资源简介

课题：闭环控制系统的干扰与反馈
一、教学目标
1.知识目标：
了解闭环控制系统的干扰与反馈，识读和画出简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器的作用。
2.能力目标：
通过典型闭环控制系统的分析，熟悉闭环控制系统的基本组成及工作过程。
3.情感目标：
通过“神奇”的自动控制装置，感受科技的魅力，培养学生对控制系统的兴趣与热情。通过对闭环控制系统的探究，形成勇于探索敢于创造优良品质。能对学习与人生产生干扰影响的因素进行分析。
二、教学重点和难点
重点：对闭环控制系统反馈环节的作用的体会，及学会用系统框图来帮助分析和理解闭环控制系统。
难点：分析闭环控系统的基本组成及工作过程
三、教学方法和手段
通过创设情境、讲授分析、引导探究组织教学，同时积极发挥学生的主动性，在模拟实践、游戏、亲身试验中，完成知识的深化和迁移。
四、教学过程
序号 教学步骤 教师活动 学生活动
一 情景导入 提问1每天上学骑自行车的感受？提问2平常我们在送亲朋好友的时候都说一路顺风，乘飞机出行时，为什么不能说祝你一路顺风引出干扰的概念： 学生小组讨论并代表发言
二 干扰 【案例分析】：逆风中骑自行车【教师提问】：分析逆风中行驶的自行车哪些因素是输入量，哪些是输出量，哪些是影响车子运行的因素。【得出结论】：什么是干扰因素：在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰（interference）因素。 根据教师的提问来进行小组分析【马上行动】：在电冰箱的温度控制系统中，下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素？并简单概括理由：开电冰箱的门；电冰箱所在房间的温度从20摄氏度变到32摄氏度；把热菜或热饭放入电冰箱中；电冰箱外放一盆冷水；
【案例分析】：电视机的工作。电视机出现画面紊乱的现象往往是由于受到外界磁场干扰。比如：近距离摆放的电冰箱、空调器、电风扇、日光灯等等。他们就是电视机正常工作的干扰因素。克服这些干扰的办法就是将家用电器远离电视机放置。 克服干扰的基本办法：A.消除干扰：在飞机上不能使用通信工具B.减弱干扰：电器在使用时远离其它电子设备C.提高控制系统性能、采用闭环控制系统对干扰的利用，是指有意对控制系统施加干扰，使控制系统无法达到控制的目标，而不是控制系统本身需要干扰。例如：打狂犬疫苗、军事演习中进行电磁波干扰。 思考：电视机会受到哪些干扰？如何解决？生活中的干扰如何克服？做作业时，你是如何克服干扰的
三 反馈 什么是反馈控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈(feedback) 复习回顾，明确反馈的概念
实践体验游戏，“填”眼睛 同学上来“填”眼睛，闭着眼睛画，位置不对,也不好看。睁着眼睛画，漂亮。
【案例分析】：电冰箱的温度控制系统反馈方法：利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法，称为反馈方法。 【马上行动】：花房恒温自动控制、射击的控制
【试一试】：通过反馈来分析拿桌上杯子的过程. 模拟实践：通过反馈来分析拿桌上杯子的过程.
【教师讲解】：闭环控制系统的工作过程闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量（输出量）的偏差。所以一个闭环控制系统，能够克服外界干扰，使被控量控制在给定值附近。 深化认识闭环控制系统的方框图
【案例分析】：供水水箱的水位自动控制系统实物模型演示, FLASH动画演示。 归纳出系统的组成，画出控制系统框图
【案例分析】：加热炉的温度自动控制系统 分析、归纳分析思考后得出：用散热量作为控制量
【教师讲解】:闭环控制系统与开环控制系统的比较 学生回答
四 课堂总结 干扰因素是在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素。反馈是指控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程。进一步认识了闭环控制系统的工作过程。
五 作业 1.我们学习了干扰与反馈，干扰因素的克服，但有些干扰因素是可以利用的，请查阅资料，了解这方面的情况。2.某花农正在筹建一个小型花房，花房的温度冬季一般控制在18摄氏度左右，夏季一般控制在25摄氏度左右，请画出花房的温度控制系统方框图，简要说明它的工作过程。
五、教学流程图
六、教学反思
这节课选择了学生生活当中能接触到的事例为切入点，采用分析案例，合作探究，游戏、试验等教学策略，提高学生参与程度和热情，教学重点和难点掌握得也比较扎实。然而，在面对实际复杂闭环控制系统干扰与反馈问题进行分析的时候学生却很难找到一个切入点进行正确的分析。
开始
参与思考
导入新课
课件
理解思考探索
讲解干扰的相关知识
课件
理解、试验
讲解反馈的相关知识
课件
小结
课件
结束(共22张PPT)
第四单元 控制与设计
第三节 闭环控制系统的干扰与反馈
应保持的速度
自行车
行使的速度
给定量
被控量
逆风、顺风、雨水、路况……
干扰因素可能一个，也可能若干个。
在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。
马上行动
电冰箱的温度控制系统，
下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素
开电冰箱门
电冰箱所在房间的温度从20度变到32度
把热菜热饭放入电冰箱中
在电冰箱外放一盆冷水
是
是
是
否
控制系统 干扰因素
自动扶梯的升降控制系统
利用滑轮组提升重物的控制装置
蔬菜大棚的温度控制
下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？
扶梯承载的重力、电机输出电压的波动、齿轮间的摩擦力等。
滑轮组的摩擦力、电机电源的波动等、绳子和滑轮，重物的重力。
外部环境温度的变化、大棚保温材料的保温性能产生变化等、植物排放的二氧化碳，温室效应。
什么是干扰因素
各种电器设备对电视机的干扰.
