资源简介

第一节 控制的手段与应用
教学目标：
　　1.通过分析社会各领域的具体例子，理解控制的涵义及其在生产和生活中的应用。
　　2.通过学习，培养学生注意观察问题，发现问题，帮助学生了解控制的作用。
　　3.激发学生了解控制，研究控制的兴趣与热情。
　　4.理解控制的含义
教学重点：
　　理解控制的涵义。
教学难点：
　　理解控制的涵义。
教学过程：
引入：
　　提出本学期的教学计划，引导学生重视本学期的教学工作，做好会考的复习准备。
　　[录像]通过卓别林的《城市之光》录像片段，引入新课。
新课教学：
一、控制是普遍存在。
用一些典型的、生活中的例子让学生了解控制是普遍存在，对控制有初步的认识，打破其神秘感。
现代社会中的例子：
生产、生活中的例子（图片）
古代社会中的例子：
案例1：大禹治水（图片）
请学生讲述《大禹治水》的故事
并提出问题，让学生思考。
问题：大禹治水过程中，通过什么手段实现治理好水患的目的？
通过“疏通河道，泄洪为主” 手段实现治理好水患的目的。
案例2：木牛流马
请学生讲述《木牛流马》的故事：“（建兴）九年，亮复出祁山，以木牛运,粮尽退军，与魏将张郃交战，射杀郃。十二年春，亮悉大众由斜谷出，以流马运。…”
据研究：木牛和流马是汉代独轮手推车的两种改进设计，通过改进使人的负重有所减轻。木牛是一种轮子稍小一些的独轮手推车，载重大，前由人拉、后由人推，运行较慢；流马载重小，轮子稍大一些，由一人推，运行速度很快。诸葛亮所说“木牛流马”应是比喻它们运行的灵便程度和载重量的大小：木牛行动较笨而慢，像牛；流马行动敏捷而快，像马。不是说它们外形像牛像马。
目的：帮助军队运送战略物资。
案例3：希罗自动门（图片）
希罗自动门的相关材料见教参P66或江苏版P107。
希罗自动门说明了什么道理？
道理是：利用气压和液压动力装置，实现自动开门、关门。
总结：事物发展的结果可能是人们预先期望的，也可能与预期的目标不相符，甚至是不希望得到的。如果人们想达到某一特定的目的，就必须运用适当的手段来实现。
那么，运用什么手段来实现呢？
（引入控制的概念）
二、控制的涵义
　　控制是根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定方向发展的行为和过程。
　　结合事例（用音乐喷泉的事例），重点阐明控制的对象是什么；控制要达到什么目的；采取什么控制手段。
课本马上行动

控制事例 控制的对象 控制的目的 控制的手段
电风扇扇叶转速快慢的控制 电风扇 调节速度 换档
音响的音量控制 音响 音量的调节 旋钮
燃气热水器温度的控制 热水器 调节出水口温度的高低 改变燃气火头的大小
用喷雾器喷洒农药 喷雾器 给庄稼治病 操作喷雾器的手柄
[探究活动]
请同学们说说你在生活学习中所见到的应用控制的事例。
如：
学校：学校的音乐铃声、多媒体教学系统、足球场草地自动喷淋系统、体育馆的自动伸缩坐椅等。
家庭：冰箱、电饭煲、微波炉等。
社会：交通信号灯、电子警察、电梯、程控电话交换机等
三、控制的分类
从控制过程中人工干预的情形来分：
人工控制：人工纺纱、普通自来水龙头，旋转按钮打开电灯、驾驶汽车等；
自动控制：数控机床、饮料自动装罐生产线、花房恒温控制、十字路口红绿灯的转换等
按照执行部件的不同，控制分为：机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等
对于自动控制
按控制方式分为：开环控制、闭环控制和复合控制。
3、控制的应用
控制的应用自古就有，并在近代得到迅速发展，在社会生产生活的各个领域都有极其广泛的应用。
通过事例说明控制在社会生产生活的各个领域的应用。
　　案例1：汽车自动化生产线。（图片）
　　案例2：农业现代化设施。（图片）
　　案例3：现代网络家电。（图片）
小结与练习：
　　1、控制是普遍存在。要求学生能列举事例。
　　2、控制的涵义。要求学生在理解的基础上掌握好其控制的涵义。
　　3、控制的应用。
第二节 控制系统的工作过程与方式
一、教学目标
　　 ◇ 通过生活中实例的分析，理解控制系统的含义
　　 ◇ 掌握开环控制系统的基本组成和工作过程
　　◇ 学会开环控制系统方框图的画法
　　◇ 逐步形成理解和分析简单开环控制系统的一般方法
　　
　　二、教学内容分析
　　开环控制系统教学内容，是后节闭环控制系统学习的重要基础。 “控制系统”和“开环控制”，均是本单元的重要概念。
　　生活中不乏简单控制系统的应用，人们对此往往象看待日出日落一类自然景色般的习以为常。本部分内容的学习，正是要引导学生，从技术的角度、用控制的思维看周围的存在，分析其道理。
　　本课教学内容，从学生生活经验出发，从实例分析入手，归纳出对控制系统的一般认识，以及根据控制系统方式分类的开环控制系统和闭环控制系统两类，并侧重对开环控制系统的工作过程、方框图、重要参数进行分析。
　　本课要解决的重点、难点分别是：
　　开环控制系统的工作过程分析
　　用方框图描述开环控制系统的工作过程
　　
　　三、学习者分析
　　学生已具有电学、力学的基础知识、系统的基本概念，具有信息传递的基本知识和体验，具有观察和使用简单控制系统的生活体验，所有这些知识和经验储备，一是为教学中师生共同寻找教材以外的案例进行分析归纳，提供了学习行为的保障，二是为开环控制系统试验操作提供顺利进行的可能。
　　
　　四、教学策略
