資源簡介 4.2控制系統(tǒng)的工作過程與方式(一)【教材分析】:本節(jié)課是普通高中通用技術(shù)蘇教版《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》第四單元第二節(jié)的內(nèi)容。安排在學(xué)生學(xué)習(xí)了控制的手段與應(yīng)用之后,是對控制的進(jìn)一步的學(xué)習(xí),在這本節(jié)內(nèi)容中總結(jié)出控制系統(tǒng)的一般性方法,讓學(xué)生對控制系統(tǒng)有更進(jìn)一步的了解。這部分知識(shí)在日常生活生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用,與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)緊密相關(guān)。從本節(jié)內(nèi)容來說,它對系統(tǒng)組成和系統(tǒng)工作過程的進(jìn)行分析,而且是下一節(jié)學(xué)習(xí)閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成與工作過程和閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋的基礎(chǔ),并為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施的開展奠定了基礎(chǔ)。我準(zhǔn)備分兩個(gè)課時(shí)完成本節(jié)的教學(xué),本課時(shí)為第一課時(shí)。【學(xué)情分析】:學(xué)生在前面的學(xué)習(xí)中已經(jīng)學(xué)習(xí)和分析了控制在生活生產(chǎn)中的應(yīng)用,獲得了有關(guān)控制及其應(yīng)用的初步感性認(rèn)識(shí)和體驗(yàn),但是對控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程與方式還缺乏更深的了解,對控制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)知之甚少,他們對進(jìn)一步了解控制系統(tǒng)的知識(shí)是有探究的欲望的。結(jié)合具體生活中的控制系統(tǒng)的應(yīng)用案例分析,進(jìn)一步分析控制系統(tǒng)案例中控制是如何工作的,以及有怎樣的工作方式,是學(xué)生學(xué)習(xí)的最近發(fā)展區(qū)。生活中不乏簡單控制系統(tǒng)的應(yīng)用,學(xué)生對此往往習(xí)以為常。本部分內(nèi)容的學(xué)習(xí),正是要引導(dǎo)學(xué)生從技術(shù)的角度、用控制的思維看周圍的世界,分析其道理。【知識(shí)目標(biāo)】:根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)以及對教材和學(xué)情的分析,制定了如下教學(xué)目標(biāo):(1)知識(shí)與技能:理解控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的定義,掌握開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖的畫法;理解閉環(huán)控制中控制器、執(zhí)行器的作用。(2)過程與方法:結(jié)合具體案例,分析開環(huán)系統(tǒng)的工作過程,并能畫出開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖。(3)情感態(tài)度與價(jià)值觀:通過自主探究,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神,增強(qiáng)學(xué)生對控制技術(shù)的探究能力并應(yīng)用于實(shí)際的生活。【教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)分析】:重點(diǎn):控制系統(tǒng)的構(gòu)成;開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)成與判斷。難點(diǎn):開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)的判別。【教學(xué)策略】:本節(jié)課內(nèi)容抽象,理論性強(qiáng)。學(xué)生在教師設(shè)計(jì)的問題情境中進(jìn)行自我探究,通過這種學(xué)習(xí)方式,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,充分體現(xiàn)了學(xué)生的認(rèn)知主體作用。在這一過程中,學(xué)生可以在老師啟發(fā)、引導(dǎo)、提示下沿概念框架逐步攀升。