資源簡介

第一節 控制的手段與應用
教學目標：
　　1.通過分析社會各領域的具體例子，理解控制的涵義及其在生產和生活中的應用。
　　2.通過學習，培養學生注意觀察問題，發現問題，幫助學生了解控制的作用。
　　3.激發學生了解控制，研究控制的興趣與熱情。
　　4.理解控制的含義
教學重點：
　　理解控制的涵義。
教學難點：
　　理解控制的涵義。
教學過程：
引入：
　　提出本學期的教學計劃，引導學生重視本學期的教學工作，做好會考的復習準備。
　　[錄像]通過卓別林的《城市之光》錄像片段，引入新課。
新課教學：
一、控制是普遍存在。
用一些典型的、生活中的例子讓學生了解控制是普遍存在，對控制有初步的認識，打破其神秘感。
現代社會中的例子：
生產、生活中的例子（圖片）
古代社會中的例子：
案例1：大禹治水（圖片）
請學生講述《大禹治水》的故事
并提出問題，讓學生思考。
問題：大禹治水過程中，通過什么手段實現治理好水患的目的？
通過“疏通河道，泄洪為主” 手段實現治理好水患的目的。
案例2：木牛流馬
請學生講述《木牛流馬》的故事：“（建興）九年，亮復出祁山，以木牛運,糧盡退軍，與魏將張郃交戰，射殺郃。十二年春，亮悉大眾由斜谷出，以流馬運。…”
據研究：木牛和流馬是漢代獨輪手推車的兩種改進設計，通過改進使人的負重有所減輕。木牛是一種輪子稍小一些的獨輪手推車，載重大，前由人拉、后由人推，運行較慢；流馬載重小，輪子稍大一些，由一人推，運行速度很快。諸葛亮所說“木牛流馬”應是比喻它們運行的靈便程度和載重量的大?。耗九Ｐ袆虞^笨而慢，像牛；流馬行動敏捷而快，像馬。不是說它們外形像牛像馬。
目的：幫助軍隊運送戰略物資。
案例3：希羅自動門（圖片）
希羅自動門的相關材料見教參P66或江蘇版P107。
希羅自動門說明了什么道理？
道理是：利用氣壓和液壓動力裝置，實現自動開門、關門。
總結：事物發展的結果可能是人們預先期望的，也可能與預期的目標不相符，甚至是不希望得到的。如果人們想達到某一特定的目的，就必須運用適當的手段來實現。
那么，運用什么手段來實現呢？
（引入控制的概念）
二、控制的涵義
　　控制是根據自己的目的，通過一定的手段使事物沿著某一確定方向發展的行為和過程。
　　結合事例（用音樂噴泉的事例），重點闡明控制的對象是什么；控制要達到什么目的；采取什么控制手段。
課本馬上行動

控制事例 控制的對象 控制的目的 控制的手段
電風扇扇葉轉速快慢的控制 電風扇 調節速度 換檔
音響的音量控制 音響 音量的調節 旋鈕
燃氣熱水器溫度的控制 熱水器 調節出水口溫度的高低 改變燃氣火頭的大小
用噴霧器噴灑農藥 噴霧器 給莊稼治病 操作噴霧器的手柄
[探究活動]
請同學們說說你在生活學習中所見到的應用控制的事例。
如：
學校：學校的音樂鈴聲、多媒體教學系統、足球場草地自動噴淋系統、體育館的自動伸縮坐椅等。
家庭：冰箱、電飯煲、微波爐等。
社會：交通信號燈、電子警察、電梯、程控電話交換機等
三、控制的分類
從控制過程中人工干預的情形來分：
人工控制：人工紡紗、普通自來水龍頭，旋轉按鈕打開電燈、駕駛汽車等；
自動控制：數控機床、飲料自動裝罐生產線、花房恒溫控制、十字路口紅綠燈的轉換等
按照執行部件的不同，控制分為：機械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等
對于自動控制
按控制方式分為：開環控制、閉環控制和復合控制。
3、控制的應用
控制的應用自古就有，并在近代得到迅速發展，在社會生產生活的各個領域都有極其廣泛的應用。
通過事例說明控制在社會生產生活的各個領域的應用。
　　案例1：汽車自動化生產線。（圖片）
　　案例2：農業現代化設施。（圖片）
　　案例3：現代網絡家電。（圖片）
小結與練習：
　　1、控制是普遍存在。要求學生能列舉事例。
　　2、控制的涵義。要求學生在理解的基礎上掌握好其控制的涵義。
　　3、控制的應用。
第二節 控制系統的工作過程與方式
一、教學目標
　　 ◇ 通過生活中實例的分析，理解控制系統的含義
　　 ◇ 掌握開環控制系統的基本組成和工作過程
　　◇ 學會開環控制系統方框圖的畫法
　　◇ 逐步形成理解和分析簡單開環控制系統的一般方法
　　
　　二、教學內容分析
　　開環控制系統教學內容，是后節閉環控制系統學習的重要基礎。 “控制系統”和“開環控制”，均是本單元的重要概念。
　　生活中不乏簡單控制系統的應用，人們對此往往象看待日出日落一類自然景色般的習以為常。本部分內容的學習，正是要引導學生，從技術的角度、用控制的思維看周圍的存在，分析其道理。
　　本課教學內容，從學生生活經驗出發，從實例分析入手，歸納出對控制系統的一般認識，以及根據控制系統方式分類的開環控制系統和閉環控制系統兩類，并側重對開環控制系統的工作過程、方框圖、重要參數進行分析。
　　本課要解決的重點、難點分別是：
　　開環控制系統的工作過程分析
　　用方框圖描述開環控制系統的工作過程
　　
　　三、學習者分析
　　學生已具有電學、力學的基礎知識、系統的基本概念，具有信息傳遞的基本知識和體驗，具有觀察和使用簡單控制系統的生活體驗，所有這些知識和經驗儲備，一是為教學中師生共同尋找教材以外的案例進行分析歸納，提供了學習行為的保障，二是為開環控制系統試驗操作提供順利進行的可能。
　　
　　四、教學策略
　　◇ 心理學家羅杰斯認為，學生的自發性與主動性是學習的動力。教師要強調技術課學習的需要、愿望、興趣與技術學習的材料的內在聯系，建立開放的課堂氣氛，教師作為學習的參與者參加學習的活動。本課教學中，多采用問題解決這一學習活動為主線，通過激發學生的認知內驅力和自我提高內驅力，以引導學生有計劃地達到解決問題的目的。
　　◇先行組織者策略，選擇與學習開環控制系統有包容性、概括性的引導性材料，以建立新、舊知識經驗之間的聯系，逐步加強學生對開環控制系統工作過程和方框圖的理解和應用能力。
　　◇ 創設情境，引導學生分析生活中的開環控制系統工作過程和方框。
　　◇ 設置問題，引導學生進行一般意義上的歸納總結。
　　◇ 動手試驗，體會開環控制系統輸入與輸出的關系。
　　
　　五、教學資源準備
　　多媒體設備、相關圖片資料、技術試驗工具、材料等
　　
　　六、教學過程
　　
　　
序號 教學步驟 教師活動 學生活動
1 設置引導材料 1 、拔動教室電燈開關，燈的亮與不亮與手動有關 2 、播放圖片，聲光感應開關，當有聲音時燈亮 3 、播放圖片，紅外感應出水龍頭，手靠近水龍頭出水，離開則不出水 4 、播放圖片，賓館自動門，當有人進入，門自動打開 師生歸納、抽象以上活動的特征 一個輸入信號（如手拔開關）對應著一個輸出信號（如燈亮或不亮）
2 開環控制系統工作過程、特征與舉例 燈的開關控制的過程、框圖： 輸入信號——開關——燈——輸出信號 （圖略） 學生： 1 、分析 自動烘手機工作過程：是靠著紅外線感知手的靠近過程，沒有人用的時候，鼓風機和加熱電爐絲都自動切斷了電源。當手的溫度在紅外傳感器監視范圍之內的時候，烘手機就啟動。 2 、寫出： 感應出水龍頭控制框圖， 賓館自動門的控制框圖， 最后歸納出開環控制系統的一般方框圖
