資源簡(jiǎn)介

課題：閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋
一、教學(xué)目標(biāo)
1.知識(shí)目標(biāo)：
了解閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋，識(shí)讀和畫(huà)出簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖，理解其中的控制器、執(zhí)行器的作用。
2.能力目標(biāo)：
通過(guò)典型閉環(huán)控制系統(tǒng)的分析，熟悉閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成及工作過(guò)程。
3.情感目標(biāo)：
通過(guò)“神奇”的自動(dòng)控制裝置，感受科技的魅力，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)控制系統(tǒng)的興趣與熱情。通過(guò)對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的探究，形成勇于探索敢于創(chuàng)造優(yōu)良品質(zhì)。能對(duì)學(xué)習(xí)與人生產(chǎn)生干擾影響的因素進(jìn)行分析。
二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)
重點(diǎn)：對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)反饋環(huán)節(jié)的作用的體會(huì)，及學(xué)會(huì)用系統(tǒng)框圖來(lái)幫助分析和理解閉環(huán)控制系統(tǒng)。
難點(diǎn)：分析閉環(huán)控系統(tǒng)的基本組成及工作過(guò)程
三、教學(xué)方法和手段
通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境、講授分析、引導(dǎo)探究組織教學(xué)，同時(shí)積極發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，在模擬實(shí)踐、游戲、親身試驗(yàn)中，完成知識(shí)的深化和遷移。
四、教學(xué)過(guò)程
序號(hào) 教學(xué)步驟 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng)
一 情景導(dǎo)入 提問(wèn)1每天上學(xué)騎自行車(chē)的感受？提問(wèn)2平常我們?cè)谒陀H朋好友的時(shí)候都說(shuō)一路順風(fēng)，乘飛機(jī)出行時(shí)，為什么不能說(shuō)祝你一路順風(fēng)引出干擾的概念： 學(xué)生小組討論并代表發(fā)言
二 干擾 【案例分析】：逆風(fēng)中騎自行車(chē)【教師提問(wèn)】：分析逆風(fēng)中行駛的自行車(chē)哪些因素是輸入量，哪些是輸出量，哪些是影響車(chē)子運(yùn)行的因素?！镜贸鼋Y(jié)論】：什么是干擾因素：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(chēng)為干擾（interference）因素。 根據(jù)教師的提問(wèn)來(lái)進(jìn)行小組分析【馬上行動(dòng)】：在電冰箱的溫度控制系統(tǒng)中，下列情況是否屬于影響其溫度控制的干擾因素？并簡(jiǎn)單概括理由：開(kāi)電冰箱的門(mén)；電冰箱所在房間的溫度從20攝氏度變到32攝氏度；把熱菜或熱飯放入電冰箱中；電冰箱外放一盆冷水；
【案例分析】：電視機(jī)的工作。電視機(jī)出現(xiàn)畫(huà)面紊亂的現(xiàn)象往往是由于受到外界磁場(chǎng)干擾。比如：近距離擺放的電冰箱、空調(diào)器、電風(fēng)扇、日光燈等等。他們就是電視機(jī)正常工作的干擾因素?？朔@些干擾的辦法就是將家用電器遠(yuǎn)離電視機(jī)放置。 克服干擾的基本辦法：A.消除干擾：在飛機(jī)上不能使用通信工具B.減弱干擾：電器在使用時(shí)遠(yuǎn)離其它電子設(shè)備C.提高控制系統(tǒng)性能、采用閉環(huán)控制系統(tǒng)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(wú)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：打狂犬疫苗、軍事演習(xí)中進(jìn)行電磁波干擾。 思考：電視機(jī)會(huì)受到哪些干擾？如何解決？生活中的干擾如何克服？做作業(yè)時(shí)，你是如何克服干擾的
三 反饋 什么是反饋控制系統(tǒng)中，將輸出量通過(guò)適當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過(guò)程，就是反饋(feedback) 復(fù)習(xí)回顧，明確反饋的概念
實(shí)踐體驗(yàn)游戲，“填”眼睛 同學(xué)上來(lái)“填”眼睛，閉著眼睛畫(huà)，位置不對(duì),也不好看。睜著眼睛畫(huà)，漂亮。
【案例分析】：電冰箱的溫度控制系統(tǒng)反饋方法：利用反饋來(lái)分析和處理被控對(duì)象，通過(guò)系統(tǒng)的輸出來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的行為，使系統(tǒng)沿著預(yù)期的目標(biāo)運(yùn)行的方法，稱(chēng)為反饋方法。 【馬上行動(dòng)】：花房恒溫自動(dòng)控制、射擊的控制
【試一試】：通過(guò)反饋來(lái)分析拿桌上杯子的過(guò)程. 模擬實(shí)踐：通過(guò)反饋來(lái)分析拿桌上杯子的過(guò)程.