學(xué)生以小組為單位共同完成任務(wù),鼓勵(lì)優(yōu)秀學(xué)生幫助基礎(chǔ)較差的學(xué)生,通過在具有團(tuán)體性質(zhì)的爭論中,學(xué)生就更容易發(fā)現(xiàn)差異,在思維的碰撞中,學(xué)生對問題的認(rèn)識(shí)將會(huì)更加深刻。從而完成從具體到抽象、從模糊到準(zhǔn)確、從單一到系統(tǒng)的思維訓(xùn)練。【教學(xué)方法】:1、游戲教學(xué)法:在教學(xué)中加入小魔術(shù),激發(fā)興趣,讓學(xué)生建立起對控制系統(tǒng)的感性認(rèn)識(shí)。在自制玩偶中體驗(yàn)控制的過程。2、案例分析法:對比不同的案例比較、分析,歸納出共同點(diǎn),引出教學(xué)重點(diǎn)。3、逆推法:采用逆推法來分析控制系統(tǒng)的工作過程,突破教學(xué)中的難點(diǎn)。【教學(xué)準(zhǔn)備】:硬件:通用技術(shù)教室軟件:多媒體教學(xué)系統(tǒng)、POWERPOINT2000、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。素材:視頻《劉謙魔術(shù)教學(xué):神力附體的番茄醬》教學(xué)與練習(xí)用例子。【教學(xué)過程】:(一)﹑觀看魔術(shù),導(dǎo)入新課觀看魔術(shù)視頻:《劉謙魔術(shù)教學(xué):神力附體的番茄醬》設(shè)計(jì)意圖:從小魔術(shù)開始,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。設(shè)計(jì)過程:視頻分兩段觀看,先放前半段魔術(shù)表演部分,并請學(xué)生思考是什么控制著番茄包,如何控制的?引導(dǎo)學(xué)生嘗試揭開魔術(shù)謎底。然后放后半段魔術(shù)揭秘部分,并引出控制系統(tǒng)的定義。控制系統(tǒng):任何一種控制的實(shí)現(xiàn),都要通過若干個(gè)環(huán)節(jié)共同實(shí)現(xiàn),這些環(huán)節(jié)所涉及的裝置就構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng),稱為控制系統(tǒng)。(二)﹑列舉控制系統(tǒng),并分析工作過程自行車速度控制:腳踩的力—→ 腳蹬、曲柄、鏈輪、—→自行車行駛的速度(輸入) 中軸、鏈條、飛輪 (輸出)電風(fēng)扇的風(fēng)速控制:設(shè)計(jì)意圖:通過兩個(gè)不同控制系統(tǒng),分析其基本特征和工作過程,為下面的開環(huán)控制系統(tǒng)及其方框圖的理解作好鋪墊。完成馬上行動(dòng)指出表中所列事例是否屬于控制系統(tǒng),如果是控制系統(tǒng),請指出系統(tǒng)的輸入、輸出分別是什么。是否屬于控制系統(tǒng) 輸入 輸出電飯煲脫粒機(jī)紅外線自動(dòng)水龍頭設(shè)計(jì)意圖:引導(dǎo)學(xué)生歸納出控制系統(tǒng)的共同特征,控制系統(tǒng)的輸入輸出之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。控制系統(tǒng)通常又分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。(三)、歸納出開環(huán)控制系統(tǒng)及其方框圖普通照明(燈)控制系統(tǒng)聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)從普通照明控制系統(tǒng)方框流程圖和聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)的方框流程圖歸納共同點(diǎn):信號從輸入端傳至輸出端,單向流動(dòng),引出開環(huán)控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響,這種控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。引導(dǎo)學(xué)生歸納出開環(huán)控制系統(tǒng)的一般方框圖。設(shè)計(jì)意圖:這是一個(gè)從具體到抽象的過程,通過兩個(gè)不同控制系統(tǒng)的工作過程,歸納共同點(diǎn),得出開環(huán)控制系統(tǒng)及其方框圖。開環(huán)控制系統(tǒng)在日常生活中的用途很廣,如十字路口的紅綠燈定時(shí)控制系統(tǒng)、樓宇的防盜報(bào)警控制系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、公園的音樂噴泉自動(dòng)控制系統(tǒng)等。案例分析:自動(dòng)門設(shè)計(jì)意圖:引導(dǎo)學(xué)生用逆推法來分析自動(dòng)門控制系統(tǒng)的工作過程,加深對開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程理解。(四)、案例分析與擴(kuò)展游泳池定時(shí)注水控制系統(tǒng)(師生共同分析)游泳池定時(shí)注水控制系統(tǒng)有什么缺點(diǎn)?