资源简介

(共41张PPT)
第九课
让系统听话——系统的控制
（湘教版）六年级
上
01
学习目标
内容总览
02
新知导入
03
探究新知
04
课堂练习
05
课堂总结
学习目标
感知生活中控制系统的普遍应用，认识控制回路组成，能准确识别输入、计算、输出三大功能模块。
01
能运用“输入-计算-输出”模型分析温控系统逻辑，梳理控制回路流程，形成结构化系统分析思路。
02
能借助图形化编程模拟温控排风扇工作，尝试优化控制方案，设计简单闭环控制装置。
03
体会自动控制技术的生活价值，关注控制技术发展，树立严谨务实的工程设计意识。
04
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
新知导入
大家是否见过在工厂流水线上工作的机器人 是否见过餐厅里的送餐机器人 是否见过医院里的接待机器人 这些设备都是由控制系统指挥的，都可以分为输入、计算、输出三个部分。科技正在飞速发展，控制系统越来越受到重视。
新知导入
本单元我们将运用“输入一计算—输出”这一普遍模式，分析、设计控制系统的运行过程和控制过程。
◎控制系统的分类有哪些
◎如何描述系统的运行过程和控制过程
◎控制系统的目的是什么
你将学习
新知导入
自动控制是控制系统的一种形式。自动驾驶已成为人类发明汽车以来的重大颠覆性创新，不仅影响了汽车工业，还对社会发展、出行体系等产生了巨大影响。
2022年12月22日，中国首个低速自动驾驶系统性能测试认证在北京经济技术开发区举行颁布仪式。
你知道吗？
新知导入
请和小伙伴一起讨论一下，如果让你设计生活中的自动化产品，你会设计什么呢 它们又有哪些特殊功能呢
学习热身
新知导入
◎什么是控制回路
◎如何描述系统控制的过程
◎控制系统的分类有哪些
本课中你将学习
新知导入
控制系统在日常生活中随处可见，如家中的洗衣机、马路上的红绿灯、学校里的铃声系统……通过理解和应用各种控制方法，我们可以让系统“听话”,实现预期的目标。这不仅是科技的奇迹，更是智慧与创新的结晶。
探究新知
环节1：什么是控制回路
如果家里有空调，你可能见过如右图所示的空调遥控器，可以利用它控制空调设定一个理想的居室温度。
探究新知
环节1：什么是控制回路
假设你想要设定的理想温度是26℃，空调的控制过程如下。
◎当按下空调开关键时，遥控器发送一条指令打开空调。
◎通过温度键设置理想温度为26℃。
◎温度传感器不断向空调控制器发送室内的实际温度。
◎若室内温度高于设定值26℃,则输出冷气；否则，停止输出冷气。
探究新知
环节1：什么是控制回路
大多数空调是一个制冷兼制热的系统，室内是空调工作的环境。空调系统会时刻监测室内的温度变化，并将室内温度值作为输入，反馈给空调的计算部分进行判断。这一过程由输入、计算、输出构成了控制回路。
探究新知
环节2：设计并绘制温控排风扇控制回路
夏天，天气很热，爸爸或妈妈在厨房做饭的时候，厨房温度会逐渐升高，他们又经常忘记打开排风扇。看着他们在厨房又忙又热的样子，很心疼。现在请尝试制作一款温控排风扇，当厨房温度升高时，排风扇自动打开；当厨房温度降低时，排风扇自动关闭。
问题情境
探究新知
环节2：设计并绘制温控排风扇控制回路
根据我们的想法和需求，按照控制回路的思想设计温控排风扇方案，温控排风扇系统回路如下图所示。
探究新知
环节2：设计并绘制温控排风扇控制回路
当温控排风扇正常工作时，系统通过温度传感器不断监测厨房环境温度，温度传感器将温度值输入系统的计算部分，计算部分将输入的环境温度值与设定温度值进行比较，若环境温度值不低于设定温度值，则输出打开信号，打开排风扇，系统进入排风状态；若环境温度值低于设定温度值，则输出关闭信号，关闭排风扇，系统进入待机状态。
控制过程与状态变化
探究新知
环节2：设计并绘制温控排风扇控制回路
将温控排风扇系统要素按照输入、计算、输出三个功能模块划分出来。
输入部分 计算部分 输出部分 系统状态
温度传感器 (环境温度信息和 设定温度值) 主控板和程序 (环境温度≥设定温度) 打开排风扇 排风扇转动排风
温度传感器 (环境温度信息和 设定温度值) 主控板和程序 (环境温度<设定温度) 关闭排风扇 排风扇停止转动
外接电源 或者内部电源 无 提供电能 正常工作
探究新知
环节3：利用编程模拟温控排风扇工作过程
根据设计思路，在主控板环境下编程模拟温控排风扇系统，我们需要按照输入、计算、输出、其他四部分准备设备，如下图和表所示。
探究新知
环节3：利用编程模拟温控排风扇工作过程
根据设计思路，在主控板环境下编程模拟温控排风扇系统，我们需要按照输入、计算、输出、其他四部分准备设备，如下图和表所示。
部分 设备 功能
输入 温度传感器 监测环境温度
计算 主控板 控制排风扇开关
输出 排风扇 排风
其他 电池、连接线 提供电能、连接设备
探究新知
环节3：利用编程模拟温控排风扇工作过程
