資源簡介

第三節 閉環控制系統的干擾與反饋
瓊海嘉中海桂學校技術組 韓素娥
一、教學內容分析
本節可以說是本章的難點，也是重點，這節也是對第二節內容的一個檢驗。本節內容在《控制和設計》中起到舉足輕重的作用，不僅可使學生對閉環控制系統中的反饋（feedback）有很深的認識，而且也為閉環控制系統的設計與實施打好基礎。
二、教學對象分析
學生如果能很好的學習前面章節，將對本節的學習有所幫助。
三、教學目標
知識與技能：
1、能結合案例找出影響簡單控制系統運行的主要干擾因素，并作出分析。
2、熟悉閉環控制系統中反饋環節的作用。
3、熟悉閉環控制系統的工作過程。
4、了解功能模擬方法和黑箱方法在控制系統中的應用。
情感態度價值觀
通過學習，聯系生活，培養學生的觀察能力，體驗學習樂趣。滲透安全教育、德育教育、環保等教育。
四、教學重點和難點
重點：
1、干擾因素的定義
2、熟悉閉環控制系統中反饋環節的作用
難點：
1、了解干擾對控制系統的影響，并能分析克服干擾因素的合理方案；
2、分析閉環控制系統有較強抗干擾能力的機理，能夠分析一個簡單閉環控制系統的克服干擾因素的過程。
3、能分析閉環控制系統的工作過程，理解其中的控制器、執行器等環節的作用，畫出一個簡單的閉環控制系統的方框圖。
五、教學策略
借助于學案，通過討論、分析等方法使學生懂得反饋在閉環控制系統中的作用。
六、教學準備
多媒體課件等。
七、教學過程
1、揭示課堂教學目標（約1分鐘）
【操作】課前寫好課件, 課上通過投影讓學生看。
【學生的主體地位】學生看投影, 明確了學習目標。
【教師的主導作用】準確揭示目標, 引導學生追求目標。
2、指導學生自學（約2分鐘）
【操作】課前寫好課件, 課上通過投影讓學生看。
【導學設計】閱讀課文P108～P116，完成以下所示的問題，15分鐘后進行抽查：
①何謂“干擾因素”？何謂“反饋”？
②請用框圖表示閉環控制系統的工作過程？
③請以表格的形式列出“開環控制系統”與“閉環控制系統”的異同？
④“功能模擬方法”與“黑想方法”分別是什么？
⑤請與小組內其他同學探討：P108“馬上行動”、P109“思考”、P111“馬上行動”、P112“思考”、P113“思考”、P115“探究”以及P116“馬上行動”。
【學生的主體地位】學生看投影, 明確了自學任務。
【教師的主導作用】引導學生抓住重點進行自學。
3、學生自學，教師巡視。（約15分鐘）
【操作】學生自學，教師通過察言觀色，了解學生自學的情況，端正學生自學的態度。
【學生的主體地位】學生積極主動去探究知識。
【教師的主導作用】端正自學態度, 確保人人自學高效。
①及時表揚自學速度快, 效果好的學生, 激勵他們更加認真地自學。
②重點巡視中差學生, 甚至可以給后進生說幾句悄悄話, 幫助其端正自學態度, 使他們也變得認真起來。
4、檢查學生自學的效果。（約12分鐘）
【操作】讓后進生回答問題或板演。
【學生的主體地位】
①學生回答問題或板演練習。
②學生找錯誤, 分析錯因, 通過討論, 尋求正確答案。
【教師的主導作用】
①通過巡視, 確保每個學生都認真演練, 及時了解其他同學還存在哪些傾向性疑難問題。
②引導學生更正, 尋求規律, 幫助學生歸納, 上升為理論, 指導學生運用。
附：【自學內容的參考答案】
①干擾因素：在控制系統中，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。
反饋：控制系統中，將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。
②閉環控制系統的工作過程
閉環控制系統的核心是通過反饋來減少被控量（輸出量）的偏差。所以，一個閉環控制系統能夠克服外界干擾，使被控量控制在給定值附近。
③開環控制系統與閉環控制系統的比較
Ⅰ、開環控制系統輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞的，它對輸出量的控制精度較
低，但它具有結構簡單、成本低、容易實現等優點。
Ⅱ、閉環控制系統的輸入量和輸出量之間還有一個反饋環節，它們形成了一條閉合回路。它對輸出量的控制精度較高，但它結構復雜、成本高，主要用在要求較高精度和高可靠性的控制中。
④功能模擬法：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，就是功能模擬法。
黑箱方法：黑箱方法就是通過觀測黑箱外部輸入信息（外界對黑箱的影響）和輸出信息（黑箱對外界的反應），以研究和認識其功能、特性、結構、機理的科學方法。
⑤略。
5、當堂訓練。（約15分鐘）
【操作】①布置課堂作業。②督促學生獨立完成課堂作業。
【學生的主體地位】學生獨立完成作業, 形成分析問題、解決問題的能力。
【教師的主導作用】督促學生獨立完成作業, 鼓勵必做題做完了的學生, 做提高題或選做題。
附：【課堂練習】
☆ 必做題
1、在電冰箱的溫度控控制系統中，下列情況不屬于影響其溫度控制的干擾因素： （ ）
A、開電冰箱門 B、 電冰箱所在房間的溫度從20攝氏度變到32攝氏度
