资源简介

第四单元 控制及其设计
第三节 闭环控制系统的工作过程
教　　材：江苏凤凰教育出版社普通高中教科书 通用技术（必修2）
章　　节：第四单元控制与设计 第三节闭环控制系统的工作过程
课 时：1课时
一、核心素养目标
技术意识：简述闭环控制系统的含义；认识反馈和干扰因素
（2）工程思维：描述闭环控制系统的基本组成和工作过程；能结合闭环控制系统的工作过程，分析反馈和干扰现象及其基本原理。
（3）图样表达：会画简单的闭环控制系统的方框图
（4）创新设计：能简单设计控制系统的方案
二、教学重点
学会分析闭环控制系统的基本组成及工作过程，并画出控制系统的方框图.
三、教学难点
掌握分析闭环控制系统的一般方法。
四、设计思想
1. 教材分析
本节课教学内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”的第三节“闭环控制系统的工作过程”。在本节的学习中，学生要经历土壤湿度控制系统的技术试验和分析过程，自行对电冰箱的温度控制系统进行分析。要站在工程设计的高度，应用系统分析方法与控制原理，解决生活中的实际问题，促使学生的系统思考和工程思维能力提升。
2. 教学策略设计
复习导入：以自动门的控制系统复习开环控制系统
创设情境： 以技术体验“搭建土壤湿度控制系统”，引出课题。
引导学生分析案例，概括出闭环控制系统工作过程，学会用方框图描述其控制过程。
通过案例分析，认识反馈和干扰因素，能结合闭环控制系统的工作过程，分析反馈和干扰现象及其基本原理。
通过巩固练习，引导学生总结、梳理重点。
五、教学准备
1.课件 2.导学案
六、教学过程
序号 教学步骤 教师活动 学生活动
1 复习导入 案例分析--自动门的控制系统 通过案例，让学生复习回顾什么是“控制系统”，以及开环控制系统的基本组成和方框图的画法。为本节闭环控制系统铺垫。 小组讨论：自动门的控制系统，画出方框图。
2 创设情境 陈晨家阳台上种植了三盆绿萝，绿萝喜阴湿、忌干燥。暑假，陈晨和爸爸妈妈打算出去旅游半个月，请你帮陈晨设计一款自动浇水控制系统。 创设情境，先画出开环控制系统。
3 任务一：解析闭环控制系统工作过程 情境2：陈晨旅游回来，妈妈又在阳台上种植虎皮兰。虎皮兰喜热、耐干旱，绿萝则喜阴湿、忌干燥。这两种植物不能采用同一定时浇水方式，应该如何改进自动浇灌装置呢？ 1. 搭建土壤湿度控制系统 技术体验： 搭建土壤湿度控制系统 与学生一起探讨该控制系统的工作原理并填写下表： 土壤湿度情况电磁阀的状态花洒的状态当湿度传感器检测到花盆内土壤湿度不够时打开洒水当湿度传感器检测到花盆内土壤湿度达到要求时关闭不洒水
思考： 电磁阀的开启与关闭取决于来自什么装置的信号？ （参考答案：湿度传感器） 用方框图表示土壤湿度控制系统的工作过程： 在系统的输入量和输出量之间，除了从输入端到输出端之间，除了有从设定温度到实际温度的信息传递，还有一条从输出端返回到输入端的反馈环节，它们形成了一条闭合回路。 我们把系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。 闭环控制系统 由恒温箱控制系统的工作过程，引出简单闭环控制系统方框图： 输入→传感器→控制器→执行器→被控对象→输出 检测装置 特征：系统的输出量影响控制过程， 输入量到输出量之间的信号是循环传递， 存在反馈环节和比较环节。 3、牛刀小试：分析电冰箱的温度控制系统 引导学生分析并得出土壤湿度控制系统的工作过程及控制方框图。 由特殊到一般，引导学生归纳出闭环控制系统的工作过程的一般表达。 教师引导学生通过案例分析，概括出用方框图描述控制过程的步骤。 通过巩固练习，了解学生知识点掌握情况。
任务一：解析闭环控制系统工作过程 当冰箱内新放入物品，或受环境影响，冰箱内温度升高时，热敏装置（温度监测装置）感受到这个实际温度，并以电量形式输给控制电路，在与设定温度相比较后，输出一个温差电量，这个温差电量经放大后，拖动电机转动，带动压缩器工作，增加制冷量，使箱内温度降低，随着箱内温度的降低，温差电量随之减小，直至为0，压缩器停止工作，箱内温度回到设定温度。 思考：电冰箱温度控制是开环控制还是闭环控制？该控制系统的的方框图是怎样的？试着画一画。
4 任务二：辨析反馈在控制系统中的作用 1.闭环控制系统中的反馈 反馈： 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. 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。 分析土壤控制系统没有反馈会怎样？ 带有反馈的控制系统就是前面所述的闭环控制系统。在工程中，反馈控制是自动控制中不可缺少的形式。 2.干扰因素 在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控制量变化的各种因素都可以视为干扰因素。 案例分析： 如把定时定时浇水控制系统和土壤湿度控制系统放在露天阳台上，当外面下雨时，两种控制有什么不同？（下雨就是干扰因素） 举例：（1）你在认真做作业时，蟑螂跑到你的脚下 （2）骑自行车时，会出现哪些干扰因素？（风、路面情况） （3）在空调的控制系统中，下列哪些属于干扰因素？ 关于干扰因素：干扰因素有自然环境造成的，也有人为的；干扰因素可能有一个，也可能有若干个；干扰既存在于闭环控制中，也存在于开环控制中；几乎所有控制系统都存在着干扰因素，干扰不可能被杜绝 克服干扰因素的基本方法：切断干扰源、减弱干扰、开环变为闭环 3、开环与闭环的比较 4、黑箱方法 学生分析思考，得出反馈的作用。 学生通过案例分析，进一步明确概念。 通过生活中的有趣案例，帮助学生理解技术方法的同时，更体会到技术源自于生活更要用之于生活。
案例：西瓜含有大量水分及多种人体所需的矿物质。我们买西瓜时怎么挑选？ 通过对系统的输入与输出的关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法。黑箱方法提供了一种不必打开黑箱就可以研究其内部结构和功能的方法。
5 课堂小结 1. 闭环控制系统的组成及工作过程 2. 闭环控制系统的反馈。 3. 系统中的干扰因素。 4. 黑箱方法。 学生归纳、整理本课内容，学习收获

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