　　◇ 心理学家罗杰斯认为，学生的自发性与主动性是学习的动力。教师要强调技术课学习的需要、愿望、兴趣与技术学习的材料的内在联系，建立开放的课堂气氛，教师作为学习的参与者参加学习的活动。本课教学中，多采用问题解决这一学习活动为主线，通过激发学生的认知内驱力和自我提高内驱力，以引导学生有计划地达到解决问题的目的。
　　◇先行组织者策略，选择与学习开环控制系统有包容性、概括性的引导性材料，以建立新、旧知识经验之间的联系，逐步加强学生对开环控制系统工作过程和方框图的理解和应用能力。
　　◇ 创设情境，引导学生分析生活中的开环控制系统工作过程和方框。
　　◇ 设置问题，引导学生进行一般意义上的归纳总结。
　　◇ 动手试验，体会开环控制系统输入与输出的关系。
　　
　　五、教学资源准备
　　多媒体设备、相关图片资料、技术试验工具、材料等
　　
　　六、教学过程
　　
　　
序号 教学步骤 教师活动 学生活动
1 设置引导材料 1 、拔动教室电灯开关，灯的亮与不亮与手动有关 2 、播放图片，声光感应开关，当有声音时灯亮 3 、播放图片，红外感应出水龙头，手靠近水龙头出水，离开则不出水 4 、播放图片，宾馆自动门，当有人进入，门自动打开 师生归纳、抽象以上活动的特征 一个输入信号（如手拔开关）对应着一个输出信号（如灯亮或不亮）
2 开环控制系统工作过程、特征与举例 灯的开关控制的过程、框图： 输入信号——开关——灯——输出信号 （图略） 学生： 1 、分析 自动烘手机工作过程：是靠着红外线感知手的靠近过程，没有人用的时候，鼓风机和加热电炉丝都自动切断了电源。当手的温度在红外传感器监视范围之内的时候，烘手机就启动。 2 、写出： 感应出水龙头控制框图， 宾馆自动门的控制框图， 最后归纳出开环控制系统的一般方框图
抽象开环控制系统事例的框图 1 、分析简单开环控制系统的工作过程 2 、导出开环控制系统特征： 系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递
引导学生分析： 1 、生活中还有哪些开环控制系统？ 2 、这些开环控制系统给人们的生活生产带来什么方便？ 3 、针对实例说明开环控制系统的特征。 学生： 1 、列举生活中开环控制系统实例 2 、 居民楼道里使用的是自动声控灯。这种灯有很多好处，它可以节约能源，还可以减少开关的磨损，并且极大方便了过客。 3 、认识开环控制系统是生活生产中最常用的方式，它的输出仅受输入控制。
开环控制系统经典应用案例分析 “希罗的自动门”控制的工作过程分析说明 1 、画出“希罗的自动门”控制方框图 2 、分析一个开环控制系统工作过程
3 开环控制系统的试验 1 、说明试验的基本步骤 2 、指导学生观察拉动线绳，纸猴表情的变化（图略） 1 、制作一纸猴，拉动背后的线（输入），纸猴的动作表情发生变化（输出） 2 、观察、体验输出信号与输入信号之间对应关系
4 练习、讨论 教师适当组织、引导 1 、酒店自动叫醒报务控制系统的工作过程，画出方框图 2 、当系统自身计时出现误差时，叫醒报务时间是否准确？也就是系统能否修正这一误差？
5 小结 教师引导、补充 学生归纳、整理本课内容，学习收获
　　七、教学反思
　　社会生活中，开环控制系统应用具有十分重要的实践意义，本节课通过对开环控制系统中控制过程的理解，有助于学生将日常所见控制事例上升到运用技术思想和方法理解并分析，并学会应用简单的开环控制方法来解决现实生活中遇到的问题，有助于发展学生良好的逻辑思维品质。
　　本节课没有首先从概念入手，讲什么是开环控制系统，工作过程如何、框图如何画等，而是选择适当材料，从实例的分析开始，与学生共同归纳、抽象实例的特征，从而引出开环控制系统工作过程的分析，课堂教学一个重要特点是，淡化对概念或定义的描述，侧重机理的分析，我认为，这是技术课程教师需要引起重视，也是它有别于科学类课程的不同之处。
　　课堂上从材料分析，到开环控制系统特征和框图的归纳，到学生寻找生活中开环控制事例，到经典案例分析，到学生动手试验，再到讨论、练习、小结，环环相扣，设计流畅，学生始终参与全程教学活动，能吸引学生注意力，引导学生思维步步深入，从认识问题、分析问题到解决问题，符合高中学生认知规律，使学生体会到控制系统的学习并非深奥高不可攀。本节课教学为后续学习打下了良好基础。
控制系统的工作过程与方式（第2课时）教学设计
来源：普通高中通用技术课程 作者： 时间：2007-12-25 点击：
２００７年通用技术教师教学设计评比作品
苏教版《技术与设计2》第四单元 控制与设计第二单元
一、教学目标分析
（一） 通过案例的分析，理解闭环控制系统的含义。
（二） 掌握闭环控制系统的基本组成和工作过程，会画闭环控制系统方框图。
（三） 对学生进行现代技术思想和高科技思想方法的指导，使学生获得新信息。
二、教学内容分析
　　本课教学内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”的第二节“控制系统的工作过程与方式”的第2课时。在学生学习了开环控制系统的基础上学习闭环控制系统的。上节课让学生对控制手段和控制应用有所了解,这节课主要让学生进一步学习闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程。通过本节课学习，主要教育目标是培养和提高学生的技术素养。我们知道，生活中有许多简单控制系统的实例，因此，本课教学要从学生生活经验出发，从实例分析入手，主要对闭环控制系统的工作过程、方框图进行分析。
三、学习对象分析
