资源简介 (共44张PPT)第1单元 第3课控制的改进与优化（湘科版）六年级上1核心素养目标3新知讲解5拓展延伸7板书设计2新知导入4课堂练习6课堂总结和单元小结课后作业801核心素养目标信息意识计算思维数字化学习与创新信息社会责任学习控制系统的改进与优化时,确保控制系统的安全性和隐私保护，避免其被滥用或带来不利影响。在研究控制中的逻辑运算实践中，能够进行创新思考和对比分析，实现知识的深度融合与拓展。在研究开关量、连续量和分析控制过程问题时，能精准思考和分析，快速并准确的找出正确的答案，提高解决问题的能力。能够识别、分析和处理系统中的信息流和反馈。通过理解如何获取和处理反馈信息，优化控制策略，从而提高系统性能。02新知导入02新知导入活动背景在日常生活中，我们需要各种不同的过程控制。有时需要按照事先输入的指令顺序完成某项任务;有时则需要将系统控制在一个设定的范围之内。这些控制是如何实现的呢 02新知导入活动目标了解开关量和连续量的基本含义。了解简单逻辑运算规则。理解实现反馈控制的基本原理。03新知讲解一、开关量与连续量过程控制的输入主要有开关量与连续量两种。开关量只有“开”或“关”两种状态。在系统控制中，常常使用开关量作为输入，实现系统的启动或停止。03新知讲解连续量则是可以连续变化的变量如温度、水位、风力和光线强度等。连续量可以转化为开关量，也是控制的主要输入形式。例如，电热水壶将水的温度加热到预设温度后，可以自动断开电源停止加热;抽水马桶水箱里的水位达到一定高度后，进水阀门会被自动关闭。03新知讲解信息链接生活中有很多通过将连续量转化为开关量来实现控制的案例。比如小球沿两根“八”字形木杆滚下，两杆距离是连续量，当小球滚到两杆距离大于其直径的位置时，小球会掉入桶中。利用这个原理，可以实现将橙子按大小自动分拣，提高工作效率。03新知讲解信息链接在电子控制系统中，连续量转化为开关量更为常见。例如，水龙头与手之间的距离是一个连续量，当探测器感测到两者的距离小于设定距离时输出一个开关量，控制电水阀打开水龙头。这个设定值叫作值。连续量转化为开关量流程图03新知讲解1.在我们的生活中，你还发现了哪些开关量和连续量 开动脑筋开关量电灯开关：电灯的开与关可以视为开关量。门的开关：门是否打开可以看作开关量。按钮操作：手机的电源按钮、电视遥控器按钮等。03新知讲解1.在我们的生活中，你还发现了哪些开关量和连续量 开动脑筋连续量温度：例如室温，水的温度等是连续变化的。速度：汽车的行驶速度、风速等。电流和电压：电力系统中的电流和电压通常是连续的，可以有多个取值。03新知讲解2.判断以下哪些是开关量，哪些是连续量，并描述控制过程。开动脑筋场景输入类型 连续量 开关量 开关量 （假设按键输入）或 连续量 （若支持密码滑动输入）控制过程描述 通过旋转水龙头把手调节水流大小或开关，旋转角度为连续值，控制水流的流量或开闭状态。 用户按下开关后，电路导通或断开，触发设备（如灯）的开启或关闭。 用户通过刷卡/密码/指纹等方式输入信息，系统验证后显示结果（如绿灯通行/红灯拒绝），控制门锁开闭。03新知讲解二、控制中的逻辑运算不同的应用和场景，需要使用不同的控制形式。例如，银行提供保险柜业务，客户和银行员工各有一把钥匙，需要同时转动才能打开保险柜;为了提高可靠性，智能门锁可以有多种打开方式;为了应对意外情况自动扶梯设置了紧急停止按钮。03新知讲解银行客户保险柜 智能门锁的多种开锁方式 自动扶梯的紧急按钮这些不同的控制形式可以通过开关量的逻辑运算来表示。开关量“开”和“关”，逻辑值的“真”和“假”，都可以用数字“1”和“0”代表。03新知讲解1.“与”运算只有开关量 A 和B都为“1”时，“与”运算结果才为“1”。2.“或”运算开关量 A 和B只要有一个为“1”，“或”运算的结果为“1”。03新知讲解3.“非”运算开关量的值经过“非”运算后，其结果取相反值。与（AND）运算：两个输入都为“真”时，输出才为“真”。例如：A AND B，只有A和B都为1时，结果才为1。或（OR）运算：只要有一个输入为“真”，输出就为“真”。例如：A OR B，A或B只要有一个为1，结果就是1。非（NOT）运算：取反操作，输入为“真”时，输出为“假”，反之亦然。即：NOT A，当A为1时，结果为0，A为0时，结果为1。03新知讲解“与”运算、“或”运算、“非”运算的区别03新知讲解1.用简单电路模拟三种逻辑运算。2.想一想，连一连。探究实践自动扶梯紧急按钮智能门锁的多种开锁方式银行客户保险柜“与”运算“非”运算“或”运算03新知讲解三、通过反馈优化控制在天气炎热的夏季，假设空调没有温度控制，打开电源开关后，空调制冷压缩机会持续工作，温度会持续下降，浪费电能。因此，需要对控制过程进行优化，将房间温度维持在设定的温度附近。03新知讲解要实现这个功能，需要在输出与输入之间建立关联。通过温度传感器对房间温度进行检测，并将结果反馈到控制输入端，构成一个有反馈的控制闭环，从而实现系统自动控制。03新知讲解03新知讲解反馈：反馈是指系统输出信息影响输入的过程。正反馈：当系统的输出被放大并返回输入时，称为正反馈，这通常导致系统的不稳定性或放大效应。负反馈：当输出影响输入并减弱输入时，称为负反馈，这通常有助于稳定系统。03新知讲解反馈控制的基本原理是通过实时监测输出并将其反馈到输入端，调整系统行为，以实现目标。