抽象開環控制系統事例的框圖 1 、分析簡單開環控制系統的工作過程 2 、導出開環控制系統特征： 系統的輸出量僅受輸入量控制，輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞
引導學生分析： 1 、生活中還有哪些開環控制系統？ 2 、這些開環控制系統給人們的生活生產帶來什么方便？ 3 、針對實例說明開環控制系統的特征。 學生： 1 、列舉生活中開環控制系統實例 2 、 居民樓道里使用的是自動聲控燈。這種燈有很多好處，它可以節約能源，還可以減少開關的磨損，并且極大方便了過客。 3 、認識開環控制系統是生活生產中最常用的方式，它的輸出僅受輸入控制。
開環控制系統經典應用案例分析 “希羅的自動門”控制的工作過程分析說明 1 、畫出“希羅的自動門”控制方框圖 2 、分析一個開環控制系統工作過程
3 開環控制系統的試驗 1 、說明試驗的基本步驟 2 、指導學生觀察拉動線繩，紙猴表情的變化（圖略） 1 、制作一紙猴，拉動背后的線（輸入），紙猴的動作表情發生變化（輸出） 2 、觀察、體驗輸出信號與輸入信號之間對應關系
4 練習、討論 教師適當組織、引導 1 、酒店自動叫醒報務控制系統的工作過程，畫出方框圖 2 、當系統自身計時出現誤差時，叫醒報務時間是否準確？也就是系統能否修正這一誤差？
5 小結 教師引導、補充 學生歸納、整理本課內容，學習收獲
　　七、教學反思
　　社會生活中，開環控制系統應用具有十分重要的實踐意義，本節課通過對開環控制系統中控制過程的理解，有助于學生將日常所見控制事例上升到運用技術思想和方法理解并分析，并學會應用簡單的開環控制方法來解決現實生活中遇到的問題，有助于發展學生良好的邏輯思維品質。
　　本節課沒有首先從概念入手，講什么是開環控制系統，工作過程如何、框圖如何畫等，而是選擇適當材料，從實例的分析開始，與學生共同歸納、抽象實例的特征，從而引出開環控制系統工作過程的分析，課堂教學一個重要特點是，淡化對概念或定義的描述，側重機理的分析，我認為，這是技術課程教師需要引起重視，也是它有別于科學類課程的不同之處。
　　課堂上從材料分析，到開環控制系統特征和框圖的歸納，到學生尋找生活中開環控制事例，到經典案例分析，到學生動手試驗，再到討論、練習、小結，環環相扣，設計流暢，學生始終參與全程教學活動，能吸引學生注意力，引導學生思維步步深入，從認識問題、分析問題到解決問題，符合高中學生認知規律，使學生體會到控制系統的學習并非深奧高不可攀。本節課教學為后續學習打下了良好基礎。
控制系統的工作過程與方式（第2課時）教學設計
來源：普通高中通用技術課程 作者： 時間：2007-12-25 點擊：
２００７年通用技術教師教學設計評比作品
蘇教版《技術與設計2》第四單元 控制與設計第二單元
一、教學目標分析
（一） 通過案例的分析，理解閉環控制系統的含義。
（二） 掌握閉環控制系統的基本組成和工作過程，會畫閉環控制系統方框圖。
（三） 對學生進行現代技術思想和高科技思想方法的指導，使學生獲得新信息。
二、教學內容分析
　　本課教學內容為蘇教版《技術與設計2》第四單元“控制與設計”的第二節“控制系統的工作過程與方式”的第2課時。在學生學習了開環控制系統的基礎上學習閉環控制系統的。上節課讓學生對控制手段和控制應用有所了解,這節課主要讓學生進一步學習閉環控制系統的基本組成和簡單的工作過程。通過本節課學習，主要教育目標是培養和提高學生的技術素養。我們知道，生活中有許多簡單控制系統的實例，因此，本課教學要從學生生活經驗出發，從實例分析入手，主要對閉環控制系統的工作過程、方框圖進行分析。
三、學習對象分析
　　學生已學開環控制系統的基礎知識和系統、控制等基本概念，具有觀察和使用簡單控制系統的生活體驗，這些已知知識和經驗為教學中提供了條件，同時也為本節順利進行閉環控制系統的學習提供了可能。
四、教學策略分析
（一） 讓學生自發地、主動地學習。本課教學中以生活中最常見的“桿稱”控制系統等問題解決閉環控制系統的工作控制流程，激發學生的認知，引導學生自發地把生活中碰到的閉環控制系統的問題解決。
（二）創設情境。生活中閉環控制系統的例子很多，如電冰箱的溫度控制系統、抽水馬桶的水位控制系統等，引導學生分析生活中的閉環控制系統工作過程和方框，加強學生工作過程和方框圖的理解和應用能力。
（三）通過 “桿稱稱物品”等試驗讓學生體會閉環控制系統輸入與輸出的關系和工作過程。
五、教學資源準備
日常生活中常用的桿稱
六、教學過程
教師：上節課我們學習開環控制系統，這節課我們接著學習閉環控制系統。
【板書】：閉環控制系統
（一）教師復習開環控制系統并引入新課
上節課我們學習了開環控制系統，
隨著技術飛速發展，人們運用控制系統的技術越來越廣泛現在我們不光用開環控制系統，還用閉環控制系統，現在我們學習閉環控制系統。
現在我們做下面的一個活動，用“桿稱”稱東西?；顒拥囊巹t是：根據教師提供的數據稱物品。
根據教師提供的數據稱物品的這一活動過程中，根據上節我們學習的開環控制系統的方框圖，與這一活動中有何不一樣的？
物品多了，或少了怎辦？
這就是本節課的關鍵所在。
根據上節的控制先寫出輸入與輸出，具體的控制器與執行器，被控對象與被控量。
輸入量是給定物品的量，輸出是物品的量，控制器是大腦，而執行器是手，被控量是物品的多少，被控對象是桿稱。
這是這一活動中控制的方框圖，大家注意，在這一控制中多了“眼睛”，“眼睛”在這個控制中的作用是檢測物品的量與給定的量的比較，在這個控制中所起的作用是檢測裝置的作用，也是今天我們所學的內容閉環控制系統。其方框圖如下：
好現在看看教材中的案例，按給定水量控制游泳池注水的控制P105-106頁。分析控制中的輸入、輸出、控制器、執行器、被控對象。其工作過程及方框圖進行分析。
動動手：
生活中的例：保溫電飯煲的溫度控制、電冰箱中的溫度控制，它們屬于哪種控制分析其工作過程，寫出控制的方框圖。
小結：今天我們學習了閉環控制系統，其控制的方框圖如下：
練習：說說其控制過程，并寫出方框圖。
1給玻璃杯倒水 2 天平稱稱物品
七 板書設計
八、教學反思
　　閉環控制系統在生產、生活中具有重要意義，通過本節課學習我們對閉環控制系統中控制過程的分析，同學們理解控制系統和閉控制系統，了解生活中閉環控制如何用來解決問題實際問題。本節課從一活動入手，讓學生了解閉環控制系統，其工作過程如何、框圖如何畫等，而是從實例入手，通過做試驗，與學生共同分析、從而得出閉環控制系統工作過程。通過學生學習了解現代技術的思想和方法，從而使學生獲得更多的知識，認識生活中的閉環控制的實例
第三節 閉環控制中的干擾與反饋
一、教學目標：
　　1、了解控制中存在干擾，學生能理解干擾的概念，掌握克服干擾的基本方法。
　　2、熟悉閉環控制系統中反饋環節的作用。
　　3 、了解功能模擬方法和黑箱方法。
　　4、通過內化干擾的知識，形成正確的對系統中干擾的認識，并建立穩定的控制系統認識態度。
二、教學重點與難點
教學重點：
　　1、了解實際控制系統中會存在干擾影響控制；