　　学生已学开环控制系统的基础知识和系统、控制等基本概念，具有观察和使用简单控制系统的生活体验，这些已知知识和经验为教学中提供了条件，同时也为本节顺利进行闭环控制系统的学习提供了可能。
四、教学策略分析
（一） 让学生自发地、主动地学习。本课教学中以生活中最常见的“杆称”控制系统等问题解决闭环控制系统的工作控制流程，激发学生的认知，引导学生自发地把生活中碰到的闭环控制系统的问题解决。
（二）创设情境。生活中闭环控制系统的例子很多，如电冰箱的温度控制系统、抽水马桶的水位控制系统等，引导学生分析生活中的闭环控制系统工作过程和方框，加强学生工作过程和方框图的理解和应用能力。
（三）通过 “杆称称物品”等试验让学生体会闭环控制系统输入与输出的关系和工作过程。
五、教学资源准备
日常生活中常用的杆称
六、教学过程
教师：上节课我们学习开环控制系统，这节课我们接着学习闭环控制系统。
【板书】：闭环控制系统
（一）教师复习开环控制系统并引入新课
上节课我们学习了开环控制系统，
随着技术飞速发展，人们运用控制系统的技术越来越广泛现在我们不光用开环控制系统，还用闭环控制系统，现在我们学习闭环控制系统。
现在我们做下面的一个活动，用“杆称”称东西。活动的规则是：根据教师提供的数据称物品。
根据教师提供的数据称物品的这一活动过程中，根据上节我们学习的开环控制系统的方框图，与这一活动中有何不一样的？
物品多了，或少了怎办？
这就是本节课的关键所在。
根据上节的控制先写出输入与输出，具体的控制器与执行器，被控对象与被控量。
输入量是给定物品的量，输出是物品的量，控制器是大脑，而执行器是手，被控量是物品的多少，被控对象是杆称。
这是这一活动中控制的方框图，大家注意，在这一控制中多了“眼睛”，“眼睛”在这个控制中的作用是检测物品的量与给定的量的比较，在这个控制中所起的作用是检测装置的作用，也是今天我们所学的内容闭环控制系统。其方框图如下：
好现在看看教材中的案例，按给定水量控制游泳池注水的控制P105-106页。分析控制中的输入、输出、控制器、执行器、被控对象。其工作过程及方框图进行分析。
动动手：
生活中的例：保温电饭煲的温度控制、电冰箱中的温度控制，它们属于哪种控制分析其工作过程，写出控制的方框图。
小结：今天我们学习了闭环控制系统，其控制的方框图如下：
练习：说说其控制过程，并写出方框图。
1给玻璃杯倒水 2 天平称称物品
七 板书设计
八、教学反思
　　闭环控制系统在生产、生活中具有重要意义，通过本节课学习我们对闭环控制系统中控制过程的分析，同学们理解控制系统和闭控制系统，了解生活中闭环控制如何用来解决问题实际问题。本节课从一活动入手，让学生了解闭环控制系统，其工作过程如何、框图如何画等，而是从实例入手，通过做试验，与学生共同分析、从而得出闭环控制系统工作过程。通过学生学习了解现代技术的思想和方法，从而使学生获得更多的知识，认识生活中的闭环控制的实例
第三节 闭环控制中的干扰与反馈
一、教学目标：
　　1、了解控制中存在干扰，学生能理解干扰的概念，掌握克服干扰的基本方法。
　　2、熟悉闭环控制系统中反馈环节的作用。
　　3 、了解功能模拟方法和黑箱方法。
　　4、通过内化干扰的知识，形成正确的对系统中干扰的认识，并建立稳定的控制系统认识态度。
二、教学重点与难点
教学重点：
　　1、了解实际控制系统中会存在干扰影响控制；
　　2、让学生能够分析简单控制系统中的干扰，理解克服干扰的基本原则，分析克服干扰的具体方法，并结合开环和闭环控制进行对比；
教学难点：
　　1、分析克服干扰的具体方法；
　　2、综合理解开环与闭环的优劣只是相对的，理解干扰不是全有害的。
三、教学过程：
引入：
一、复习与回顾
1、控制系统的组成部分是什么？
画出开环控制系统的框图。
提问学生，让学生在这基础上将框图补充为闭环控制系统图。
二、引出反馈的概念
1.什么是反馈？
控制系统中，讲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）。
2.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。
事例 输入 检测装置 输出
“穿针引线” 线的位置 人的眼睛 线与针孔对准
投掷飞镖 靶的位置 (期望值) 眼睛 飞镖实际投掷的位置
三、 闭环控制系统的工作过程
闭环控制系统就是系统的输出端与输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生影响的控制系统。
核心：通过反馈来减少被控量(输出量)的偏差。
四、干扰因素
【游戏引入】 真正的控制系统在运行的过程中还会存在很多的因素影响：
控制羽毛球降落游戏：
1、在正常条件下降落。
2、在有侧风的条件下降落。
问题：如果不按正常条件下的降落方式还能正中目标吗？为什么？
对比两种情况的异同：受外界影响，控制的行为受到影响 /P>
（1）、干扰的概念
【涵义】：干扰就是对控制系统的行为造成影响的有害的信号及扰动，即除给定量外，引起被控量量值变化的各种因素。
要点：系统行为、被控量量值变化；引起变化的各种因素。
（2）、干扰对控制功能的影响
1、现实生活中的干扰的例子
A、外界光线对投影效果的干扰
（对周围的控制系统的分析，就近对课室投影的干扰分析，学生更有体验）
B、轮船行使中的干扰
（录像演示波浪对轮船的干扰）
C、汽车驾驶的干扰（录像演示干扰的一个方面）
（汽车行使中的干扰，比较常见，引导学生引发对交通控制的进一步思考，为后面的内容拓展到社会大环境设下伏笔）