請同學(xué)們課后去設(shè)計(jì)能夠克服這些缺點(diǎn)的水池注水的控制系統(tǒng),并畫出自己設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)方框圖。設(shè)計(jì)意圖:這是一個(gè)從抽象到具體的過程,在學(xué)生理解開環(huán)控制系統(tǒng)及其方框圖的情況下,列舉熟悉的案例進(jìn)行分析,使學(xué)生更加理解并掌握開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程,引導(dǎo)學(xué)生繪畫控制系統(tǒng)方框圖。讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)案例中存在的問題,課后去尋找解決問題的方法,并畫出設(shè)計(jì)草圖,為下節(jié)課閉環(huán)控制系統(tǒng)做準(zhǔn)備。這可以提高學(xué)生的自主探索能力,使學(xué)生的積極性、主動(dòng)性能得到充分的調(diào)動(dòng)。小結(jié):控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的輸入和輸出開環(huán)控制系統(tǒng)定義:輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響的控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)一般流程(五)、體驗(yàn)開環(huán)控制系統(tǒng)學(xué)生動(dòng)手設(shè)計(jì)制作:自己動(dòng)手設(shè)計(jì)制作一個(gè)可以控制玩偶動(dòng)作的控制裝置。設(shè)計(jì)意圖:通過動(dòng)手制作簡單控制玩偶,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,讓學(xué)生觀察理解控制機(jī)關(guān),體驗(yàn)簡單的開環(huán)控制,鍛煉創(chuàng)新實(shí)踐能力。4.2控制系統(tǒng)的工作過程與方式(二)閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)水管的水壓會(huì)在注水過程中發(fā)生變化,比如水壓會(huì)變小,此時(shí)若還使用前一種注水系統(tǒng),會(huì)導(dǎo)致什么問題?(學(xué)生活動(dòng))設(shè)定的時(shí)間到了,游泳池的水還沒有達(dá)到預(yù)期的水位。(引導(dǎo)分析)如何解決這一問題?設(shè)計(jì)該控制系統(tǒng)的目的:在存在干擾因素的情況下,如何克服干擾,達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。在存在干擾的情況下,我們可以想辦法消除掉它對被控對象的影響,使事態(tài)的發(fā)展回歸正途。我們可以借鑒如下的例子:我們來分析一下人拿杯子這個(gè)動(dòng)作完成的過程。人在打算拿桌子上的杯子時(shí),首先要看一下,杯子的位置與自己手的距離有多少,然后人的大腦會(huì)命令自己的手做出動(dòng)作,向減少這個(gè)距離的方向移動(dòng),同時(shí)不斷的觀察兩者之間的距離還有多少,直到人的手碰到了杯子,大腦就命令手停止運(yùn)動(dòng),杯子也就拿到了。這個(gè)過程可以用下邊的圖來表示人就是通過這個(gè)過程來完成拿杯子這個(gè)動(dòng)作的。在這個(gè)例子中,①杯子的位置作為人控制手要達(dá)到的位置(給定量),②人眼一方面感知該控制系統(tǒng)輸出量即人手的位置命令另一方面得出它與給定量之間的差距,大腦相當(dāng)于控制器,③人手兼職執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控對象雙重角色。顯然該系統(tǒng)具備較高的控制精度且抗干擾能力強(qiáng),其原因就在于它將給定量與所檢測的被控量進(jìn)行比較,也就是說我們?nèi)绻黾訖z測和比較環(huán)節(jié),就能解決干擾的問題,做到高精度的控制。在進(jìn)行完這種思考后,我們回過頭來解決注水的問題:例如:游泳池注水控制系統(tǒng)。將輸入由設(shè)定注水時(shí)間改為設(shè)定游泳池水位把輸入量設(shè)定為“預(yù)期中的游泳池的水位”,增加一個(gè)檢測游泳池水位的裝置,把測量到的游泳池當(dāng)前水位返回到該控制系統(tǒng)的輸入端,通過一個(gè)具有計(jì)算功能的裝置(比較器),來與輸入量相減,當(dāng)實(shí)際水位比設(shè)定水位低時(shí),控制器控制進(jìn)水閥門繼續(xù)注水;當(dāng)實(shí)際水位達(dá)到設(shè)定水位時(shí),控制器發(fā)出信號關(guān)閉進(jìn)水閥門。經(jīng)過改進(jìn)后的游泳池注水系統(tǒng),增加了輸出端到輸入端的信息傳遞,即把輸出量返回到輸入端與給定值進(jìn)行比較,構(gòu)成了一條閉合回路。