【教師講解】：閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心是通過(guò)反饋來(lái)減少被控量（輸出量）的偏差。所以一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠克服外界干擾，使被控量控制在給定值附近。 深化認(rèn)識(shí)閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖
【案例分析】：供水水箱的水位自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)物模型演示, FLASH動(dòng)畫(huà)演示。 歸納出系統(tǒng)的組成，畫(huà)出控制系統(tǒng)框圖
【案例分析】：加熱爐的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng) 分析、歸納分析思考后得出：用散熱量作為控制量
【教師講解】:閉環(huán)控制系統(tǒng)與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的比較 學(xué)生回答
四 課堂總結(jié) 干擾因素是在控制系統(tǒng)中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素。反饋是指控制系統(tǒng)中，將輸出量通過(guò)適當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過(guò)程。進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程。
五 作業(yè) 1.我們學(xué)習(xí)了干擾與反饋，干擾因素的克服，但有些干擾因素是可以利用的，請(qǐng)查閱資料，了解這方面的情況。2.某花農(nóng)正在籌建一個(gè)小型花房，花房的溫度冬季一般控制在18攝氏度左右，夏季一般控制在25攝氏度左右，請(qǐng)畫(huà)出花房的溫度控制系統(tǒng)方框圖，簡(jiǎn)要說(shuō)明它的工作過(guò)程。
五、教學(xué)流程圖
六、教學(xué)反思
這節(jié)課選擇了學(xué)生生活當(dāng)中能接觸到的事例為切入點(diǎn)，采用分析案例，合作探究，游戲、試驗(yàn)等教學(xué)策略，提高學(xué)生參與程度和熱情，教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)掌握得也比較扎實(shí)。然而，在面對(duì)實(shí)際復(fù)雜閉環(huán)控制系統(tǒng)干擾與反饋問(wèn)題進(jìn)行分析的時(shí)候?qū)W生卻很難找到一個(gè)切入點(diǎn)進(jìn)行正確的分析。
開(kāi)始
參與思考
導(dǎo)入新課
課件
理解思考探索
講解干擾的相關(guān)知識(shí)
課件
理解、試驗(yàn)
講解反饋的相關(guān)知識(shí)
課件
小結(jié)
課件
結(jié)束(共22張PPT)
第四單元 控制與設(shè)計(jì)
第三節(jié) 閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋
應(yīng)保持的速度
自行車(chē)
行使的速度
給定量
被控量
逆風(fēng)、順風(fēng)、雨水、路況……
干擾因素可能一個(gè)，也可能若干個(gè)。
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(chēng)為干擾因素。
馬上行動(dòng)
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(kāi)電冰箱門(mén)
電冰箱所在房間的溫度從20度變到32度
把熱菜熱飯放入電冰箱中
在電冰箱外放一盆冷水
是
是
是
否
控制系統(tǒng) 干擾因素
自動(dòng)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
下表所列控制系統(tǒng)中，可能存在哪些干擾因素？
扶梯承載的重力、電機(jī)輸出電壓的波動(dòng)、齒輪間的摩擦力等。
滑輪組的摩擦力、電機(jī)電源的波動(dòng)等、繩子和滑輪，重物的重力。
外部環(huán)境溫度的變化、大棚保溫材料的保溫性能產(chǎn)生變化等、植物排放的二氧化碳，溫室效應(yīng)。
什么是干擾因素
各種電器設(shè)備對(duì)電視機(jī)的干擾.