克服干扰
控制系统在工作过程中必须克服干扰，使被控量稳定。
克服干扰的基本方法：
找出干扰源，
切断干扰
1）消除干扰：
飞机导航系统
手机信号
GPS信号
航线
X
2）减弱干扰
电视信号传输过程中往往采用铁壳屏蔽的分支器
3）我们也可以加强控制系统的性能来提高抗干扰能力。
比较常用的就是在控制系统中引入反馈。
干扰因素是否一无是处？
干扰因素有时要克服，有时还可利用。
手机来电闪，根据电磁波干扰原理
反馈
被控量
闭环控制系统
被控对象
控制量
给定量
控制器
执行器
检测装置
比较器
+
-
在自动控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈。
在黑板上画两张脸，“四官俱全”，没有眼睛。然后请一个同学上来“填”眼睛。
[游戏]：
2.睁着眼睛画：
1.闭着眼睛画：
这个游戏中的人的眼睛相当于什么？大脑、手又相当于什么？
思　考
电冰箱温控器
电冰箱的温度控制系统
电冰箱温控器结构原理
电冰箱的温度控制系统
主弹簧及连接杆（控制器）
活动触点（执行器）
压缩机、电冰箱（被控对象）
电冰箱工作温度
定设度温
感温包、膜盒、传动膜片（检测、反馈）
+
-
干扰
反馈方法：
利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法，称为反馈方法。
事例 输入量 检测装置 输出量
花房恒温自动控制
设定的温度
　温度检测装置
　射击
靶心的位置
　眼睛
子弹射击位置
花房的温度
在生活中有一种现象，就是“十聋九哑”，同学们，你认为其产生的原因是什么？
思　考
试一试：人拿桌子上的水杯的反馈过程
　　　闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量（输出量）的偏差。所以一个闭环控制系统，能够克服外界干扰，使被控量控制在给定值附近。
被控对象
给定值
被控量
干扰
反馈环节
控制器
执行器
比较器
闭环控制系统的工作过程
干扰
干扰
干扰
电气控制
（控制器）
控制量
反馈
给定水位
（设定值）
水箱的水位
（被控量）
阀门
（执行器）
水箱
（被控对象）
浮球
（检测装置）
+
-
干扰
供水水箱的水位自动控制系统
加热炉的温度自动控制系统
热电偶
（检测装置）
开关
（控制器）
反馈
给定温度
（设定值）
炉内温度
（被控量）
加热器
（执行器）
加热炉
（被控对象）
比较器
干扰？
干扰因素是什么？
反馈装置是什么？
+
-
闭环控制系统与开环控制系统的比较
控制系统 反馈 控制精度 结构 成本 应用范围
闭环
开环
有反馈
无反馈
精度高
精度较低
结构复杂
结构简单
成本高
成本低
高精度、高可靠、系统本身不稳定的应用领域
控制精度要求不高本身很稳定的应用
闭环控制系统
闭环控制系统的干扰与反馈
干扰
反馈
课堂小结
1.我们学习了干扰与反馈，干扰因素的克服，但有些干扰因素是可以利用的，请查阅资料，了解这方面的情况。
2.某花农正在筹建一个小型花房，花房的温度冬季一般控制在18摄氏度左右，夏季一般控制在25摄氏度左右，请画出花房的温度控制系统方框图，简要说明它的工作过程。
作 业

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