我們把系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖:INCLUDEPICTURE "http://blog./2005/05/25/082438.gif" \* MERGEFORMATINET特點(diǎn):在系統(tǒng)的輸入量和輸出量之間,還有一條從輸出量返回到輸入端的反饋環(huán)節(jié),它們形成了一條閉合回路,反饋環(huán)節(jié)使得輸出量的改變對控制的過程產(chǎn)生直接影響。信號傳遞是閉合回路。讓學(xué)生觀察并解釋閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別?然后教師歸納總結(jié)。開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別:開環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)區(qū)別 信號傳遞是單向的 信號傳遞是閉合回路馬上行動(dòng)P106:判斷下列控制系統(tǒng)是否屬于閉環(huán)控制系統(tǒng),畫出方框圖:控制系統(tǒng) 是否屬于閉環(huán)控制系統(tǒng) 方框圖縫紉機(jī)的縫紉速度控制系統(tǒng)電冰箱的溫度控制系統(tǒng)走道路燈的聲光控制系統(tǒng)交通路口紅綠燈自動(dòng)控制(根據(jù)車流量大小改變紅綠燈時(shí)間)系統(tǒng)對一種自動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)和分析,通常都是從輸入量給定開始,到輸出量穩(wěn)定為止來分析其工作過程的,一般不把人作為環(huán)節(jié)加入其中。【閱讀】開環(huán)控制系統(tǒng)經(jīng)典應(yīng)用案例分析:“希羅的自動(dòng)門”控制的工作過程分析說明畫出“希羅的自動(dòng)門”控制方框圖2 、分析一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)工作過程抽水馬桶水箱控制系統(tǒng)的分析,并畫出方框圖.(六)﹑小結(jié)學(xué)生自己總結(jié)本節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容,并談?wù)剬W(xué)習(xí)本節(jié)課后的感受。設(shè)計(jì)意圖:由學(xué)生自己總結(jié),談感受,可以培養(yǎng)學(xué)生歸納問題,表達(dá)思想的能力。(七)﹑布置作業(yè)完成p104馬上行動(dòng)第1.2題輸入量控制器執(zhí)行器被控對象輸出量控制量是否檢測到人熱輻射發(fā)出的信號)控制電路電動(dòng)機(jī)自動(dòng)門門開或閉轉(zhuǎn)動(dòng)杯子的位置人眼大腦人手人手的位置人眼人類行為控制系統(tǒng)舉例水流量比較器游泳池的水位(輸出)+進(jìn)水電磁閥門游泳池控制器給定水位(輸入)-檢測裝置+-比較器水流量祭壇的點(diǎn)火或滅火氣壓控制虹吸自動(dòng)門門開或關(guān)給定 +水位水箱的水位水流量比較器-水箱進(jìn)水閥門機(jī)械控制浮球PAGE1(共21張PPT)4.2 控制系統(tǒng)的工作過程與方法1、控制系統(tǒng)2、開環(huán)控制系統(tǒng)3、閉環(huán)控制系統(tǒng)4.2 控制系統(tǒng)的工作過程與方法看一看:讓我們一起先來看一段魔術(shù)表演!想一想:是什么控制著番茄包,如何控制的 ?任何一種控制的實(shí)現(xiàn),都要通過若干個(gè)環(huán)節(jié),這些環(huán)節(jié)就構(gòu)成了系統(tǒng),稱為控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的輸入與輸出之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。1、控制系統(tǒng)1、控制系統(tǒng)自行車行駛的速度控制是通過腳蹬、曲柄、鏈輪、中軸、鏈條、飛輪等部件來實(shí)現(xiàn)。電機(jī)、扇葉腳蹬、曲柄、鏈輪、中軸、鏈條、飛輪腳踩的力(輸入)行駛的速度(輸出)電風(fēng)扇的風(fēng)速控制是通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)的。風(fēng)速的擋位(輸入)風(fēng)速(輸出)馬上行動(dòng)P102是否屬于控制系統(tǒng) 輸入 輸出電飯煲脫粒機(jī)紅外線自動(dòng)水龍頭指出表中所列事例是否屬于控制系統(tǒng),如果是控制系統(tǒng),請指出系統(tǒng)的輸入、輸出分別是什么?2、開環(huán)控制系統(tǒng)普通照明(燈)控制系統(tǒng):開關(guān)電路燈開關(guān)的開或關(guān)(輸入)亮或滅(輸出)聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng):聲音傳感器控制電路燈泡聲音(輸入)亮或滅(輸出)2、開環(huán)控制系統(tǒng)思考:兩種控制系統(tǒng)有何共同點(diǎn)?