克服干擾
控制系統(tǒng)在工作過(guò)程中必須克服干擾，使被控量穩(wěn)定。
克服干擾的基本方法：
找出干擾源，
切斷干擾
1）消除干擾：
飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)
手機(jī)信號(hào)
GPS信號(hào)
航線(xiàn)
X
2）減弱干擾
電視信號(hào)傳輸過(guò)程中往往采用鐵殼屏蔽的分支器
3）我們也可以加強(qiáng)控制系統(tǒng)的性能來(lái)提高抗干擾能力。
比較常用的就是在控制系統(tǒng)中引入反饋。
干擾因素是否一無(wú)是處？
干擾因素有時(shí)要克服，有時(shí)還可利用。
手機(jī)來(lái)電閃，根據(jù)電磁波干擾原理
反饋
被控量
閉環(huán)控制系統(tǒng)
被控對(duì)象
控制量
給定量
控制器
執(zhí)行器
檢測(cè)裝置
比較器
+
-
在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，將輸出量通過(guò)適當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過(guò)程，就是反饋。
在黑板上畫(huà)兩張臉，“四官俱全”，沒(méi)有眼睛。然后請(qǐng)一個(gè)同學(xué)上來(lái)“填”眼睛。
[游戲]：
2.睜著眼睛畫(huà)：
1.閉著眼睛畫(huà)：
這個(gè)游戲中的人的眼睛相當(dāng)于什么？大腦、手又相當(dāng)于什么？
思　考
電冰箱溫控器
電冰箱的溫度控制系統(tǒng)
電冰箱溫控器結(jié)構(gòu)原理
電冰箱的溫度控制系統(tǒng)
主彈簧及連接桿（控制器）
活動(dòng)觸點(diǎn)（執(zhí)行器）
壓縮機(jī)、電冰箱（被控對(duì)象）
電冰箱工作溫度
定設(shè)度溫
感溫包、膜盒、傳動(dòng)膜片（檢測(cè)、反饋）
+
-
干擾
反饋方法：
利用反饋來(lái)分析和處理被控對(duì)象，通過(guò)系統(tǒng)的輸出來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的行為，使系統(tǒng)沿著預(yù)期的目標(biāo)運(yùn)行的方法，稱(chēng)為反饋方法。
事例 輸入量 檢測(cè)裝置 輸出量
花房恒溫自動(dòng)控制
設(shè)定的溫度
　溫度檢測(cè)裝置
　射擊
靶心的位置
　眼睛
子彈射擊位置
花房的溫度
在生活中有一種現(xiàn)象，就是“十聾九啞”，同學(xué)們，你認(rèn)為其產(chǎn)生的原因是什么？
思　考
試一試：人拿桌子上的水杯的反饋過(guò)程
　　　閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心是通過(guò)反饋來(lái)減少被控量（輸出量）的偏差。所以一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠克服外界干擾，使被控量控制在給定值附近。
被控對(duì)象
給定值
被控量
干擾
反饋環(huán)節(jié)
控制器
執(zhí)行器
比較器
閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程
干擾
干擾
干擾
電氣控制
（控制器）
控制量
反饋
給定水位
（設(shè)定值）
水箱的水位
（被控量）
閥門(mén)
（執(zhí)行器）
水箱
（被控對(duì)象）
浮球
（檢測(cè)裝置）
+
-
干擾
供水水箱的水位自動(dòng)控制系統(tǒng)
加熱爐的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)
熱電偶
（檢測(cè)裝置）
開(kāi)關(guān)
（控制器）
反饋
給定溫度
（設(shè)定值）
爐內(nèi)溫度
（被控量）
加熱器
（執(zhí)行器）
加熱爐
（被控對(duì)象）
比較器
干擾？
干擾因素是什么？
反饋裝置是什么？
+
-
閉環(huán)控制系統(tǒng)與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的比較
控制系統(tǒng) 反饋 控制精度 結(jié)構(gòu) 成本 應(yīng)用范圍
閉環(huán)
開(kāi)環(huán)
有反饋
無(wú)反饋
精度高
精度較低
結(jié)構(gòu)復(fù)雜
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
成本高
成本低
高精度、高可靠、系統(tǒng)本身不穩(wěn)定的應(yīng)用領(lǐng)域
控制精度要求不高本身很穩(wěn)定的應(yīng)用
閉環(huán)控制系統(tǒng)
閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋
干擾
反饋
課堂小結(jié)
1.我們學(xué)習(xí)了干擾與反饋，干擾因素的克服，但有些干擾因素是可以利用的，請(qǐng)查閱資料，了解這方面的情況。
2.某花農(nóng)正在籌建一個(gè)小型花房，花房的溫度冬季一般控制在18攝氏度左右，夏季一般控制在25攝氏度左右，請(qǐng)畫(huà)出花房的溫度控制系統(tǒng)方框圖，簡(jiǎn)要說(shuō)明它的工作過(guò)程。
作 業(yè)

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