　　2、讓學生能夠分析簡單控制系統中的干擾，理解克服干擾的基本原則，分析克服干擾的具體方法，并結合開環和閉環控制進行對比；
教學難點：
　　1、分析克服干擾的具體方法；
　　2、綜合理解開環與閉環的優劣只是相對的，理解干擾不是全有害的。
三、教學過程：
引入：
一、復習與回顧
1、控制系統的組成部分是什么？
畫出開環控制系統的框圖。
提問學生，讓學生在這基礎上將框圖補充為閉環控制系統圖。
二、引出反饋的概念
1.什么是反饋？
控制系統中，講輸出量通過適當的檢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）。
2.反饋方法
利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統的輸出來調整系統的行為，使系統沿著預期的目標運行的方法。
事例 輸入 檢測裝置 輸出
“穿針引線” 線的位置 人的眼睛 線與針孔對準
投擲飛鏢 靶的位置 (期望值) 眼睛 飛鏢實際投擲的位置
三、 閉環控制系統的工作過程
閉環控制系統就是系統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生影響的控制系統。
核心：通過反饋來減少被控量(輸出量)的偏差。
四、干擾因素
【游戲引入】 真正的控制系統在運行的過程中還會存在很多的因素影響：
控制羽毛球降落游戲：
1、在正常條件下降落。
2、在有側風的條件下降落。
問題：如果不按正常條件下的降落方式還能正中目標嗎？為什么？
對比兩種情況的異同：受外界影響，控制的行為受到影響 /P>
（1）、干擾的概念
【涵義】：干擾就是對控制系統的行為造成影響的有害的信號及擾動，即除給定量外，引起被控量量值變化的各種因素。
要點：系統行為、被控量量值變化；引起變化的各種因素。
（2）、干擾對控制功能的影響
1、現實生活中的干擾的例子
A、外界光線對投影效果的干擾
（對周圍的控制系統的分析，就近對課室投影的干擾分析，學生更有體驗）
B、輪船行使中的干擾
（錄像演示波浪對輪船的干擾）
C、汽車駕駛的干擾（錄像演示干擾的一個方面）
（汽車行使中的干擾，比較常見，引導學生引發對交通控制的進一步思考，為后面的內容拓展到社會大環境設下伏筆）
2、思考與分析
（1）在出現干擾的情況下，開環控制系統和閉環控制系統哪種受干擾的影響小？為什么？
閉環控制系統受影響較小，因為閉環控制系統能不斷修正控制效果。
（2）舉出一些由于干擾而使控制系統受到影響的例子。
雨天交通 病毒攻擊 手機干擾飛機
（3）、克服干擾的基本方法
如何消除側風對羽毛球下落的干擾？（呼應前面舉的干擾，進一步思考克服干擾的方法）
（一）克服的基本方法：
1、消除干擾
2、減弱干擾
3、提高控制系統性能
（二）小組討論
分析下列控制中的干擾，請同學們以小組為單位，討論如何克服該控制系統中的干擾并對對方組的抗干擾方法發表自己的看法：
第1、2大組：汽車駕駛
第3、4大組：輪船行使
（在學生講解的同時演示教師對問題的解釋）
汽車駕駛：
1、控制系統的克服措施：
剎車、轉向、鳴喇叭；
2、針對干擾源的措施：
加強國民交通意識；
3、管理措施：
交通部門設立道路隔離帶、交通法加重對違章的處罰；
輪船行使：
1、環境因素：
《控制系統的設計與實施》教學設計
1．教材分析及教學設計介紹
　　本節課內容為本節的第四課時，是本節、本章、本書的最后一個課時。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》大部分都是圍繞著設計這個主題來展開的。
　　結構是設計的基礎，流程是設計的方法，系統是設計的保障，控制是設計的關鍵。
　　本節課可使學生了解控制系統設計的一般思路和步驟，以電加熱器的設計為例，實現發熱、包層、控制、定時、過熱保護等，這電加熱器，大部分的學生都有一定的使用各損壞加熱器的經驗，作起來有一定的實踐性。
【學情分析】
　　學生對一些產品有一定的使用經驗，這些經驗有成功的，也有失敗的，通過控制系統的分析與設計，使學生對一定的實踐經驗的生活經歷，上升到一定的理論認識，對失敗的使用經驗，能從控制與設計的角度重新的認識。
【教學目標】
知識與技能：
（1） 了解簡單被控制對象的基本特征。畫出系統方框圖，形成初步設計方案
（2） 能設計制作一個控制方法，能進行模擬控制并調試。
過程與方法：通過案例式的探討和實踐改良的技術活動，提高分析能力，培養探究精神。學習權衡的思想。
情感、態度和價值觀：
（1） 通過對控制系統的設計與實施的分析，體會產品設計中人性化的設計思想。
（2) 培養認真嚴謹的態度，進而樹立“以人為本”的設計理念。
（3) 通過多種形式的教學活動，提高學生學習技術課的興趣。
【重點與難點】
重點：控制系統設計的一般思路。
難點：閉環系統的設計。
關鍵：案例分析與方框圖的繪制。
【教法設計】
（1）通過教師的引導和實例，探究控制系統設計與實施的含義。
（2）通過體驗活動，結合學生生活經驗，歸納總結控制系統設計與實施的方法。
（3）講解設計的一般思路，要有所側重，從眾多的因素中選出重點的，不必面面俱到。
（4）通過實踐改造活動，讓學生感受和領悟，創新的設計思想，并引導學生思考實現合理的設計與控制還要考慮的因素。
【學法設計】
引導學生進行“問題式學習”，通過嘗試——發現，探索——研究的過程來掌握本節課的知識，在老師的幫助下，把生活中的經驗逐步與控制系統聯系起來，通過動手實踐、改造，親身體會這種控制實施方法，體驗成就感！
【教學資源準備】
以學生動手做與設計方框圖為主，制作電吹風控制系統的視頻，課件容納一些視頻和例子說明及方框圖的展示。
【教學策略】
　 本節書從理論上講內容較難，學生理解起來比較困難，為了能有較好的課堂效果，設計如下：
（1）通過一些具體的生活中例子對比來導入有關控制的設計方法，從而引入課題。
（2）教師根據課本中的案例，引導學生解決問題，提高學習的自主能力。
（3）尋找一些貼近學生生活實際和典型的《電吹風》《電曖氣》（有開環與閉環兩種）等案例，利用媒體教學手段增加課堂氣氛，幫助學生在快樂、輕松的氛圍中掌握知識。抽水馬桶水箱不適合農村的學生，自動升旗控制的設計，難度相對高些，但比較實用，但要結合學生玩電動車的經驗。
（4）老師起到引導的作用，學生為主體，在學生掌握的基礎上，課堂交給學生。讓學生進行設計。設計個改進身邊的一些控制系統，從而使得學生完成本課堂的內容。
2．教案
【新課教學】
1、控制系統設計的一般思路
選擇開環還是閉環：依據控制精度與條件。
被控對象特性的獲取方法：往往難以直接得到，從輸入與輸出之間的關系，
若干個干擾因素的分析：找了影響最大的。
簡單系統的控制：
執行器與檢測器的選擇：
設計圖樣等：
開環控制系統的設計
電風扇，電吹風的設計：
電風扇控制系統的設計：被控對象是電風扇，被控制量是電風扇輸出的風速，控制量是電機的轉速。設計的目的有：一是有定時關閉電風扇。二是有不同的風速。三是又定時，又有不同的風速。
案例分析：電吹風控制系統的設計（要先介紹一下電吹風的工作原理）