例如，温控器调节室温时，实际温度反馈给温控器，调整加热或制冷设备的运行。03新知讲解练习提升1、三种基本的逻辑运算分别是 运算、 运算和 运算。2、小组讨论,尝试列举具有反馈控制的实例,并描述其功能和控制过程。洗衣机：洗衣机根据洗涤过程中的水位、温度、洗涤时间等信号来调节电机的运转和水流的注入。反馈控制帮助确保水位适中、温度适宜，并且清洗过程达到最佳效果。非与或03新知讲解开拓视野生活中的反馈控制带反馈的控制在日常生活中应用非常广泛，实现反馈的方式也多种多样，有机械控制反馈、电子控制反馈和混合式控制反馈等。我们常用的抽水马桶能将水箱水位控制在一个固定的高度，就是通过机械控制反馈系统来实现的。03新知讲解开拓视野生活中的反馈控制03新知讲解开拓视野生活中的反馈控制汽车巡航控制：当汽车使用巡航控制时，系统会根据车速的反馈调节油门，从而使汽车保持稳定的行驶速度。若车速降低，系统会增加油门；若车速过高，则会减少油门。体温调节：我们的身体通过出汗或缩小血管等方式来调节体温。这是一个自我调节的反馈控制过程，身体感知到温度变化后自动进行调整。04课堂练习一、选择题1、在反馈控制系统中，负反馈的作用是什么？A.增强系统的不稳定性 B.稳定系统，减少误差C.加快系统响应速度 D.增加系统复杂度2、在一个闭环控制系统中，如果系统的增益过高，可能会出现什么问题？A.系统过于稳定B.系统的响应时间过长C.系统可能会发生振荡或不稳定D.控制精度过低BC04课堂练习3、只有开关量 A 和B都为“1”时，“与”运算结果才为“1”的运算是？A. “与”运算 B. “或”运算 C. “非”运算4、开关量只有 种状态。A.1种 B.2种 C.3种 D.4种5、反馈控制的基本原理过程是？A.实时监测输出—调整系统行为—反馈输入端B.调整系统行为—反馈输入端—实时监测输出C.实时监测输出—反馈输入端—调整系统行为D.反馈输入端—调整系统行为—实时监测输出ABC04课堂练习二、判断题1、在控制系统中，只有正反馈才会提高系统的稳定性。2、优化控制仅仅关注系统的能源效率。3、在控制系统中，开环控制通常不考虑输出反馈。4、连续量指可以连续变化的变量如温度、水位、风力和光线强度等。√XX√04课堂练习三、操作题常识使用优化算法（如遗传算法）调节PID控制器的参数，并比较优化前后的控制效果。05拓展延伸机器学习优化控制策略强化学习（RL）：在强化学习中，智能体与环境进行交互，根据奖励反馈来优化控制策略。RL可以在没有明确系统模型的情况下，通过试错机制学习最优控制策略。例如，在机器人控制中，RL被用来优化机器人的运动路径和动作策略。05拓展延伸机器学习优化控制策略监督学习：通过提供带标签的训练数据，机器学习模型可以学习到输入与输出之间的关系。这种方法常用于预测系统状态，进而优化控制算法。例如，在工业自动化中，可以通过历史数据预测设备的故障，从而动态调整控制策略来避免停机。05拓展延伸深度学习优化控制卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN）：CNN可以用来处理涉及视觉数据的控制任务（例如机器人视觉引导），而RNN特别适用于时间序列数据或涉及长期依赖的控制问题（例如温度调节或电力系统优化）。深度强化学习（DRL）：将深度学习与强化学习结合，使得系统能够在复杂的环境中自我学习和优化。特别适用于高维、复杂、动态变化的系统，如无人驾驶、智能电网等。05拓展延伸系统建模与仿真系统建模：物理建模：通常使用物理定律（如牛顿定律、热力学定律等）建立系统模型。对于机械系统，通常使用微分方程来描述其动态行为；对于电气系统，使用基尔霍夫定律（KVL和KCL）来建立电路模型。状态空间建模：状态空间模型是一种描述动态系统的方法，通常用于描述具有多个输入和输出的系统。它通过一组一阶线性或非线性微分方程来描述系统的动态变化。05拓展延伸系统建模与仿真仿真工具：MATLAB/Simulink：Simulink是用于动态系统建模和仿真的广泛工具，能够创建控制系统的模型，并进行时间响应分析。它提供了大量的工具箱和功能模块，可以进行线性与非线性系统的建模、分析和优化。控制设计、滤波器设计、状态估计等都可以在Simulink中进行仿真。05拓展延伸单元回顾与评价【单 元 回 顾】05拓展延伸单元回顾与评价【交 流 评 价】1.同学之间相互交流，分享各自的收获。2.评一评，画一画。(最高为5颗★)06课堂总结1引入新知内容控制的改进与优化2认识开关量与连续量3学习控制中的逻辑运算4通过反馈优化控制5进行相关知识拓展和单元总结1234507板书设计控制的改进与优化1、进行新知引入2、认识开关量与连续量3、学习控制中的逻辑运算4、通过反馈优化控制5、进行知识拓展和单元总结课后作业。1、分析反馈控制系统的工作原理。2、总结所学。08课后作业1、 选择一个日常生活中的反馈控制系统（如空调、洗衣机等），分析其工作原理，并提出优化建议。2、总结本课所学内容。https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine 展开更多...... 收起↑ 资源列表 【湘科版】《信息科技》六年级上册第1单元第3课《控制的改进与优化》.pptx 引入视频.mp4
资源列表
