資源簡介

控制系統(tǒng)的工作過程與方式教學(xué)設(shè)計(說課、教案)
一、教學(xué)目標
（一） 通過實例分析，幫助學(xué)生理解控制系統(tǒng)的含義。
（二） 熟悉簡單開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程，學(xué)會畫開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖。
（三）能利用傳感器功能演示儀進行開環(huán)控制系統(tǒng)的技術(shù)試驗，提高學(xué)生的實踐能力。
二、教學(xué)內(nèi)容
本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容為蘇教版《技術(shù)與設(shè)計2》第四單元“控制與設(shè)計”的第二節(jié)“控制系統(tǒng)的工作過程與方式”的第1課時。從總體上看,“控制與設(shè)計”這個單元按照控制的手段——控制系統(tǒng)——控制系統(tǒng)的設(shè)計與實施這樣的思路來組織教材內(nèi)容。上節(jié)課學(xué)生已對控制手段、控制應(yīng)用及傳感器功能演示儀的使用有初步了解,下節(jié)課將讓學(xué)生進一步學(xué)習(xí)閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和簡單的工作過程,因此，本課教學(xué)非常關(guān)鍵，是承上啟下的核心內(nèi)容。
本節(jié)課的教學(xué)除了繼續(xù)加深對技術(shù)與設(shè)計的知識深度和技能程度外，更是培養(yǎng)技術(shù)思想和方法的很好的平臺和載體。因此，應(yīng)多貼近學(xué)生生活經(jīng)驗出發(fā)，從實例分析入手，逐步歸納出對控制系統(tǒng)的一般認識，并能對開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程、方框圖進行分析。本課要突出的重點是：對控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)的理解、會用方框圖描述開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程、開環(huán)控制系統(tǒng)的技術(shù)試驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)。
本課要突破的難點是開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程分析及技術(shù)試驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)。
三、學(xué)習(xí)對象
學(xué)生屬于文科類班級，雖在物理課上學(xué)到了基本的電學(xué)基礎(chǔ)知識，通過以前的通用技術(shù)課對技術(shù)與設(shè)計也有了一定的認識，通過前一節(jié)的學(xué)習(xí)又對控制等基本概念、傳感器功能演示儀實驗套件的使用方法有了理解。但畢竟沒有電子技術(shù)方面的訓(xùn)練基礎(chǔ)，也沒有理課班學(xué)生扎實的邏輯思維與動手能力。故在教學(xué)中只能放低要求，對控制器的內(nèi)核技術(shù)不作介紹，先安排教師的主導(dǎo)分析，即使在引導(dǎo)學(xué)生案例分析時，也應(yīng)及時穿插老師的補充、歸納。在安排開環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計的模擬技術(shù)試驗前應(yīng)先安排老師的演示或講解，盡量降低知識與技能提升的梯度。
四、教學(xué)策略分析
（一）創(chuàng)設(shè)情境： 以精彩的控制錄象片段、水箱進水控制演示實例吸引學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生能敘述開環(huán)控制系統(tǒng)工作過程、理解方框圖作用。
（二）調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性：本課教學(xué)中以“芝麻開門”聲控等實際控制系統(tǒng)問題解決為主線，激發(fā)學(xué)生的認知，引導(dǎo)學(xué)生自發(fā)地、主動地解決問題