2、思考与分析
（1）在出现干扰的情况下，开环控制系统和闭环控制系统哪种受干扰的影响小？为什么？
闭环控制系统受影响较小，因为闭环控制系统能不断修正控制效果。
（2）举出一些由于干扰而使控制系统受到影响的例子。
雨天交通 病毒攻击 手机干扰飞机
（3）、克服干扰的基本方法
如何消除侧风对羽毛球下落的干扰？（呼应前面举的干扰，进一步思考克服干扰的方法）
（一）克服的基本方法：
1、消除干扰
2、减弱干扰
3、提高控制系统性能
（二）小组讨论
分析下列控制中的干扰，请同学们以小组为单位，讨论如何克服该控制系统中的干扰并对对方组的抗干扰方法发表自己的看法：
第1、2大组：汽车驾驶
第3、4大组：轮船行使
（在学生讲解的同时演示教师对问题的解释）
汽车驾驶：
1、控制系统的克服措施：
刹车、转向、鸣喇叭；
2、针对干扰源的措施：
加强国民交通意识；
3、管理措施：
交通部门设立道路隔离带、交通法加重对违章的处罚；
轮船行使：
1、环境因素：
《控制系统的设计与实施》教学设计
1．教材分析及教学设计介绍
　　本节课内容为本节的第四课时，是本节、本章、本书的最后一个课时。在前面的学习中，学生已经了解了结构、流程、系统、控制与设计的关系。设计是技术的重要组成部分之一，而且《技术与设计2》大部分都是围绕着设计这个主题来展开的。
　　结构是设计的基础，流程是设计的方法，系统是设计的保障，控制是设计的关键。
　　本节课可使学生了解控制系统设计的一般思路和步骤，以电加热器的设计为例，实现发热、包层、控制、定时、过热保护等，这电加热器，大部分的学生都有一定的使用各损坏加热器的经验，作起来有一定的实践性。
【学情分析】
　　学生对一些产品有一定的使用经验，这些经验有成功的，也有失败的，通过控制系统的分析与设计，使学生对一定的实践经验的生活经历，上升到一定的理论认识，对失败的使用经验，能从控制与设计的角度重新的认识。
【教学目标】
知识与技能：
（1） 了解简单被控制对象的基本特征。画出系统方框图，形成初步设计方案
（2） 能设计制作一个控制方法，能进行模拟控制并调试。
过程与方法：通过案例式的探讨和实践改良的技术活动，提高分析能力，培养探究精神。学习权衡的思想。
情感、态度和价值观：
（1） 通过对控制系统的设计与实施的分析，体会产品设计中人性化的设计思想。
（2) 培养认真严谨的态度，进而树立“以人为本”的设计理念。
（3) 通过多种形式的教学活动，提高学生学习技术课的兴趣。
【重点与难点】
重点：控制系统设计的一般思路。
难点：闭环系统的设计。
关键：案例分析与方框图的绘制。
【教法设计】
（1）通过教师的引导和实例，探究控制系统设计与实施的含义。
（2）通过体验活动，结合学生生活经验，归纳总结控制系统设计与实施的方法。
（3）讲解设计的一般思路，要有所侧重，从众多的因素中选出重点的，不必面面俱到。
（4）通过实践改造活动，让学生感受和领悟，创新的设计思想，并引导学生思考实现合理的设计与控制还要考虑的因素。
【学法设计】
引导学生进行“问题式学习”，通过尝试——发现，探索——研究的过程来掌握本节课的知识，在老师的帮助下，把生活中的经验逐步与控制系统联系起来，通过动手实践、改造，亲身体会这种控制实施方法，体验成就感！
【教学资源准备】
以学生动手做与设计方框图为主，制作电吹风控制系统的视频，课件容纳一些视频和例子说明及方框图的展示。
【教学策略】
　 本节书从理论上讲内容较难，学生理解起来比较困难，为了能有较好的课堂效果，设计如下：
（1）通过一些具体的生活中例子对比来导入有关控制的设计方法，从而引入课题。
（2）教师根据课本中的案例，引导学生解决问题，提高学习的自主能力。
（3）寻找一些贴近学生生活实际和典型的《电吹风》《电暧气》（有开环与闭环两种）等案例，利用媒体教学手段增加课堂气氛，帮助学生在快乐、轻松的氛围中掌握知识。抽水马桶水箱不适合农村的学生，自动升旗控制的设计，难度相对高些，但比较实用，但要结合学生玩电动车的经验。
（4）老师起到引导的作用，学生为主体，在学生掌握的基础上，课堂交给学生。让学生进行设计。设计个改进身边的一些控制系统，从而使得学生完成本课堂的内容。
2．教案
【新课教学】
1、控制系统设计的一般思路
选择开环还是闭环：依据控制精度与条件。
被控对象特性的获取方法：往往难以直接得到，从输入与输出之间的关系，
若干个干扰因素的分析：找了影响最大的。
简单系统的控制：
执行器与检测器的选择：
设计图样等：
开环控制系统的设计
电风扇，电吹风的设计：
电风扇控制系统的设计：被控对象是电风扇，被控制量是电风扇输出的风速，控制量是电机的转速。设计的目的有：一是有定时关闭电风扇。二是有不同的风速。三是又定时，又有不同的风速。
案例分析：电吹风控制系统的设计（要先介绍一下电吹风的工作原理）
与学生一起分析，这个系统要达到的目的是什么？控制的对象是什么？被控对象有哪些特性？被控量的控制量分别是什么？外界的干扰因素是什么？经济实用？安全教育与设计。
可以选择熨斗，电加热棒，电褥子等进行分析，这些设备，学生有一些使用的经验，拿出来加以分析，还可以增加学生的安全意识。
2、 闭环控制系统的设计
对于简单的闭环控制系统有如下的要求：
① 必须是稳定的。一是工作时要稳定，二是干扰出现时要稳定，这个稳定是通过调节而出现的稳定。
② 控制精度要符合要求系统的输出值与给定值要变化，而且在变化的范围内。
③有较好的抗干扰性能。
④ 几项要求有时产生矛盾，要平衡有侧重点的解决。
案例分析：抽水马桶水箱的自动控制系统的设计。