與學生一起分析，這個系統要達到的目的是什么？控制的對象是什么？被控對象有哪些特性？被控量的控制量分別是什么？外界的干擾因素是什么？經濟實用？安全教育與設計。
可以選擇熨斗，電加熱棒，電褥子等進行分析，這些設備，學生有一些使用的經驗，拿出來加以分析，還可以增加學生的安全意識。
2、 閉環控制系統的設計
對于簡單的閉環控制系統有如下的要求：
① 必須是穩定的。一是工作時要穩定，二是干擾出現時要穩定，這個穩定是通過調節而出現的穩定。
② 控制精度要符合要求系統的輸出值與給定值要變化，而且在變化的范圍內。
③有較好的抗干擾性能。
④ 幾項要求有時產生矛盾，要平衡有側重點的解決。
案例分析：抽水馬桶水箱的自動控制系統的設計。
設計目的與節水：
設計項目：
設計要求：
設計分析：
被控量，控制量，干擾量。分析設計思路。
繪制方框圖：
知識與技能：
讓學生了解在設計的一般思路，應注意目的，控制量與被控量干擾因素。選擇輸入與輸出的關系檢測，執行器，檢測器的選擇。
讓學生自行畫出與設計方框圖。
綜合實踐：近幾年的冬天，總一些報道說，太陽能熱水器出現凍壞的住戶，請利用控制系統的知識，分析一下原因，并提出修改設計方案。
【課外拓展】
　　為了加深學生對知識的記憶、理解，鼓勵學生全面的、辨證的分析問題。對生活中的一些個系統進行分析，思考，并能收集一些設備的工作原理，只有在掌握了大量的系統的工作原理，占有大量的資料的前提下，對系統進行分析，畫出方框圖，才能對其設計有一定的了解。
(共27張PPT)
第一節 什么是控制
舉例：
開關 燈的亮與不亮
一個輸入信號（手拔開關）對應著一個輸出信號（燈亮）
開關
落地燈
輸入信號
輸出信號
小試驗1：閉上眼睛寫“控制系統”四個字
輸入量：
老師的指令
輸出量：
所寫的字
“閉上眼睛寫字”的控制過程方框圖
手
大腦
輸入
筆
輸出
執行器
控制器
輸入量
被控對象
輸出量
控制是人們為了使事物向期望的方向發展所采取的手段。
控制系統：
用以完成一定控制任務的元、部件的組合?？刂葡到y的輸入輸出之間有一定的對應關系。
不管什么控制系統都是為了實現人的意圖。
二、開環與閉環控制系統
第二節 控制系統的工作過程與方式
一、控制系統
常規燈：
開(開關)——有電流,燈亮
關(開關)——無電流,燈滅
亮度可調燈：
關(開關)——無電流,燈滅
開(開關)——有電流,燈亮
電阻減小——電流增大
燈滅燈亮
亮度變化
輸出量
輸入量
控制系統
聲音
手動
聲控燈：
有聲——有電流,燈亮
無聲——無電流,燈滅
常開(斷開)接點
聲傳感控制器
輸入量
燈泡
輸出量
聲控燈控制系統方框圖
開環控制系統特征
系統的輸出量僅受輸入量控制，輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞
開環控制：
控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響，這種控制系統就是開環控制系統。
執行器
控制器
輸入量
被控對象
輸出量
開環控制系統方框圖
電動機
聲音傳感控制器
輸入量
門
輸出量
可以識別、
記憶
的芯片
門的開、關
聲音：
“芝麻芝麻，
開門吧”
“芝麻開門”聲控開門系統的控制方框圖
“芝麻開門”聲控開門系統的控制方框圖，有興趣的同學課后可以制作模型，把神話變成現實。
生活中還有哪些開環控制系統？應用一般開環控制系統方框圖畫出以下控制系統的控制方框圖。
公共汽車車門控制系統。
紅綠燈定時控制系統。
防盜報警系統。
火災報警系統。
音樂噴泉控制系統。
鬧鐘定時控制系統。
自動烘手機
自動烘手機控制系統的控制方框圖
常開(斷開)接點
紅外線傳感控制器
輸入量
鼓風機和加熱電爐絲燈泡
輸出量
遙控玩具汽車模型的控制方框圖
各種開關
紅外線遙控器
輸入量
玩具汽車模型
輸出量
解決“閉環控制系統”
相關問題：
實例： 鷹發現獵物后，馬上用眼睛估計它與獵物相距的距離和獵物的方位，并向獵物飛行。在飛行的過程中，鷹的眼睛不斷測出自己與獵物的差距，大腦不斷作出判斷，通過調整翅和尾的飛行狀態，以縮小差距，使自己的位置越來越接近獵物，直到捕獲到它為止，這一過程就是鷹的飛行控制過程，是閉環控制過程。
目測位置
-
大腦判斷
飛行
捕獵物
獵物位置
實際位置
+
過程分析：
閉環控制系統的特征
在系統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節，它們形成了一條閉合回路，反饋環節使得輸出量的改變對控制的過程產生直接影響。
平射炮
巡航導彈
風力發電機
控制器
執行器
被控對象
給定值
被控量
干擾信號
+
反饋環節
-
與開環控制系統對比：
　1、 有無反饋
　2、信息流傳遞方式
古希臘水鐘
抽水馬桶原理(共17張PPT)
二、開環控制系統
第二節 控制系統的工作過程與方式
一、控制系統
控制是人們為了使事物向期望的方向發展所采取的手段。
控制系統：
用以完成一定控制任務的元、部件的組合。控制系統的輸入輸出之間有一定的對應關系。
不管什么控制系統都是為了實現人的意圖。
同學們面對自然現象，不要怨天尤人，要增強人對自然現象的控制意識。
問題提出
分別畫出電燈、亮度可調燈、聲控燈的電路圖。
常規燈：
開(開關)——有電流,燈亮
關(開關)——無電流,燈滅
聲控燈：
有聲——有電流,燈亮
無聲——無電流,燈滅
亮度可調燈：
關(開關)——無電流,燈滅
開(開關)——有電流,燈亮
電阻減小——電流增大
燈滅燈亮
亮度變化
輸出量
輸入量
控制系統
聲音
手動
常開(斷開)接點
聲傳感控制器
輸入量
燈泡
輸出量
執行器
控制器
輸入量
被控對象
輸出量
聲控燈控制系統方框圖
開環控制系統方框圖
開環控制：
控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響，這種控制系統就是開環控制系統。
執行器
控制器
輸入量
被控對象
輸出量
開環控制系統方框圖
電動機
聲音傳感控制器
輸入量
門
輸出量
可以識別、
記憶
的芯片
門的開、關
聲音：
“芝麻芝麻，
開門吧”
“芝麻開門”聲控開門系統的控制方框圖
請寫出“芝麻開門”聲控開門系統的控制方框圖，有興趣的同學課后可以制作模型，把神話變成現實。
小試驗1：閉上眼睛寫“控制系統”四個字
輸入量：
老師的指令
輸出量：
所寫的字
“閉上眼睛寫字”的控制過程方框圖
手
大腦
輸入
筆
輸出
執行器
控制器
輸入量
被控對象
輸出量
生活中還有哪些開環控制系統？要求學生應用一般開環控制系統方框圖畫出以下控制系統的控制方框圖。
公共汽車車門控制系統。
紅綠燈定時控制系統。
防盜報警系統。
火災報警系統。
音樂噴泉控制系統。
鬧鐘定時控制系統。
自動烘手機
自動烘手機控制系統的控制方框圖
常開(斷開)接點
紅外線傳感控制器
輸入量
鼓風機和加熱電爐絲燈泡
輸出量
遙控玩具汽車模型的控制方框圖
各種開關
紅外線遙控器
輸入量
玩具汽車模型
輸出量控制系統的工作過程與方式（第1課時）教學設計方案
一、教學目標分析
（一） 通過學生周邊實例的分析，理解控制系統的含義。