（三）學(xué)案設(shè)計：幫助學(xué)生總結(jié)、整理重點，梳理教材內(nèi)容，建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)體系。
（四）通過利用傳感器功能演示儀進行開環(huán)控制系統(tǒng)的技術(shù)試驗來鞏固學(xué)生對開環(huán)控制過程和方框圖的理解和應(yīng)用能力。
1 課前活動
（2-3分鐘） 播放幾分鐘描述控制過程的片段，
2 直接導(dǎo)入
（1分鐘） 同學(xué)們，本節(jié)課我們學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng) 請大家翻開課本102頁
【投影】：控制系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng) 認真聽講，打開書本，瀏覽102頁
3 引導(dǎo)學(xué)生對“控制系統(tǒng)”有初步理解
（3分鐘） 由教材中控制例子、課前大家欣賞的自行車零部件動作控制例子介紹入手引導(dǎo)學(xué)生探究共同的特征？
顯然它們都是由若干環(huán)節(jié)構(gòu)成，為研究方便我們可以將這些子環(huán)節(jié)整體看成一個控制系統(tǒng)。每個系統(tǒng)必有輸入與輸出
師生歸納、抽象出以上活動的特征 回憶控制環(huán)節(jié)，思考問題答案
理解一個輸入信號必對應(yīng)著一個輸出信號
4 教師主導(dǎo)具體分析開環(huán)控制系統(tǒng)工作過程及控制框圖
實物→框圖
（8分鐘） 具體研究二個控制系統(tǒng)實例：
由無錫最近爆發(fā)的自來水“藍藻”事件引出對于有井的農(nóng)戶設(shè)計水箱定時進水控制電路的需求。分析“水箱定時進水”開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程及控制框圖
實物整體展示、主要部件介紹、工作過程實物演示并介紹、控制框圖產(chǎn)生、學(xué)生結(jié)合框圖模仿描述控制工作過程
特點：輸出量不對控制產(chǎn)生任何影響
這種控制系統(tǒng)就叫開環(huán)控制系統(tǒng) 理解“水箱定時進水”開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程及控制框圖
參與討論回答問題
5 學(xué)生為主師生共同分析“芝麻開門”例子
框圖→實物
（7分鐘） 第二個實例是《一千零一夜》中的故事“芝麻開門”（給出圖片）
引導(dǎo)學(xué)生自己分析并得出“芝麻開門”開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程及控制框圖
由學(xué)生演示并描述“芝麻開門”模擬控制電路 猜想“芝麻開門”的奧秘（聯(lián)系現(xiàn)有知識與經(jīng)驗）---有那幾個控制環(huán)節(jié)
學(xué)習(xí)設(shè)計“芝麻開門”控制框圖
6 抽象出開環(huán)控制系統(tǒng)的一般框圖
（3分鐘） 由兩個實例控制框圖導(dǎo)出一般框圖
開環(huán)控制系統(tǒng)特征：
系統(tǒng)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 學(xué)習(xí)開環(huán)控制系統(tǒng)的一般框圖
7 創(chuàng)意聯(lián)想
討論設(shè)計
（4分鐘） 引導(dǎo)學(xué)生分析：
1 、生活中還有哪些開環(huán)控制系統(tǒng)？
2 、你能根據(jù)今天所學(xué)知識解決一些生活中的實際問題嗎？
提供問題情景，引出天亮告知器、近視預(yù)防臺燈的設(shè)計需求，完成小發(fā)明框圖設(shè)計
師生共同討論“天亮告知器、近視預(yù)防臺燈”控制的工作過程：
創(chuàng)設(shè)問題情景、提出解決問題的思路、分析工作過程得到控制框圖。 1 、創(chuàng)設(shè)生活中實際需求的情景
2 、剖析開環(huán)控制應(yīng)用后的好處
3 、認識開環(huán)控制系統(tǒng)是生活生產(chǎn)中最常用的方式。
4、同組學(xué)生討論設(shè)計出控制方框圖，并分析其中一個控制系統(tǒng)的工作過程
8 模擬技術(shù)試驗
過程
（13分鐘） 激發(fā)學(xué)生動手興趣，布置兩個模擬技術(shù)試驗的任務(wù)：