单有硬件无法完成温控排风扇系统，需要在计算部分设计相配套的算法，对整个系统进行控制，才能将输入和输出设备联系起来，进而作用于外界。
算法描述
探究新知
环节3：利用编程模拟温控排风扇工作过程
1.创建1个存储变量，存储温度设定值
2.一直循环下列操作：
3. 在屏幕上显示温度设定值
4. 在屏幕上显示外界温度值
5. 判断：如果外界温度值≥温度设定值，执行下列命令：
6. 打开排风扇
7. 保持60秒
8. 否则：
9. 关闭排风扇
10.结束循环
算法描述
探究新知
环节3：利用编程模拟温控排风扇工作过程
1.创建变量
在图形化编程软件中定义一个变量my_sheding,存储温度设定值。
程序实现
探究新知
环节3：利用编程模拟温控排风扇工作过程
2.添加传感器
单击图形化编程软件界面左侧“扩展”中的“添加”，在“传感器”分类中加载热敏电阻，在“执行器”分类中加载风扇。
程序实现
探究新知
环节3：利用编程模拟温控排风扇工作过程
2.添加传感器
单击图形化编程软件界面左侧“扩展”中的“添加”，在“传感器”分类中加载热敏电阻，在“执行器”分类中加载风扇。
程序实现
探究新知
环节3：利用编程模拟温控排风扇工作过程
3.编写程序
按照算法在图形化编程软件中编写程序，如图所示。
程序实现
探究新知
环节3：利用编程模拟温控排风扇工作过程
同样地，从输入、计算、输出三个环节，系统、全面地考虑当前的温控排风扇系统的优点和不足，如表所示。
反思与改进
环节 优点 不足
输入 很灵敏，操作简单 若在冬天设定温度过高，则会有延时，建议改用烟雾传感器
计算 逻辑严谨，考虑到了输出延时60秒 建议根据具体环境调整延时时间
输出 准确 排风扇有点小
探究新知
环节4：生活中的闭环控制系统和开环控制系统
具有控制回路的系统在生活中普遍存在，这类系统最大的特点是将系统对环境的影响作为反馈信息，再输入系统内部作为再次控制的重要依据，这类系统叫做闭环控制系统，常见的有电冰箱、微波炉、电烤箱等。还有一类如大炮、手枪、弓箭等没有反馈信息的控制系统，它们叫做开环控制系统。
探究新知
环节5：探索
尝试补充电冰箱的回路控制过程图。
探究新知
环节5：探索
参考
探究新知
环节6：拓展
根据温控排风扇系统的不足，改进自动排风扇系统方案，并尝试实现这套方案。
探究新知
环节6：拓展
系统采用温度传感器 + 烟雾传感器双检测信号，任一指标达到设定阈值即可启动排风，冬天炒菜产生烟雾就能立刻启动风扇，解决冬季温度触发延迟的问题；
增加按键模块，可根据厨房大小、油烟多少，手动调整停机延时的长短；
将原有小排风扇更换为大风量排风扇，提升排风效果；以掌控板作为控制器，继电器作为执行器，构成闭环控制系统，传感器持续采集环境信号反馈回控制器，实现自动控制。
改进方案
探究新知
环节6：拓展
改进方案
课堂练习
1.空调控制系统中，温度传感器属于控制回路的哪个部分？（）
A.输入部分
B.计算部分
C.输出部分
D.供电部分
一、选择题
A
课堂练习
2.下列属于闭环控制系统的是？（）
A.手枪
B.电冰箱
C.弓箭
D.大炮
一、选择题
B
课堂练习
3.温控排风扇系统中，负责判断温度并输出开关指令的是？（）
A.温度传感器
B.主控板与程序
C.排风扇
D.电源
一、选择题
B
课堂练习
1.控制回路也可称为反馈回路，核心是将输出结果反馈给计算部分。（）
2.开环控制系统具备完整的反馈信息，可以根据输出调整控制逻辑。（）
3.温控排风扇的系统状态包括排风状态和待机状态两种。（）
4.所有控制系统都可以划分为输入、计算、输出三个基本部分。（）
二、判断题
1.√2.×3.√4.√
参考：
课堂练习
请简述空调温度控制的完整回路过程。
举例说明开环控制系统与闭环控制系统的核心区别。
三、解答题
课堂练习
1.设置理想温度后，温度传感器持续采集室内实际温度并反馈给控制器；控制器对比实际温度与设定值，若高于设定值则输出冷气，反之停止制冷，形成闭环反馈控制。
2.核心区别是有无反馈：闭环系统有反馈，如电冰箱会监测内部温度并自动调节制冷；开环系统无反馈，如大炮发射后无法根据落点调整发射参数。
参考：
课堂总结
本节课我们认识了控制回路的基本概念，通过空调、温控排风扇两个生活案例，掌握了控制系统“输入-计算-输出”的基本结构，明确了反馈在控制回路中的作用，区分了有反馈的闭环控制系统和无反馈的开环控制系统，还了解了用图形化编程模拟控制过程的思路。课后大家可以观察身边的自动控制设备，试着用今天的知识分析它们的控制逻辑。
课堂板书
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让备课更有效
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Thanks!

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