C、 電熱菜或熱飯放入電冰箱中 D、 在電冰箱外放一盆冷水
2、在房間空調溫度控制系統中，下列情況不屬于影響其溫度控制的干擾因素的是：（ ）
A、有人走進房間 B、打開房間窗戶 C、房間里在燒開水 D、房間里的鬧鐘鈴響
3、投籃的過程中，被控量是： （ ）
A、籃筐的位置 B、投籃的力度、角度 C、籃球的落點 D、以上皆是
4、克服干擾的基本方法不包括： （ ）
A、減弱干擾 B、提高控制系統性能 C、增強對干擾的控制 D、消除干擾
5、自行車剎車控制過程如下：剎車時，施加一定的握把力，通過杠桿系統，使剎車片壓緊車圈（或輪軸），車輪減速。剎車握緊力與車輪轉速一一對應。這是一個開環控制系統，其方框圖如下。在這個控制系統中執行器是（ ）。
A、握把 B、杠桿系統 C、剎車片 D、車輪
A、握把 B、杠桿系統 C、剎車片 D、車輪
6、下列不是黑箱方法的是： （ ）
A、買西瓜時“看瓜形、聽瓜聲、看瓜色” B、買電視時“看圖像的清晰度與顏色、聽聲音”
C、啟動計算機，通過運行某類特定意義的應用程序，來觀測計算機的性能
D、拆開電視機外殼檢查影響圖像效果的毛病。
☆ 提高題
下圖是加熱爐的溫度自動控制示意圖，請根據你的認識和理解回答下列問題：
1、該控制系統是開環控制還是閉環控制
2、畫出溫度自動控制的系統框圖。
3、在加熱爐的溫度自動控制系統中，可能有哪些干擾因素，系統是如何克服干擾使爐溫穩定在給定范圍內的
☆ 選做題
1、有人說“閉環控制系統都是自動控制系統”，你認為這一說法是否正確，試舉例說明。
2、在游泳池注水控制系統中，如果進水管單位時間水流量一定，那么游泳池水位的高低與進水的時間是一一對應的，可以通過設定注水時間，使水位達到希望的標準，但有時水流量會受到水壓的影響，我們可以在水池中增加一個監測裝置，以保證游泳池的水位能夠達到標準，請分別為游泳池的進水系統設計一個開環控制系統和一個閉環系統。
附：【課堂練習參考答案】
☆ 必做題 DDCCCD
控制器
執行器
被控對象
給定值
被控量
干擾
+
反饋環節（檢測裝置）
-
PAGE
3(共7張PPT)
第三節
閉環控制系統的干擾與反饋
學習目標
1、能結合案例找出影響簡單控制系統運行的
主要干擾因素，并作出分析。
2、熟悉閉環控制系統中反饋環節的作用。
3、熟悉閉環控制系統的工作過程。
4、了解功能模擬方法和黑箱方法在控制系統
中的應用。
學習導航
閱讀課文P108～P116，完成以下所示的問題，15
分鐘后進行抽查：
1、何謂“干擾因素”？何謂“反饋”？
2、請用框圖表示閉環控制系統的工作過程？
3、請以表格的形式列出“開環控制系統”與“閉環控
制系統”的異同？
4、“功能模擬方法”與“黑想方法”分別是什么？
5、請與小組內其他同學探討：P108“馬上行動”、
P109“思考”、P111“馬上行動”、P112“思考”、
P113“思考”、P115“探究”以及P116“馬上行
動”。
課堂練習
☆ 必做題
☆ 提高題
☆ 選做題
☆ 必做題
1、在電冰箱的溫度控控制系統中，下列情況不屬于影響其溫度控制的干擾因素： （ ）
A、開電冰箱門 B、 電冰箱所在房間的溫度從20攝氏度變到32攝氏度
C、 電熱菜或熱飯放入電冰箱中 D、 在電冰箱外放一盆冷水
2、在房間空調溫度控制系統中，下列情況不屬于影響其溫度控制的干擾因素的是：（ ）
A、有人走進房間 B、打開房間窗戶 C、房間里在燒開水 D、房間里的鬧鐘鈴響
3、投籃的過程中，被控量是： （ ）
A、籃筐的位置 B、投籃的力度、角度 C、籃球的落點 D、以上皆是
4、克服干擾的基本方法不包括： （ ）
A、減弱干擾 B、提高控制系統性能 C、增強對干擾的控制 D、消除干擾
5、自行車剎車控制過程如下：剎車時，施加一定的握把力，通過杠桿系統，使剎車片壓緊車圈（或輪軸），車輪減速。剎車握緊力與車輪轉速一一對應。這是一個開環控制系統，其方框圖如下。在這個控制系統中執行器是（ ）。
A、握把 B、杠桿系統 C、剎車片 D、車輪
6、下列不是黑箱方法的是： （ ）
A、買西瓜時“看瓜形、聽瓜聲、看瓜色” B、買電視時“看圖像的清晰度與顏色、聽聲音”
C、啟動計算機，通過運行某類特定意義的應用程序，來觀測計算機的性能
D、拆開電視機外殼檢查影響圖像效果的毛病。
☆ 提高題
下圖是加熱爐的溫度自動控制示意圖，請根據你的
認識和理解回答下列問題：
1、該控制系統是開環控制還是閉環控制
2、畫出溫度自動控制的系統框圖。
3、在加熱爐的溫度自動控制系統中，可能有哪些干擾
因素，系統是如何克服干擾使爐溫穩定在給定范圍內
的
☆ 選做題
1、有人說“閉環控制系統都是自動控制系統”，你認為這一說法是否正確，試舉例說明。
2、在游泳池注水控制系統中，如果進水管單位時間水流量一定，那么游泳池水位的高低與進水的時間是一一對應的，可以通過設定注水時間，使水位達到希望的標準，但有時水流量會受到水壓的影響，我們可以在水池中增加一個監測裝置，以保證游泳池的水位能夠達到標準，請分別為游泳池的進水系統設計一個開環控制系統和一個閉環系統。

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