（二） 掌握開環控制系統的基本組成和工作過程，學會開環控制系統方框圖的畫法。
（三） 對學生進行技術思想和方法的指導，使學生獲得大智慧。
二、教學內容分析
本課教學內容為蘇教版《技術與設計2》第四單元“控制與設計”的第二節“控制系統的工作過程與方式”的第1課時。從總體上看,“控制與設計”這個單元按照控制的手段——控制系統——控制系統的設計這樣的思路來組織教材內容。上節課讓學生對控制手段和控制應用有所了解,下節課要讓學生進一步學習閉環控制系統的基本組成和簡單的工作過程,因此，本課教學非常關鍵，是承上啟下的核心內容。
課程標準規定，通用技術課程的主要教育目標是培養和提高學生的技術素養，而技術素養中技術思想和方法又占有極其重要的地位。本課教學除了繼續加深對技術與設計的知識深度和技能程度外，更是培養技術思想和方法的很好的平臺和載體。
我們知道，生活中有許多簡單控制系統的實例，因此，本課教學要從學生生活經驗出發，從實例分析入手，歸納出對控制系統的一般認識，了解兩類控制系統，即開環控制系統和閉環控制系統，特別是要對開環控制系統的工作過程、方框圖、重要參數進行分析。本課要突出的重點是：對控制系統和開環控制系統的理解以及用方框圖描述開環控制系統的工作過程。本課要突破的難點是開環控制系統的工作過程分析。
三、學習對象分析
學生已具有電學基礎知識和系統、控制等基本概念，具有觀察和使用簡單控制系統的生活體驗，這些知識和經驗為教學中為學生尋找教材以外的案例提供了條件，同時也為電燈、亮度可調燈、聲控燈等開環控制系統試驗操作的順利進行提供了可能。
四、教學策略分析
（一） 讓學生的自發地、主動地學習。本課教學中以“芝麻芝麻”聲控制開門控制系統等問題解決為主線，激發學生的認知，引導學生自發地、主動地解決問題。
（二）創設情境。引導學生分析生活中的開環控制系統工作過程和方框，加強學生工作過程和方框圖的理解和應用能力。
（三）通過 “閉上眼睛寫字”等試驗讓學生體會開環控制系統輸入與輸出的關系和工作過程。
五、教學資源準備
多媒體教學設備、PPT課件、電燈、亮度可調燈、聲控燈電路材料等
六、教學過程
教師：本節課我們學習控制系統和開環控制系統
【板書】：控制系統 開環控制系統
（一）教師引導學生活動
1、“搜集我們周圍使用控制技術的實例”活動情況交流
引入：回顧一下，上節課我們學習了控制，什么是控制？控制是人們為了使事物向期望的方向發展所采取的什么？手段。
改革開放以后，技術飛速發展，人民生活水平有了很大的提高。我們的社會，我們的家庭的許多產品運用了控制技術。
上節課我布置同學們搜集周圍使用控制技術的實例，同學們能不能把你搜集到的控制技術說一下？
請幾個學習活動小組組長匯報“搜集我們周圍使用控制技術的實例”活動情況?？梢允褂秒娮痈?。
第10組搜集的是《阿里吧吧和四十大盜》故事中的“芝麻開門”。故事里面主人公阿里吧吧對著門說一聲“芝麻芝麻，開門吧！”， 門就開了，這是個用聲音控制開門的例子。
教師：這是一個富有想象力的故事，這個故事出自哪部名著？技術發展到今天我們能把它變成現實嗎？
由上述實例引導學生歸納控制系統概念
2、控制系統
用以完成一定控制任務的元、部件的組合?？刂葡到y的輸入輸出之間有一定的對應關系——控制系統
老師：不管什么控制系統都是為了實現人的意圖。同學們面對自然現象，不要怨天尤人，要增強人對自然現象的控制意識。
問題提出：這些控制系統是怎樣實現組成的？他們的工作過程是怎樣的？輸入輸出之間有怎樣的對應關系？
這個也就是本節課的教學目的，下面我們來進行探究。
3、探究
（1）耿雨虹同學為組長的學習活動小組把電子稿拷貝到電腦里面并且通過教室里的多媒體教學系統放映在大屏幕上。
【大屏幕】
“搜集我們周圍使用控制技術的實例”學習活動卡
由耿雨虹同學講解：控制目的、控制對象、控制系統的組成
（2）要求學生分別畫出電燈、亮度可調燈、聲控燈的電路圖，馬上行動，找3個同學到黑板上畫。
（3）連接線路并進行試驗
找3個組（1、3、5組）同學按照電路圖分別連接電燈、亮度可調燈、聲控燈的電路。連接線路后進行試驗。教師提示學生在接通電源前務必要進行檢查。
可能有的同學感到奇怪，徐老師怎么教起物理來了，我今天要教大家的不是串聯電路，而是控制系統。
（二）教師引導學生對常規燈與聲控燈進行對比研究
1、不同點和共同點
教師：下面我們來探究一下它們的不同點，科學家的一個特點就是善于發現事物的不同點。
電燈中電流與開關操作之間的關系,可以表示為:
常規燈：
關(開關)——無電流,燈滅。
開(開關)——有電流,燈亮。
照明用的常規燈,具有幾種狀態？兩種，點亮與熄滅。對應開關有幾種狀態？兩種，開和關。
開——有電流,燈亮，關——無電流,燈滅。
對于亮度可調燈來說, 可以表示為:
亮度可調燈：
關(開關)——無電流,燈滅
開(開關)——有電流,燈亮
電阻減小——電流增大，亮度增加
對于聲控燈來說,開關通過聲傳感器來操縱。
聲控燈：
無聲——無電流,燈滅。
有聲——有電流,燈亮。
老師：不同點在哪里？
引導學生：不同點輸入量、輸出量不同，它們的組成不同。
老師：同學們，我們來比較一下，它們的共同點在哪里？
誰來歸納它們的共同點？科學家的另一個特點就是善于歸納共同點，我們知道，牛頓名言：“我之所以比別人看得更遠，是因為我站在巨人的肩膀上。”牛頓三定律就是牛頓在前人實驗的基礎上歸納出來的。
引導學生：（共同點）輸出與輸入之間存在一種單向的邏輯關系。
有輸入才有輸出，有付出才有收獲，輸入是因，輸出是果，輸入和輸出是因果關系。
共同點在哪里？
引導學生：共同點表現在技術上可以看成控制系統，可以使用相同的方框圖來描述。
老師：能使用相同的方框圖來表示嗎？
引導學生：用下面的方框圖表示。
2、進一步探究——由聲控燈控制系統到一般控制系統方框圖
老師：控制系統是怎樣工作的？我們來探究一下聲控燈控制系統的組成。
畫出控制過程方框圖
由具體到抽象：在這個控制系統中控制器、執行器、被控對象分別是什么？
引導學生：控制器、執行器、被控對象分別是聲傳感控制器、常開(斷開)接點、燈泡。
【板書】：
教師對學生進行技術思想和方法的指導，使學生獲得大智慧：由聲控燈控制系統到一般控制系統方框圖由具體到抽象的一個重要的思想和方法。開環控制系統方框圖是對開環控制系統工作過程的總結和概括，如果說我們學習聲控燈控制系統方框圖只學到一個案例，那么，我們理解了開環控制系統方框圖就等于學習了無數個同類型案例。如何讓學習變成一件很快樂的事情？同類型題不需要做成百上千道，有數道練習就可以了，重要的是掌握做這一類型題的方法。
3、教師結合聲控燈控制系統引導學生歸納開環控制系統概念：
提問：聲控燈控制系統輸出量對系統的控制產生影響嗎？沒有。
控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響。這種控制系統就叫做開環控制系統。
（三）知識遷移——由抽象到具體
請寫出“芝麻開門”聲控開門系統的控制方框圖，有興趣的同學課后可以制作模型，把神話變成現實。
誰不懂寫，請舉手。
當你 明確“芝麻開門”聲控開門系統是開環控制系統之后方框圖