设计目的与节水：
设计项目：
设计要求：
设计分析：
被控量，控制量，干扰量。分析设计思路。
绘制方框图：
知识与技能：
让学生了解在设计的一般思路，应注意目的，控制量与被控量干扰因素。选择输入与输出的关系检测，执行器，检测器的选择。
让学生自行画出与设计方框图。
综合实践：近几年的冬天，总一些报道说，太阳能热水器出现冻坏的住户，请利用控制系统的知识，分析一下原因，并提出修改设计方案。
【课外拓展】
　　为了加深学生对知识的记忆、理解，鼓励学生全面的、辨证的分析问题。对生活中的一些个系统进行分析，思考，并能收集一些设备的工作原理，只有在掌握了大量的系统的工作原理，占有大量的资料的前提下，对系统进行分析，画出方框图，才能对其设计有一定的了解。
(共27张PPT)
第一节 什么是控制
举例：
开关 灯的亮与不亮
一个输入信号（手拔开关）对应着一个输出信号（灯亮）
开关
落地灯
输入信号
输出信号
小试验1：闭上眼睛写“控制系统”四个字
输入量：
老师的指令
输出量：
所写的字
“闭上眼睛写字”的控制过程方框图
手
大脑
输入
笔
输出
执行器
控制器
输入量
被控对象
输出量
控制是人们为了使事物向期望的方向发展所采取的手段。
控制系统：
用以完成一定控制任务的元、部件的组合。控制系统的输入输出之间有一定的对应关系。
不管什么控制系统都是为了实现人的意图。
二、开环与闭环控制系统
第二节 控制系统的工作过程与方式
一、控制系统
常规灯：
开(开关)——有电流,灯亮
关(开关)——无电流,灯灭
亮度可调灯：
关(开关)——无电流,灯灭
开(开关)——有电流,灯亮
电阻减小——电流增大
灯灭灯亮
亮度变化
输出量
输入量
控制系统
声音
手动
声控灯：
有声——有电流,灯亮
无声——无电流,灯灭
常开(断开)接点
声传感控制器
输入量
灯泡
输出量
声控灯控制系统方框图
开环控制系统特征
系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递
开环控制：
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统就是开环控制系统。
执行器
控制器
输入量
被控对象
输出量
开环控制系统方框图
电动机
声音传感控制器
输入量
门
输出量
可以识别、
记忆
的芯片
门的开、关
声音：
“芝麻芝麻，
开门吧”
“芝麻开门”声控开门系统的控制方框图
“芝麻开门”声控开门系统的控制方框图，有兴趣的同学课后可以制作模型，把神话变成现实。
生活中还有哪些开环控制系统？应用一般开环控制系统方框图画出以下控制系统的控制方框图。
公共汽车车门控制系统。
红绿灯定时控制系统。
防盗报警系统。
火灾报警系统。
音乐喷泉控制系统。
闹钟定时控制系统。
自动烘手机
自动烘手机控制系统的控制方框图
常开(断开)接点
红外线传感控制器
输入量
鼓风机和加热电炉丝灯泡
输出量
遥控玩具汽车模型的控制方框图
各种开关
红外线遥控器
输入量
玩具汽车模型
输出量
解决“闭环控制系统”
相关问题：
实例： 鹰发现猎物后，马上用眼睛估计它与猎物相距的距离和猎物的方位，并向猎物飞行。在飞行的过程中，鹰的眼睛不断测出自己与猎物的差距，大脑不断作出判断，通过调整翅和尾的飞行状态，以缩小差距，使自己的位置越来越接近猎物，直到捕获到它为止，这一过程就是鹰的飞行控制过程，是闭环控制过程。
目测位置
-
大脑判断
飞行
捕猎物
猎物位置
实际位置
+
过程分析：
闭环控制系统的特征
在系统的输入量和输出量之间，还有一条从输出量返回到输入端的反馈环节，它们形成了一条闭合回路，反馈环节使得输出量的改变对控制的过程产生直接影响。
平射炮
巡航导弹
风力发电机
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
干扰信号
+
反馈环节
-
与开环控制系统对比：
　1、 有无反馈
　2、信息流传递方式
古希腊水钟
抽水马桶原理(共17张PPT)
二、开环控制系统
第二节 控制系统的工作过程与方式
一、控制系统
控制是人们为了使事物向期望的方向发展所采取的手段。
控制系统：
用以完成一定控制任务的元、部件的组合。控制系统的输入输出之间有一定的对应关系。
不管什么控制系统都是为了实现人的意图。
同学们面对自然现象，不要怨天尤人，要增强人对自然现象的控制意识。
问题提出
分别画出电灯、亮度可调灯、声控灯的电路图。
常规灯：
开(开关)——有电流,灯亮
关(开关)——无电流,灯灭
声控灯：
有声——有电流,灯亮
无声——无电流,灯灭
亮度可调灯：
关(开关)——无电流,灯灭
开(开关)——有电流,灯亮
电阻减小——电流增大
灯灭灯亮
亮度变化
输出量
输入量
控制系统
声音
手动
常开(断开)接点
声传感控制器
输入量
灯泡
输出量
执行器
控制器
输入量
被控对象
输出量
声控灯控制系统方框图
开环控制系统方框图
开环控制：
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统就是开环控制系统。
执行器
控制器
输入量
被控对象
输出量
开环控制系统方框图
电动机
声音传感控制器
输入量
门
输出量
可以识别、
记忆
的芯片
门的开、关
声音：
“芝麻芝麻，
开门吧”
“芝麻开门”声控开门系统的控制方框图
请写出“芝麻开门”声控开门系统的控制方框图，有兴趣的同学课后可以制作模型，把神话变成现实。
小试验1：闭上眼睛写“控制系统”四个字