試驗?zāi)康摹⒃囼灉蕚洹⒃囼炦^程
特別強調(diào)試驗過程注意點
指導(dǎo)學(xué)生進行兩個模擬技術(shù)試驗過程
教師適當組織、引導(dǎo) 動手實踐
觀察、體驗輸入信號（環(huán)境光線變化）與輸出信號（燈自動點亮）之間對應(yīng)關(guān)系
9 小結(jié)
（1分鐘） 教師引導(dǎo) 學(xué)生歸納、整理本課內(nèi)容，學(xué)習(xí)收獲交流
整理器材4. 2控制系統(tǒng)的工作過程與方式學(xué)案
一、馬上行動
控制系統(tǒng) 輸入 輸出
電風(fēng)扇風(fēng)速控制
電飯煲
脫粒機
紅外線自動水龍頭
二、小游戲：
三、控制系統(tǒng)分析練習(xí)
1）畫出閉眼畫鼻子的控制系統(tǒng)工作過程方框圖
2) 畫出普通家用電飯煲的煮飯控制
3) 畫出自動烘手機控制系統(tǒng)工作過程方框圖
4)畫出 電動車的防盜報警系統(tǒng)工作過程方框圖
四 小組討論:身邊還有哪些開環(huán)控制系統(tǒng)(共23張PPT)
第四單元 控制與設(shè)計
第二節(jié)　控制系統(tǒng)的工作過程與方式
問題
在自行車傳動控制系統(tǒng)中，它由上述多個個部件構(gòu)成，通過各個部件的有機組合，達到制動的目的。那什么是控制系統(tǒng)呢？
任何一種控制的實現(xiàn)，都要通過若干個環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)的有機組合就構(gòu)成了一個系統(tǒng)，稱為控制系統(tǒng)。
控制系統(tǒng)的輸出與輸入之間有一定的對應(yīng)關(guān)系。
控制系統(tǒng)
輸入量
控制系統(tǒng)
輸出量
歸納共同點：
能否使用下面的方框圖
來表示上述控制系統(tǒng)？
根據(jù)自行車行駛、電風(fēng)扇轉(zhuǎn)動具體的案例畫出控制系統(tǒng)方框圖：
自行車傳動控制系統(tǒng):
控制系統(tǒng)
腳踩的力
(輸入)
腳蹬、曲柄、鏈輪、
中軸、鏈條、飛輪
自行車行駛的速度
（輸出）
電風(fēng)扇風(fēng)速的擋位
（輸入）
電機、扇葉
風(fēng)速
（輸出）
電風(fēng)扇的風(fēng)速控制系統(tǒng)
馬上行動（P102)：請指出下列控制系統(tǒng)中的輸入、輸出分別是什么？
控制系統(tǒng) 輸入 輸出
電風(fēng)扇風(fēng)速控制
電飯煲
脫粒機
紅外線自動水龍頭
調(diào)速器或擋位
風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速
電源的電信號
鍋內(nèi)的溫度
電源的電信號
脫粒的量
人手的紅外信號
水龍頭的出水量
思考:控制系統(tǒng)的工作過程是怎么樣的
控制系統(tǒng)通常又分為
開環(huán)控制系統(tǒng)
Open loop contro system
閉環(huán)控制系統(tǒng)
Closed loop control system
小游戲
在學(xué)案上有兩臉，“四官俱全”，沒有鼻子。請同學(xué)來“填”鼻子，一次，睜著眼睛畫，另一次閉著眼睛畫。
兩次最大的不同在哪里
1、閉著眼睛畫：
人腦控制手畫鼻子：人腦——手——畫鼻子
控制過程中，沒有反饋環(huán)節(jié)，不能對控制結(jié)果加以修正、調(diào)節(jié)。是個單程的控制流向。這種控制，稱為開環(huán)控制。
分析原因：
2、睜著眼睛畫：
人腦控制手畫鼻子，在此過程中，眼睛可以把手的位置及畫的效果及時反饋給大腦，使得大腦準確精細的控制手去畫好鼻子。控制過程中有反饋環(huán)節(jié)可以把控制結(jié)果反饋給人腦，控制流向形成了閉合回路。這種控制稱為閉環(huán)控制。
人腦——手——畫鼻子 |
|———眼睛—————|
設(shè)定注水的時間
定時器
進水閥門
游泳池
游泳池的水位
輸入
輸出
水流量
開環(huán)控制系統(tǒng)
2008042020345445.exe
紅外裝置是否檢測到人體熱輻射發(fā)出的信號
控
制
電
路
電
機
自
動
門
門的開啟或關(guān)閉
轉(zhuǎn)動
輸入
輸出
開環(huán)控制系統(tǒng)
案例分析：抽水泵的控制系統(tǒng)
以前，農(nóng)民種植莊稼，遇到干旱天氣，給農(nóng)田灌溉是件困難的事，有些地方只能“靠天吃飯”。現(xiàn)在，通過引水工程，采用水泵抽水進行灌溉，解決了農(nóng)田灌溉的難題，告別了“靠天吃飯”的歷史。
