòng)要求：請(qǐng)一個(gè)小組對(duì)設(shè)計(jì)的控制方案作演示，并對(duì)思考問題作回答。
老師點(diǎn)評(píng)。
[設(shè)計(jì)意圖]：活動(dòng)環(huán)節(jié)是本堂課的核心，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的控制，又把本課的教學(xué)知識(shí)點(diǎn)精心安排在思考問題中，先讓學(xué)生通過實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單的控制，達(dá)到對(duì)前面知識(shí)的鞏固和運(yùn)用，又在活動(dòng)過程的體驗(yàn)中掌握本課的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

老師對(duì)知識(shí)點(diǎn)歸納（針對(duì)課堂活動(dòng)中的問題對(duì)應(yīng)切換PPT簡單講解）
三、干擾因素分析及特點(diǎn)（切換PPT簡單解說）
（同學(xué)們通過活動(dòng)已體驗(yàn)如何進(jìn)行干擾的分析：找出干擾因素的方法：引起輸出量變化的原因 ）
四、抗干擾（切換PPT簡單講解）
五、開閉環(huán)的抗干擾（切換PPT簡單講解）
六、干擾的利用（知識(shí)的拓展）（切換PPT簡單講解）
[設(shè)計(jì)意圖]：歸納本課的知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生更有條理的掌握本節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容。
七、課堂練習(xí)
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
事件 判斷 理由
開電冰箱門 是 外面熱氣進(jìn)入冰箱將會(huì)引起箱內(nèi)溫度變化，屬于干擾因素。
電冰箱所在房間的溫度從20度變到32度 是 從20度變到32度的溫差變化通過冰箱保溫層會(huì)影響了冰箱內(nèi)的溫度，屬于干擾因素。
把熱菜熱飯放入電冰箱中 是 熱飯熱菜直接影響了冰箱里的溫度，屬于干擾因素。
在電冰箱外放一盆冷水 否 嚴(yán)格說這也會(huì)引起環(huán)境溫度的變化，但這種變化一般有利于冰箱實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，不屬于干擾因素。
[設(shè)計(jì)意圖]：通過課堂練習(xí)，鞏固與反饋本節(jié)課的教學(xué)與學(xué)習(xí)的效果。
八、本課小結(jié)
1、干擾的概念（干擾和干擾因素的概念）
2、干擾因素分析（找出干擾因素）
3、干擾因素的特點(diǎn)
4、抗干擾
5、開閉環(huán)的抗干擾
6、干擾的利用
這節(jié)課你最大的收獲是什么？
最大的困惑是什么？
[設(shè)計(jì)意圖]：小結(jié)歸納。
本課結(jié)束，謝謝指導(dǎo)！

PPT切換內(nèi)容
二、 干擾因素的特點(diǎn)
1、干擾因素的分析：
找出干擾因素的方法：引起輸出量變化的原因
2、干擾因素分析及特點(diǎn)
（1）可以說任何控制系統(tǒng)都受干擾因素的影響，沒有絕對(duì)不存在干擾的控制系統(tǒng)。
有的干擾因素是由于環(huán)境造成的（例如：老師干擾學(xué)生蹬乒乓球）；
有的干擾因素是人為原因所致的（例如：外界強(qiáng)光干擾投影儀的播放）。
（2） 通常，干擾因素不止一個(gè)。（例如：冰箱的溫度控制。）
干擾因素
（3）干擾因素在開閉環(huán)中都的表示在被控對(duì)象上：
在開環(huán)控制系統(tǒng)框圖中的表示：
控制器
輸入量
執(zhí)行器
被控對(duì)象
控制量
輸出量





在閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖中的表示：
輸出量
干擾因素
被控對(duì)象
控制量
輸入量
控制器
執(zhí)行器
檢測(cè)裝置
四、抗干擾
1、抗干擾性：如果一個(gè)控制系統(tǒng)能夠很好地避開或抑制干擾，使干擾對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響很少，我們就說這個(gè)系統(tǒng)抗干擾性強(qiáng)。（P119）
2、克服干擾的基本方法
[知識(shí)拓展]干擾的形成包括三個(gè)要素：干擾源、傳播途徑、接受載體。三個(gè)要素缺少任何一項(xiàng)干擾都不會(huì)產(chǎn)生。
克服干擾的基本方法：
A、消除干擾
B、減弱干擾
C、提高控制系統(tǒng)性能
五、開閉環(huán)的抗干擾
1、在出現(xiàn)干擾的情況下,開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)哪種受干擾的影響小？為什么？
被控對(duì)象
控制量
輸入量
控制器
輸出量
執(zhí)行器
開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)都存在干擾。閉環(huán)由于有反饋環(huán)節(jié)，閉環(huán)控制系統(tǒng)克服干擾因素的能力強(qiáng)。
檢測(cè)裝置
干擾因素
2、閉環(huán)控制系統(tǒng)比開環(huán)控制系統(tǒng)具有更好的抗干擾能力,那么是否都應(yīng)該用閉環(huán)控制代替開環(huán)控制呢？
是否采用閉環(huán)控制主要看對(duì)控制系統(tǒng)的要求(如成本,控制要求). 如果干擾比較經(jīng)常和嚴(yán)重，對(duì)控制目標(biāo)影響產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，就必須考慮抗干擾措施，保證控制系統(tǒng)的正常工作；如果可能存在的干擾不是很嚴(yán)重，對(duì)系統(tǒng)正常工作影響不大，就可以忽略。因?yàn)槿魏慰垢蓴_措施的實(shí)現(xiàn)，都意味著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和成本的增加。
六、干擾的利用[知識(shí)拓展]
[展示圈尺]
老師拉開卷尺然后放手，圈尺回縮。再拉開圈尺，按下圈尺上的鎖住按鈕，放開手，圈尺沒象前次回縮進(jìn)圈尺殼中。
老師：是不是按下鎖住按鈕是對(duì)圈尺正常回縮干擾了呢？那這種干擾是不是我們有意的利用的呢？

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(shí)現(xiàn)某種目的.
對(duì)干擾的利用，是指有意對(duì)控制系統(tǒng)施加干擾，使控制系統(tǒng)無法達(dá)到控制的目標(biāo)。而不是控制系統(tǒng)本身需要干擾。
例如：軍事演習(xí)中對(duì)敵方信息指揮系統(tǒng)進(jìn)行電磁干擾；在高考時(shí)在考場(chǎng)上,可以利用信號(hào)的干擾來干擾考生的舞弊行為、打狂犬疫苗等)
【教學(xué)反思】（略）

展開更多......

收起↑