输入量：
老师的指令
输出量：
所写的字
“闭上眼睛写字”的控制过程方框图
手
大脑
输入
笔
输出
执行器
控制器
输入量
被控对象
输出量
生活中还有哪些开环控制系统？要求学生应用一般开环控制系统方框图画出以下控制系统的控制方框图。
公共汽车车门控制系统。
红绿灯定时控制系统。
防盗报警系统。
火灾报警系统。
音乐喷泉控制系统。
闹钟定时控制系统。
自动烘手机
自动烘手机控制系统的控制方框图
常开(断开)接点
红外线传感控制器
输入量
鼓风机和加热电炉丝灯泡
输出量
遥控玩具汽车模型的控制方框图
各种开关
红外线遥控器
输入量
玩具汽车模型
输出量控制系统的工作过程与方式（第1课时）教学设计方案
一、教学目标分析
（一） 通过学生周边实例的分析，理解控制系统的含义。
（二） 掌握开环控制系统的基本组成和工作过程，学会开环控制系统方框图的画法。
（三） 对学生进行技术思想和方法的指导，使学生获得大智慧。
二、教学内容分析
本课教学内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”的第二节“控制系统的工作过程与方式”的第1课时。从总体上看,“控制与设计”这个单元按照控制的手段——控制系统——控制系统的设计这样的思路来组织教材内容。上节课让学生对控制手段和控制应用有所了解,下节课要让学生进一步学习闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程,因此，本课教学非常关键，是承上启下的核心内容。
课程标准规定，通用技术课程的主要教育目标是培养和提高学生的技术素养，而技术素养中技术思想和方法又占有极其重要的地位。本课教学除了继续加深对技术与设计的知识深度和技能程度外，更是培养技术思想和方法的很好的平台和载体。
我们知道，生活中有许多简单控制系统的实例，因此，本课教学要从学生生活经验出发，从实例分析入手，归纳出对控制系统的一般认识，了解两类控制系统，即开环控制系统和闭环控制系统，特别是要对开环控制系统的工作过程、方框图、重要参数进行分析。本课要突出的重点是：对控制系统和开环控制系统的理解以及用方框图描述开环控制系统的工作过程。本课要突破的难点是开环控制系统的工作过程分析。
三、学习对象分析
学生已具有电学基础知识和系统、控制等基本概念，具有观察和使用简单控制系统的生活体验，这些知识和经验为教学中为学生寻找教材以外的案例提供了条件，同时也为电灯、亮度可调灯、声控灯等开环控制系统试验操作的顺利进行提供了可能。
四、教学策略分析
（一） 让学生的自发地、主动地学习。本课教学中以“芝麻芝麻”声控制开门控制系统等问题解决为主线，激发学生的认知，引导学生自发地、主动地解决问题。
（二）创设情境。引导学生分析生活中的开环控制系统工作过程和方框，加强学生工作过程和方框图的理解和应用能力。
（三）通过 “闭上眼睛写字”等试验让学生体会开环控制系统输入与输出的关系和工作过程。
五、教学资源准备
多媒体教学设备、PPT课件、电灯、亮度可调灯、声控灯电路材料等
六、教学过程
教师：本节课我们学习控制系统和开环控制系统
【板书】：控制系统 开环控制系统
（一）教师引导学生活动
1、“搜集我们周围使用控制技术的实例”活动情况交流
引入：回顾一下，上节课我们学习了控制，什么是控制？控制是人们为了使事物向期望的方向发展所采取的什么？手段。
改革开放以后，技术飞速发展，人民生活水平有了很大的提高。我们的社会，我们的家庭的许多产品运用了控制技术。
上节课我布置同学们搜集周围使用控制技术的实例，同学们能不能把你搜集到的控制技术说一下？
请几个学习活动小组组长汇报“搜集我们周围使用控制技术的实例”活动情况。可以使用电子稿。
第10组搜集的是《阿里吧吧和四十大盗》故事中的“芝麻开门”。故事里面主人公阿里吧吧对着门说一声“芝麻芝麻，开门吧！”， 门就开了，这是个用声音控制开门的例子。
教师：这是一个富有想象力的故事，这个故事出自哪部名著？技术发展到今天我们能把它变成现实吗？
由上述实例引导学生归纳控制系统概念
2、控制系统
用以完成一定控制任务的元、部件的组合。控制系统的输入输出之间有一定的对应关系——控制系统
老师：不管什么控制系统都是为了实现人的意图。同学们面对自然现象，不要怨天尤人，要增强人对自然现象的控制意识。
问题提出：这些控制系统是怎样实现组成的？他们的工作过程是怎样的？输入输出之间有怎样的对应关系？
这个也就是本节课的教学目的，下面我们来进行探究。
3、探究
（1）耿雨虹同学为组长的学习活动小组把电子稿拷贝到电脑里面并且通过教室里的多媒体教学系统放映在大屏幕上。
【大屏幕】
“搜集我们周围使用控制技术的实例”学习活动卡
由耿雨虹同学讲解：控制目的、控制对象、控制系统的组成
（2）要求学生分别画出电灯、亮度可调灯、声控灯的电路图，马上行动，找3个同学到黑板上画。
（3）连接线路并进行试验
找3个组（1、3、5组）同学按照电路图分别连接电灯、亮度可调灯、声控灯的电路。连接线路后进行试验。教师提示学生在接通电源前务必要进行检查。
可能有的同学感到奇怪，徐老师怎么教起物理来了，我今天要教大家的不是串联电路，而是控制系统。
（二）教师引导学生对常规灯与声控灯进行对比研究
1、不同点和共同点
教师：下面我们来探究一下它们的不同点，科学家的一个特点就是善于发现事物的不同点。
电灯中电流与开关操作之间的关系,可以表示为:
常规灯：
关(开关)——无电流,灯灭。
开(开关)——有电流,灯亮。