接通電源
電機
水泵
水流量
水管
水管排水
其控制系統(tǒng)的工作過程如下圖所示：
通過上述兩個案例可以看出，輸入量決定輸出量，但控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響，這就是開環(huán)控制系統(tǒng)。
對于開環(huán)控制系統(tǒng)，用方框圖描述如下：
輸入量
控制器
執(zhí)行器
控制量
被控對象
輸出量
練習(xí)1：請試著寫出閉眼睛畫鼻子的方框圖
開環(huán)控制系統(tǒng)
以聲控電燈為例寫出控制過程方框圖：
常開(斷開)接點
聲傳感控制器
輸入量
燈泡
輸出量
控制器
執(zhí)行器
被控對象
輸入量
輸出量
開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖
外力
強度
力的傳
感器
控制電路
音響裝置
警報器
警報聲
聲音
手紅外
信號
紅外
傳感器控
制電路
鼓風(fēng)機
觸點
開關(guān)
風(fēng)量
時間
打開
開關(guān)
傳感器
控制
電路
電飯煲
內(nèi)膽
加熱
電阻
煲內(nèi)溫
度高低
溫度
學(xué)案練習(xí)2-4
被控對象
執(zhí)行器
控制器
輸入量
控制量
輸出量
簡單開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖
控制器：即對輸入信號進行處理并發(fā)出控制命令的裝置或元件。
執(zhí)行器：即直接對被控對象進行控制的裝置或元件。
控制量：即執(zhí)行器的輸出信號。
輸入量：即控制系統(tǒng)的給定量。
輸出量：即控制系統(tǒng)所要控制的量。
被控對象：即控制系統(tǒng)中所要求控制的裝置和生產(chǎn)過程。
歸納總結(jié)
開環(huán)控制系統(tǒng)
小組討論：
在你身邊你見到的開環(huán)控制系統(tǒng)有哪些？
例: 電子門鈴的開環(huán)電子控制系統(tǒng)
用手按動按鈕開關(guān),輸入一個觸發(fā)信號
音樂集成電路經(jīng)過觸發(fā)后工作,產(chǎn)生一組載有”音樂”的電信號.
揚聲器將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐魳仿?
輸出的音樂聲的變化對系統(tǒng)的控制狀態(tài)并不產(chǎn)生影響,即不存在反饋.
輸入:
控制(處理):
輸出:
特點:
電子鎖(汽車,電動車)
自動路燈
聲控門
在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活應(yīng)用中，常常會需要對容器中的液位（水位）進行自動控制。比如自動控制水箱、水池、水槽、鍋爐等容器中的蓄水量，生活中抽水馬桶的自動補水控制、自動電熱水器、電開水機的自動進水控制等。雖然各種水位控制的技術(shù)要求不同，精度不同，但基本的控制原理都可以歸納為一般的閉反饋控制方式，其系統(tǒng)為一般的閉環(huán)控制系統(tǒng)。
閉環(huán)控制系統(tǒng)
閉環(huán)控制系統(tǒng)就是把系統(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)。
給定量
比較器
控制器
執(zhí)行器
被控對象
檢測裝置
被控量
×
控制量
﹢
﹣
簡單閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖如下：
閉環(huán)控制系統(tǒng)
作用于控制系統(tǒng)的物理量，預(yù)先給定的——給定量
需要進行控制的物理量——被控量
對被控對象起控制作用的設(shè)備總體，即控制裝置——控制器
執(zhí)行控制器的指令——執(zhí)行器
需要控制的機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程——被控對象
比較器是將給定量與所測的被控量進行比較，求出偏差，控制器將這一偏差進行運算處理，并向執(zhí)行器下達控制命令；執(zhí)行器根據(jù)指令對被控對象進行控制，從而使被控量穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。
閉環(huán)控制系統(tǒng)
課本（P112）水箱的水位自動控制示意圖
×
給定水位
比較器
控制器
進水閥門
水箱
檢測裝置
水箱水位
水流量
﹢
﹣

展開更多......

收起↑