你可以把開環控制系統方框圖拿出來，想一想，控制器、執行器、被控對象分別是什么？
引導學生寫出：
（四）小試驗：閉上眼睛寫“控制系統”四個字。
徐老師是在教小學生嗎？不是。要求學生體驗輸出、輸入、控制器、執行器、被控對象分別是什么。
輸入量：老師的指令 輸出量：所寫的字
引導請你寫出“閉上眼睛寫字”的控制過程方框圖。
對比開環控制系統的方框圖
分析：大腦——控制器，手——執行器，筆——被控對象
我們說閉上眼睛寫字就是開環控制。
請同學們課后去試驗：睜開眼睛寫“控制系統”四個字。
思考：閉上眼睛寫字與睜開眼睛寫字的區別在哪里？為什么？
以色列的“定點清除”，能夠把炮彈打到幾千公里以外的行駛的汽車，這是為什么？是不是炮彈長了“眼睛”？對了，正是炮彈長了“眼睛”，這不是普通炮彈，而是導彈。導彈打得準是因為它具備了自動修正的能力。
睜開眼睛寫字是否具備自動修正的能力？
從而提出新問題：在控制系統中如何才能具備自動修正的能力？這就是我們下節課程要學習的閉環控制系統
（五）練習
1、生活中還有哪些開環控制系統？
2、要求學生應用一般開環控制系統方框圖在以下控制系統中任選2個畫出其控制方框圖。
公共汽車車門控制系統。
紅綠燈定時控制系統。
防盜報警系統。
火災報警系統。
音樂噴泉控制系統。
鬧鐘定時控制系統。
自動烘手機控制系統
游泳池注水控制系統
七、【板書設計】：
控制系統 開環控制系統
學生畫的電燈、亮度可調燈、聲控燈的電路圖。
開環控制系統方框圖
八、教學反思
開環控制系統在生產、生活中具有重要意義，本節課通過對開環控制系統中控制過程的分析，幫助學生理解控制系統和開環控制系統，并學會應用簡單的開環控制方法來解決問題，使學生的邏輯思維品質得到了發展。
本節課不是從概念入手，講什么是控制系統，什么是開環控制系統，工作過程如何、框圖如何畫等，而是從實例入手，通過做試驗，與學生共同分析、歸納，從而得出開環控制系統工作過程。本節課對學生進行技術思想和方法的指導，從而使學生獲得大智慧。
課堂上從學生尋找生活中開環控制事例到學生動手試驗再到開環控制系統特征和框圖的歸納環環相扣，設計流暢，學生始終參與全程教學活動，能引導學生思維步步深入，從提出問題、分析問題到解決問題，符合高中學生認知規律。
本節課為下節課“閉環控制系統”的教學埋下了伏筆，為后續課程的學習打下了良好基礎。

【參考或補充資料】
1、聲控燈系統：
用墻上的開關去開燈或關燈，已是習以為常的事。但是,在一個黑暗的走廊里,用手摸索著尋找電燈開關很費事,對外來的生人更是難事，另外,人走了不關燈,是常有的事,形成常明燈,浪費電力。聲控燈具有特殊功能與應用。比如,在公共樓道里,安裝聲控燈,既方便,又節電。所謂方便,是指來到樓道里的人,只需發出一定量的聲響(如咳嗽一聲,拍一下掌,跺一下腳),電燈就會自動點亮,而無需去找墻上的手操開關。所謂節電，是指過了一小段


時間,電燈又會自動熄滅，沒有人的時候,電燈處于熄滅狀態, 這樣不會出現長明燈。
2、學生在“搜集我們周圍使用控制技術的實例”活動搜集到的控制技術
實例1：自行車速度的控制過程
實例2：電風扇風速的控制過程
實例3：自動門的控制過程
實例4：遙控電視頻道更換的控制過程
實例5：遙控玩具汽車模型的控制過程
實例6：水泵抽水控制過程
實例7：紅外感應水龍頭出水水控制過程，
實例8：《阿里吧吧和四十大盜》故事中的“芝麻開門”。故事里面主人公阿里吧吧對著門說一聲“芝麻芝麻，開門吧！”， 門就開了，這是個用聲音控制開門的例子。
實例9：電燈、亮度可調燈、樓道里的自動聲控燈的控制過程
3、《一千零一夜》里的一個故事：阿里巴巴和四十大盜的故事
相傳在很久很久以前，在中國和印度之間有個島國，國王叫山魯亞爾。有一天，國王偶然發現王后和奴仆們嬉戲取樂，他悖然大怒，懷疑王后對他不忠誠，就把王后殺了，并發誓要對所有的女子進行報復。他決定每天娶一位女子，第二天就殺掉再娶。
國王的命令在京實施了3年之久，整個京城充滿恐怖氣氛，青年女子不是成了國王的刀下鬼，就是外出逃命，城里的人都快逃空了。國王不管這些，繼續命令宰相為他尋找女子進宮。宰相找遍京城，也找不到女子了，他憂心忡忡地回到家中，準備等候國王的處決。他的女兒山魯佐德為了拯救所有的女子，便自告奮勇地進宮嫁給國王。
進宮后她請求國王讓她見妹妹一面，國王同意了。山魯佐德說：“妹妹我給你講個故事，因為明天國王就要把我殺掉了?！眹趼牭缴紧斪舻乱娒妹镁故菫榱酥v故事，引起了他的興趣和好奇。他也跟山魯亞德的妹妹一起聽故事。山魯佐德給他妹妹講了：阿里巴巴和四十大盜的故事
古代波斯有兩個兄弟，哥哥叫高西睦，弟弟叫阿里巴巴，但兄弟兩人的命運卻很不一樣。哥哥和一個福商的女兒結了婚，做起生意，成了全城有名的富人。弟弟阿里巴巴娶窮人
家女兒做妻子，整天以砍柴賣柴為生。一天，阿里巴巴在山上砍柴時，無意中聽到一群強盜在對一山洞念咒語：“開門吧，芝麻芝麻?！敝宦犧Z的一聲，山洞的大石門開了，強盜們把帶來的東西放進山洞后出來，又念咒語：“關門吧，芝麻芝麻！”又聽一聲響，洞門又自動關了。
等強盜們走遠了，阿里巴巴懷著好奇心也念了咒語，山洞大門自動開了。原來這是強盜們窩藏搶來寶物的秘密倉庫，里面有各種各樣的的金銀財寶、錦緞地毯等。阿里巴巴背了幾袋金幣回家。阿里巴巴貪心的哥哥探知秘密后，也到山洞去運財寶，但卻忘了出洞的咒語，結果被強盜們發現殺死了。高西睦的女仆馬爾基娜設計把高西睦尸體抬回家，全城的人卻不知道高西睦的死因。
強盜不見了高西睦的尸體，知道還有第二個懂咒語的人。他們千方百計找到了阿里巴巴的家，并在他家墻上劃上白記號、紅記號。馬爾基娜發現后，料到強盜作標志的陰謀，她分別兩次把全城的房子都標上同樣的標志，強盜又找不到懂咒語的人了。
最后，強盜頭子決定親自出馬來殺阿里巴巴。他趕了19匹騾子，有一只騾子馱著油，其余每個騾子上馱了兩個大甕，每個甕中又藏了兩個強盜。這一行數人假扮油商到阿里巴巴
家借宿，企圖一有機會就殺死阿里巴巴。夜里，油燈的油不夠了，馬爾基娜想到油商的甕中取點油。強盜們聽到腳步聲，以為是強盜，便輕聲問動手的時間到了沒有。馬爾基娜馬上就隨機應變地說，還不到時候呢。
馬爾基娜無意中識破了敵人的陰謀。她趕緊把強盜帶來的一甕油燒沸，然后把滾燙的油澆進其它油甕中，把他們都燙死了。強盜頭子發現同伴都死了，連忙狼狽逃竄。
強盜頭子不甘心自己的失敗。他通過和高西睦的兒子玩耍，接近阿里巴巴，并一起喝酒。馬爾基娜認出了強盜頭子，并發現他的衣服下藏有一把短劍。她馬上換上舞衣，主動請求為客人跳舞助興。正當大家為馬爾基娜優美的舞姿出神的時候，馬爾基娜趁強盜頭目不注意時，把匕首刺進他的胸中，結束了他的性命。
阿里巴巴很感激馬爾基娜的救命之恩，他釋放了這位女奴，讓她成為自由民，并讓侄兒與她結為恩愛夫妻。
從此以后，山魯佐德憑她的聰明才智，給國王講了一個又一個動聽的故事，這些故事深深地吸引了國王，使國王每天都不舍得殺她，國王終于被她的故事感動了，不再殺害女子了，并和山魯佐德白頭到老。國王還命令史官記下山魯佐德所講的故事，命名為《一千零一夜》。
4、控制系統中的幾個基本概念
作用于控制系統的物理量，可使系統具有預定功能——輸入量