照明用的常规灯,具有几种状态？两种，点亮与熄灭。对应开关有几种状态？两种，开和关。
开——有电流,灯亮，关——无电流,灯灭。
对于亮度可调灯来说, 可以表示为:
亮度可调灯：
关(开关)——无电流,灯灭
开(开关)——有电流,灯亮
电阻减小——电流增大，亮度增加
对于声控灯来说,开关通过声传感器来操纵。
声控灯：
无声——无电流,灯灭。
有声——有电流,灯亮。
老师：不同点在哪里？
引导学生：不同点输入量、输出量不同，它们的组成不同。
老师：同学们，我们来比较一下，它们的共同点在哪里？
谁来归纳它们的共同点？科学家的另一个特点就是善于归纳共同点，我们知道，牛顿名言：“我之所以比别人看得更远，是因为我站在巨人的肩膀上。”牛顿三定律就是牛顿在前人实验的基础上归纳出来的。
引导学生：（共同点）输出与输入之间存在一种单向的逻辑关系。
有输入才有输出，有付出才有收获，输入是因，输出是果，输入和输出是因果关系。
共同点在哪里？
引导学生：共同点表现在技术上可以看成控制系统，可以使用相同的方框图来描述。
老师：能使用相同的方框图来表示吗？
引导学生：用下面的方框图表示。
2、进一步探究——由声控灯控制系统到一般控制系统方框图
老师：控制系统是怎样工作的？我们来探究一下声控灯控制系统的组成。
画出控制过程方框图
由具体到抽象：在这个控制系统中控制器、执行器、被控对象分别是什么？
引导学生：控制器、执行器、被控对象分别是声传感控制器、常开(断开)接点、灯泡。
【板书】：
教师对学生进行技术思想和方法的指导，使学生获得大智慧：由声控灯控制系统到一般控制系统方框图由具体到抽象的一个重要的思想和方法。开环控制系统方框图是对开环控制系统工作过程的总结和概括，如果说我们学习声控灯控制系统方框图只学到一个案例，那么，我们理解了开环控制系统方框图就等于学习了无数个同类型案例。如何让学习变成一件很快乐的事情？同类型题不需要做成百上千道，有数道练习就可以了，重要的是掌握做这一类型题的方法。
3、教师结合声控灯控制系统引导学生归纳开环控制系统概念：
提问：声控灯控制系统输出量对系统的控制产生影响吗？没有。
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。这种控制系统就叫做开环控制系统。
（三）知识迁移——由抽象到具体
请写出“芝麻开门”声控开门系统的控制方框图，有兴趣的同学课后可以制作模型，把神话变成现实。
谁不懂写，请举手。
当你 明确“芝麻开门”声控开门系统是开环控制系统之后方框图
你可以把开环控制系统方框图拿出来，想一想，控制器、执行器、被控对象分别是什么？
引导学生写出：
（四）小试验：闭上眼睛写“控制系统”四个字。
徐老师是在教小学生吗？不是。要求学生体验输出、输入、控制器、执行器、被控对象分别是什么。
输入量：老师的指令 输出量：所写的字
引导请你写出“闭上眼睛写字”的控制过程方框图。
对比开环控制系统的方框图
分析：大脑——控制器，手——执行器，笔——被控对象
我们说闭上眼睛写字就是开环控制。
请同学们课后去试验：睁开眼睛写“控制系统”四个字。
思考：闭上眼睛写字与睁开眼睛写字的区别在哪里？为什么？
以色列的“定点清除”，能够把炮弹打到几千公里以外的行驶的汽车，这是为什么？是不是炮弹长了“眼睛”？对了，正是炮弹长了“眼睛”，这不是普通炮弹，而是导弹。导弹打得准是因为它具备了自动修正的能力。
睁开眼睛写字是否具备自动修正的能力？
从而提出新问题：在控制系统中如何才能具备自动修正的能力？这就是我们下节课程要学习的闭环控制系统
（五）练习
1、生活中还有哪些开环控制系统？
2、要求学生应用一般开环控制系统方框图在以下控制系统中任选2个画出其控制方框图。
公共汽车车门控制系统。
红绿灯定时控制系统。
防盗报警系统。
火灾报警系统。
音乐喷泉控制系统。
闹钟定时控制系统。
自动烘手机控制系统
游泳池注水控制系统
七、【板书设计】：
控制系统 开环控制系统
学生画的电灯、亮度可调灯、声控灯的电路图。
开环控制系统方框图
八、教学反思
开环控制系统在生产、生活中具有重要意义，本节课通过对开环控制系统中控制过程的分析，帮助学生理解控制系统和开环控制系统，并学会应用简单的开环控制方法来解决问题，使学生的逻辑思维品质得到了发展。
本节课不是从概念入手，讲什么是控制系统，什么是开环控制系统，工作过程如何、框图如何画等，而是从实例入手，通过做试验，与学生共同分析、归纳，从而得出开环控制系统工作过程。本节课对学生进行技术思想和方法的指导，从而使学生获得大智慧。
课堂上从学生寻找生活中开环控制事例到学生动手试验再到开环控制系统特征和框图的归纳环环相扣，设计流畅，学生始终参与全程教学活动，能引导学生思维步步深入，从提出问题、分析问题到解决问题，符合高中学生认知规律。
本节课为下节课“闭环控制系统”的教学埋下了伏笔，为后续课程的学习打下了良好基础。

【参考或补充资料】
1、声控灯系统：
用墙上的开关去开灯或关灯，已是习以为常的事。但是,在一个黑暗的走廊里,用手摸索着寻找电灯开关很费事,对外来的生人更是难事，另外,人走了不关灯,是常有的事,形成常明灯,浪费电力。声控灯具有特殊功能与应用。比如,在公共楼道里,安装声控灯,既方便,又节电。所谓方便,是指来到楼道里的人,只需发出一定量的声响(如咳嗽一声,拍一下掌,跺一下脚),电灯就会自动点亮,而无需去找墙上的手操开关。所谓节电，是指过了一小段


时间,电灯又会自动熄灭，没有人的时候,电灯处于熄灭状态, 这样不会出现长明灯。