信號從輸入端傳至輸出端,單向流動(dòng)。控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響,這種控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。被控對象執(zhí)行器控制器輸入量輸出量控制量開環(huán)控制系統(tǒng)可以由下面的方框圖來描述:(給定量)(被控量)控制量與被控量的區(qū)別:控制量:執(zhí)行器的輸出信號。被控量:控制系統(tǒng)的輸出信號。特點(diǎn):信號的傳遞是單向的。輸入量:控制系統(tǒng)的給定量。控制器:對輸入信號進(jìn)行處理并發(fā)出控制命令的裝置或元件。執(zhí)行器:直接對被控對象進(jìn)行控制的裝置或元件。控制量:執(zhí)行器的輸出信號。被控對象:控制系統(tǒng)中所要求控制的裝置或生產(chǎn)過程。輸出量(被控量):控制系統(tǒng)中所要控制的量,也是控制系統(tǒng)的輸出信號。案例分析P103自動(dòng)門的控制系統(tǒng)自動(dòng)門電機(jī)控制電路檢測到是否有人的信號(輸入)門開 或關(guān) (輸出)轉(zhuǎn)動(dòng)馬上行動(dòng)P103 列舉你所知道的開環(huán)控制系統(tǒng)。案例分析游泳池定時(shí)注水控制系統(tǒng)想一想游泳池定時(shí)注水控制系統(tǒng)有什么缺點(diǎn)?請同學(xué)們課后去設(shè)計(jì)能夠克服這些缺點(diǎn)的水池注水的控制系統(tǒng),并畫出自己設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)方框圖。游泳池的水位(輸出)游泳池水流量電磁閥門定時(shí)器設(shè)定注水的時(shí)間(輸入)本課小結(jié)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的輸入和輸出開環(huán)控制系統(tǒng)定義:輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響的控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)一般流程游泳池定時(shí)注水控制系統(tǒng)想一想游泳池定時(shí)注水控制系統(tǒng)有什么缺點(diǎn)?請同學(xué)們課后去設(shè)計(jì)能夠克服這些缺點(diǎn)的水池注水的控制系統(tǒng),并畫出自己設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)方框圖。游泳池的水位(輸出)游泳池水流量電磁閥門定時(shí)器設(shè)定注水的時(shí)間(輸入)3、閉環(huán)控制系統(tǒng)控制器電磁閥門游泳池給定水位(輸入)水流量游泳池的水位(輸出)游泳池注水控制系統(tǒng)。將輸入由設(shè)定注水時(shí)間改為設(shè)定游泳池水位檢測裝置比較器-+開環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)區(qū)別 信號傳遞是單向的 信號傳遞是閉合回路開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別:3、閉環(huán)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。簡單閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖:被控對象執(zhí)行器控制器輸入量輸出量控制量檢測裝置比較器-+特點(diǎn):信號傳遞是閉合回路。開環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)區(qū)別 信號傳遞是單向的 信號傳遞是閉合回路開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別:馬上行動(dòng)P106控制系統(tǒng) 是否屬于閉環(huán)控制系統(tǒng) 方框圖家用縫紉機(jī)的縫紉速度控制系統(tǒng)電冰箱的溫度控制系統(tǒng)走道路的聲光控制系統(tǒng)交通路口紅綠燈自動(dòng)控制系統(tǒng)判斷下列控制系統(tǒng)是否屬于閉環(huán)控制系統(tǒng),畫出方框圖。氣壓控制虹吸自動(dòng)門祭壇的火點(diǎn)或滅門開或關(guān)水流量抽水馬桶水箱控制系統(tǒng)的分析,并畫出方框圖.機(jī)械控制進(jìn)水閥門水箱浮球給定 +水位-水流量水箱的水位比較器作業(yè):P107練習(xí)1、2、3 展開更多...... 收起↑ 資源列表 《控制系統(tǒng)的工作過程與方式》教案.doc 控制系統(tǒng)的工作過程與方式.ppt 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