需要進行控制的物理量——輸出量
對于常規電燈來說, 手操開關是輸入,電流是輸出,對于聲控燈來說,聲響是輸入,電流是輸出,有(無)前者,便有(無)后者。
對被控對象起控制作用的設備總體，即控制裝置——控制器
執行控制器的指令——執行器
需要控制的機器、設備或生產過程——被控對象
5、生活中還有哪些開環控制系統？要求學生應用一般開環控制系統方框圖畫出以下控制系統的控制方框圖。
公共汽車車門控制系統。
紅綠燈定時控制系統。
防盜報警系統。
火災報警系統。
音樂噴泉控制系統。
鬧鐘定時控制系統。
自動烘手機控制系統
游泳池注水控制系統
自動烘手機工作過程：是靠著紅外線感知手的靠近過程，沒有人用的時候，鼓風機和加熱電爐絲都自動切斷了電源。當手的溫度在紅外傳感器監視范圍之內的時候，烘手機就啟動。

6、課后試驗：睜開眼睛寫“控制系統”四個字。
思考：閉上眼睛寫字與睜開眼睛寫字的區別在哪里？為什么？
在于是否有眼睛的參與。
睜開眼睛寫字具備自動修正的能力。
為什么睜開眼睛寫字具備自動修正的能力？
“睜開眼睛寫字”： “輸出信號”通過“眼睛”返回“輸入端”。
請你畫出“睜開眼睛寫字”的控制過程方框圖。

“睜開眼睛寫字”的控制過程方框圖
以色列的“定點清除”，能夠把炮彈打到幾千公里以外的行駛的汽車，這是為什么？是不是炮彈長了“眼睛”？對了，正是炮彈長了“眼睛”，從而具備了自動修正的能力。(共11張PPT)
第四節 控制系統的設計與實施
一，控制系統設計的一般思路
系統要達到的目標？
控制的對象？
被控對象的特性？
被控量和控制量？
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？
1，開環控制系統的設計
例：普通電風扇控制系統的設計
被控對象——電風扇；
被控量——電風扇輸出的風速；
控制量——電機的轉速；
例：電吹風控制系統的設計
被控對象——電吹風；
被控量——風的速度和溫度；
控制量——電機的電壓；
干擾因素——房間溫度、電源電壓的波動；
2，閉環控制系統的設計
閉環控制系統的基本要求：
1，閉環控制系統必須是穩定的；
2，系統的輸出量與給定值之差應控制在允許的范圍之內；
3，要有較好的抗干擾性能；
例：抽水馬桶水箱的自動控制系統的設計
二，控制系統的設計實施案例
升旗簡易控制裝置的設計
請你來設計：
晾衣控制裝置
請你來設計：
畫出“自行車——發電——電視機”這一過程的方框圖
分析其中的技術和原理
支點浮球
進水閥
浮球八旋鈕進水閥
人旋鈕
出水閥
J出水閥
進水口
進水口
出水口
出水口
厘四
回畫(共45張PPT)
二、開環與閉環控制系統
第二節 控制系統的工作過程與方式
一、控制系統
常規燈：
開(開關)——有電流,燈亮
關(開關)——無電流,燈滅
亮度可調燈：
關(開關)——無電流,燈滅
開(開關)——有電流,燈亮
電阻減小——電流增大
燈滅燈亮
亮度變化
輸出量
輸入量
控制系統
聲音
手動
聲控燈：
有聲——有電流,燈亮
無聲——無電流,燈滅
常開(斷開)接點
聲傳感控制器
輸入量
燈泡
輸出量
聲控燈控制系統方框圖
開環控制系統特征
系統的輸出量僅受輸入量控制，輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞
開環控制：
控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響，這種控制系統就是開環控制系統。
執行器
控制器
輸入量
被控對象
輸出量
開環控制系統方框圖
電動機
聲音傳感控制器
輸入量
門
輸出量
可以識別、
記憶
的芯片
門的開、關
聲音：
“芝麻芝麻，
開門吧”
“芝麻開門”聲控開門系統的控制方框圖
“芝麻開門”聲控開門系統的控制方框圖，有興趣的同學課后可以制作模型，把神話變成現實。
生活中還有哪些開環控制系統？應用一般開環控制系統方框圖畫出以下控制系統的控制方框圖。
公共汽車車門控制系統。
紅綠燈定時控制系統。
防盜報警系統。
火災報警系統。
音樂噴泉控制系統。
鬧鐘定時控制系統。
自動烘手機
自動烘干機控制系統的控制方框圖
常開(斷開)接點
紅外線傳感控制器
輸入量
鼓風機和加熱電爐絲燈泡
輸出量
遙控玩具汽車模型的控制方框圖
各種開關
紅外線遙控器
輸入量
玩具汽車模型
輸出量
解決“閉環控制系統”
相關問題：
實例： 鷹發現獵物后，馬上用眼睛估計它與獵物相距的距離和獵物的方位，并向獵物飛行。在飛行的過程中，鷹的眼睛不斷測出自己與獵物的差距，大腦不斷作出判斷，通過調整翅和尾的飛行狀態，以縮小差距，使自己的位置越來越接近獵物，直到捕獲到它為止，這一過程就是鷹的飛行控制過程，是閉環控制過程。
目測位置
-
大腦判斷
飛行
捕獵物
獵物位置
實際位置
+
過程分析：
閉環控制系統的特征
在系統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節，它們形成了一條閉合回路，反饋環節使得輸出量的改變對控制的過程產生直接影響。
平射炮
巡航導彈
風力發電機
控制器
執行器
被控對象
給定值
被控量
干擾信號
+
反饋環節
-
與開環控制系統對比：
　1、 有無反饋
　2、信息流傳遞方式
古希臘水鐘
抽水馬桶原理
第三節 閉環控制系統的干擾與反饋
一、教學目標：
　　1、了解控制中存在干擾，學生能
理解干擾的概念，掌握克服干擾的基本
方法。
　　2、熟悉閉環控制系統中反饋環節
的作用。 　　3 、了解功能模擬方法和黑箱方法。
　　4、通過內化干擾的知識，形成正
確的對系統中干擾的認識，并建立穩定
的控制系統認識態度。
二、教學重點與難點
教學重點： 　1、了解實際控制系統中會存在干擾影響控制； 　2、讓學生能夠分析簡單控制系統中的干擾，
理解克服干擾的基本原則，分析克服干擾的具體
方法，并結合開環和閉環控制進行
對比；
教學難點： 　　1、分析克服干擾的具體方法； 　　2、綜合理解開環與閉環的優劣只是相對
的，理解干擾不是全有害的。
1、控制系統的組成部分是什么？
開環控制系統的框圖
執行器
控制器
輸入量
被控對象
輸出量
控制量
將框圖補充為閉環控制系統圖
控制器
執行器
被控對象
給定值
被控量
+
檢測裝置
-
控制量
比較器
解決“閉環控制系統”
相關問題：
實例： 鷹發現獵物后，馬上用眼睛估計它與獵物相距的距離和獵物的方位，并向獵物飛行。在飛行的過程中，鷹的眼睛不斷測出自己與獵物的差距，大腦不斷作出判斷，通過調整翅和尾的飛行狀態，以縮小差距，使自己的位置越來越接近獵物，直到捕獲到它為止，這一過程就是鷹的飛行控制過程，是閉環控制過程。
目測位置
-
大腦判斷
飛行
捕獵物
獵物位置
實際位置
+
過程分析：
干擾
雨天騎車受到的干擾
射擊受到的干擾
亞運射擊：神槍手魏寧參賽
1：干擾的概念
【涵義】：干擾就是對控制系統的行為造成影響的有害的信號及擾動，即除給定量外，引起被控量量值變化的各種因素。
要點：系統行為、被控量量值變化；引起變化的各種因素。
2：干擾的因素
【涵義】在控制系統中，除輸入量以外，引起被控制
量變化的各種因素
一：干擾因素
3、干擾對控制功能的影響
（1）、現實生活中的干擾的例子 A、外界光線對投影效果的干擾 （對周圍的控制系統的分析，就近對課室投影的干擾分析，學生更有體驗） B、輪船行使中的干擾 （錄像演示波浪對輪船的干擾） C、汽車駕駛的干擾（錄像演示干擾的一個方面）
馬上行動：P108
P109思考
控制系統 干擾因素
自動扶梯的升降控制系統
利用滑輪組提升重物的控制裝置
蔬菜大棚的溫度控制
承重量，電壓的波動
環境溫度的變化，材料的保溫性能
電機的電壓波動，滾動的摩擦力
二：反饋的概念
控制系統中，講輸出量通過適當的檢測裝置返
回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是
反饋（feedback）。
1.什么是反饋？
目測位置
-
大腦判斷
手
藍球
藍球的位置
實際位置
+
2.反饋方法
利用反饋來分析和處理被控對象，通過系
統的輸出來調整系統的行為，使系統沿著
預期的目標運行的方法。
事例 輸入 檢測裝置 輸出
“穿針引線”
投擲飛鏢
P111馬上行動
線的位置
人的眼睛
線與針孔對準
靶的位置
(期望值)
眼睛
飛鏢實際投擲的位置
三、 閉環控制系統的工作過程
閉環控制系統就是系統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生影響的控制系統。
核心：通過反饋來減少被控量(輸出量)的偏差。
P112案例分析
抽水馬桶原理
四：閉環控制系統與開環控制系統的比較
開環控制 閉環控制
能否自動調節和補償 否 能
控制精度 差 好
結構 簡單 復雜
適用場合 穩定場合 相對不穩定
五：功能模擬方法
以功能和行為的相似性為基礎，用“模型”模擬
“原型”的功能和行為的方法。
用功能模擬實現飛機的飛行
人機大戰
2003年2月7日，國際象棋特級大師卡斯帕羅夫與電腦軟件棋手“小深”驚心動魄的“人機大戰”在紐約降下帷幕。在總共六局比賽中，雙方各一勝一負，另有四局打成平手，同積３分，不分伯仲。 1997年，卡斯帕羅夫曾敗給IBM公司超級計算機“深藍”，引起全球轟動，在那場交鋒中，卡斯帕羅夫下得非常保守。但網上實況評棋人士認為，此次與“小深”對陣，卡斯帕羅夫“使出了標志性的攻擊棋路”。 39歲的卡斯帕羅夫在賽后表示，能夠與“小深”最終戰平他感到“相當滿意”。這位俄羅斯人透露，最后一場決勝局比賽，曾令他回想起1997年大戰“深藍”時的危險場面。當時，卡斯帕羅夫正是在關鍵的最后一場比賽中敗北，最終在總比分上輸給了“深藍”。
卡斯帕羅夫說，這次他的惟一目標就是保證“不要輸”。他聲稱，雖然“小深”比“深藍”更強大，但自己在比賽中從來沒有真正落于下風?！拔抑惠斄艘粓?，而且那還是因為一個非常非?？膳碌腻e誤，”卡斯帕羅夫說，“但這并不意味著機器打敗了我”。 輸給“深藍”后，卡斯帕羅夫一直不服，找出種種理由為自己辯護。分析人士指出，這次卡斯帕羅夫雖未能報一箭之仇，但平局多少也算為他挽回了一點面子。卡斯帕羅夫與“小深”的比賽是首項得到國際象棋聯合會授權的“人機大戰”。此次沒有分出最后勝負，也使人與電腦棋手究竟誰更厲害的爭論暫時不能得出最后結論。
六：黑箱方法
六：黑箱方法
通過觀測外部輸入的信息和輸出信息，
以研究和認識其功能、特性、結構、
機理的科學方法
例如：中醫看病，望、聞、問、切...
小結：功能模擬方法和黑箱方法，都是
控制論中所用的主要方法，其中功能
模擬方法主要適用于仿生學、人工智能
等研究。而黑箱法是探索復雜、寵大
系統的重要工具(共26張PPT)
控制的手段與應用
第一節
一、控制的手段
東邊日出西邊雨，道是無晴卻有晴
P96馬上行動
《摩登時代》片斷
事物發展的結果可能是人們預先期望的，也可能是與預期的目標不相符，甚至是不希望得到的。如果人們想達到某一特定的目的，就必須運用適當的手段來實現。
大禹治水
思考：大禹治水過程中，通過什么手段實現了什么樣的目的？
通過“疏通河道，泄洪為主” 手段實現治理
好水患的目的。
木牛流馬
“（建興）九年，亮復出祁山，以木牛運,糧盡退軍，與魏將
張郃交戰，射殺郃。十二年春，亮悉大眾由斜谷出，以流馬運。
…” 據研究：木牛和流馬是漢代獨輪手推車的兩種改進設計，通過
改進使人的負重有所減輕。木牛是一種輪子稍小一些的獨輪手
推車，載重大，前由人拉、后由人推，運行較慢；流馬載重小，
輪子稍大一些，由一人推，運行速度很快。諸葛亮所說“木牛
流馬”應是比喻它們運行的靈便程度和載重量的大?。耗九Ｐ?br/>動較笨而慢，像牛；流馬行動敏捷而快，像馬。不是說它們外
形像牛像馬。
目的：
幫助軍隊運送戰略物資。
事物發展的結果可能是人們預先期望的，也可能是與預期的目標不相符，甚至是不希望得到的。如果人們想達到某一特定的目的，就必須運用適當的手段來實現。
運用什么手段來實現呢？
控制是根據自己的目的，通過一定的手段使事物沿著某一確定方向發展的行為和過程。
控制的涵義
1、控制的對象是什么
理解控制現象，需要明確：
2、控制要達到什么目的
3、采取什么控制手段
控制事例 控制的對象 控制的目的 控制的手段
大禹治水
電風扇扇葉轉速快慢的控制
人力三輪車轉彎中的方向控制
洪水
安息洪波、大治水患
疏通河道，泄洪為主
電風扇
調節速度
換擋
人力三輪車
改變三輪車行駛的方向
雙手轉動車把
馬上行動
控制事例 控制的對象 控制的目的 控制的手段
音響的音量控制 音響 音量的調節 旋鈕
燃氣熱水器溫度的控制 熱水器 調節出水口溫度的高低 改變燃氣火頭的大小
用噴霧器噴灑農藥 噴霧器 給莊稼治病 操作噴霧器的手柄
請同學們說說你在生活學習中所見到的應用控制的事例。
學校：學校的音樂鈴聲、多媒體教學系統、足球場草地自動噴淋系統、體育館的自動伸縮坐椅等。
家庭：冰箱、電飯煲、微波爐等。
社會：交通信號燈、電子警察、電梯、程控電話交換機等、大型音樂噴泉。
控制的分類
控制的實現需要通過一定的手段。從控制過程中人工干預的情形來分，控制有人工控制和自動控制。
人工控制：控制過程是在人的直接干預和全程干預下進行的。
關/開 門
駕駛汽車
自動控制：指在無人直接參與的情況下，使事物的變化準確地按照期望的方向進行。
太陽能路燈
自動門
　　　請說說你所了解的人工控制和自動控制的事例。
P98馬上行動
人工控制：人工紡紗、普通自來水龍頭，
旋轉按鈕打開電燈、駕駛汽車等；
自動控制：數控機床、飲料自動裝罐生
產線、花房恒溫控制、十字路口紅綠燈的
轉換等
二、控制的應用
控制的應用自古就有，并在近代得到迅速發展，在社會生產生活的各個領域都有極其廣泛的應用。
現代網絡家電
生活
汽車自動裝配生產線
工業生產
汽車油漆
農業生產
水 車
溫室
農田灌溉
電源
控制室
水泵
農田灌溉
折射式微噴
射流式微噴
錘式微灌
思考
自動控制技術在各行各業的應用，一方面減輕了人的勞動強度，解放了勞動生產力，另一方面也可能造成失業人數增加。對此，你有什么看法？
1、控制的涵義
（明確對象、目的、手段）
2、手動控制和自動控制
3、控制的應用。
小結：

展開更多......

收起↑