2、学生在“搜集我们周围使用控制技术的实例”活动搜集到的控制技术
实例1：自行车速度的控制过程
实例2：电风扇风速的控制过程
实例3：自动门的控制过程
实例4：遥控电视频道更换的控制过程
实例5：遥控玩具汽车模型的控制过程
实例6：水泵抽水控制过程
实例7：红外感应水龙头出水水控制过程，
实例8：《阿里吧吧和四十大盗》故事中的“芝麻开门”。故事里面主人公阿里吧吧对着门说一声“芝麻芝麻，开门吧！”， 门就开了，这是个用声音控制开门的例子。
实例9：电灯、亮度可调灯、楼道里的自动声控灯的控制过程
3、《一千零一夜》里的一个故事：阿里巴巴和四十大盗的故事
相传在很久很久以前，在中国和印度之间有个岛国，国王叫山鲁亚尔。有一天，国王偶然发现王后和奴仆们嬉戏取乐，他悖然大怒，怀疑王后对他不忠诚，就把王后杀了，并发誓要对所有的女子进行报复。他决定每天娶一位女子，第二天就杀掉再娶。
国王的命令在京实施了3年之久，整个京城充满恐怖气氛，青年女子不是成了国王的刀下鬼，就是外出逃命，城里的人都快逃空了。国王不管这些，继续命令宰相为他寻找女子进宫。宰相找遍京城，也找不到女子了，他忧心忡忡地回到家中，准备等候国王的处决。他的女儿山鲁佐德为了拯救所有的女子，便自告奋勇地进宫嫁给国王。
进宫后她请求国王让她见妹妹一面，国王同意了。山鲁佐德说：“妹妹我给你讲个故事，因为明天国王就要把我杀掉了。”国王听到山鲁佐德见妹妹竟是为了讲故事，引起了他的兴趣和好奇。他也跟山鲁亚德的妹妹一起听故事。山鲁佐德给他妹妹讲了：阿里巴巴和四十大盗的故事
古代波斯有两个兄弟，哥哥叫高西睦，弟弟叫阿里巴巴，但兄弟两人的命运却很不一样。哥哥和一个福商的女儿结了婚，做起生意，成了全城有名的富人。弟弟阿里巴巴娶穷人
家女儿做妻子，整天以砍柴卖柴为生。一天，阿里巴巴在山上砍柴时，无意中听到一群强盗在对一山洞念咒语：“开门吧，芝麻芝麻。”只听轰的一声，山洞的大石门开了，强盗们把带来的东西放进山洞后出来，又念咒语：“关门吧，芝麻芝麻！”又听一声响，洞门又自动关了。
等强盗们走远了，阿里巴巴怀着好奇心也念了咒语，山洞大门自动开了。原来这是强盗们窝藏抢来宝物的秘密仓库，里面有各种各样的的金银财宝、锦缎地毯等。阿里巴巴背了几袋金币回家。阿里巴巴贪心的哥哥探知秘密后，也到山洞去运财宝，但却忘了出洞的咒语，结果被强盗们发现杀死了。高西睦的女仆马尔基娜设计把高西睦尸体抬回家，全城的人却不知道高西睦的死因。
强盗不见了高西睦的尸体，知道还有第二个懂咒语的人。他们千方百计找到了阿里巴巴的家，并在他家墙上划上白记号、红记号。马尔基娜发现后，料到强盗作标志的阴谋，她分别两次把全城的房子都标上同样的标志，强盗又找不到懂咒语的人了。
最后，强盗头子决定亲自出马来杀阿里巴巴。他赶了19匹骡子，有一只骡子驮着油，其余每个骡子上驮了两个大瓮，每个瓮中又藏了两个强盗。这一行数人假扮油商到阿里巴巴
家借宿，企图一有机会就杀死阿里巴巴。夜里，油灯的油不够了，马尔基娜想到油商的瓮中取点油。强盗们听到脚步声，以为是强盗，便轻声问动手的时间到了没有。马尔基娜马上就随机应变地说，还不到时候呢。
马尔基娜无意中识破了敌人的阴谋。她赶紧把强盗带来的一瓮油烧沸，然后把滚烫的油浇进其它油瓮中，把他们都烫死了。强盗头子发现同伴都死了，连忙狼狈逃窜。
强盗头子不甘心自己的失败。他通过和高西睦的儿子玩耍，接近阿里巴巴，并一起喝酒。马尔基娜认出了强盗头子，并发现他的衣服下藏有一把短剑。她马上换上舞衣，主动请求为客人跳舞助兴。正当大家为马尔基娜优美的舞姿出神的时候，马尔基娜趁强盗头目不注意时，把匕首刺进他的胸中，结束了他的性命。
阿里巴巴很感激马尔基娜的救命之恩，他释放了这位女奴，让她成为自由民，并让侄儿与她结为恩爱夫妻。
从此以后，山鲁佐德凭她的聪明才智，给国王讲了一个又一个动听的故事，这些故事深深地吸引了国王，使国王每天都不舍得杀她，国王终于被她的故事感动了，不再杀害女子了，并和山鲁佐德白头到老。国王还命令史官记下山鲁佐德所讲的故事，命名为《一千零一夜》。
4、控制系统中的几个基本概念
作用于控制系统的物理量，可使系统具有预定功能——输入量
需要进行控制的物理量——输出量
对于常规电灯来说, 手操开关是输入,电流是输出,对于声控灯来说,声响是输入,电流是输出,有(无)前者,便有(无)后者。
对被控对象起控制作用的设备总体，即控制装置——控制器
执行控制器的指令——执行器
需要控制的机器、设备或生产过程——被控对象
5、生活中还有哪些开环控制系统？要求学生应用一般开环控制系统方框图画出以下控制系统的控制方框图。
公共汽车车门控制系统。
红绿灯定时控制系统。
防盗报警系统。
火灾报警系统。
音乐喷泉控制系统。
闹钟定时控制系统。
自动烘手机控制系统
游泳池注水控制系统
自动烘手机工作过程：是靠着红外线感知手的靠近过程，没有人用的时候，鼓风机和加热电炉丝都自动切断了电源。当手的温度在红外传感器监视范围之内的时候，烘手机就启动。

6、课后试验：睁开眼睛写“控制系统”四个字。
思考：闭上眼睛写字与睁开眼睛写字的区别在哪里？为什么？
在于是否有眼睛的参与。
睁开眼睛写字具备自动修正的能力。
为什么睁开眼睛写字具备自动修正的能力？
“睁开眼睛写字”： “输出信号”通过“眼睛”返回“输入端”。
请你画出“睁开眼睛写字”的控制过程方框图。

“睁开眼睛写字”的控制过程方框图
以色列的“定点清除”，能够把炮弹打到几千公里以外的行驶的汽车，这是为什么？是不是炮弹长了“眼睛”？对了，正是炮弹长了“眼睛”，从而具备了自动修正的能力。(共11张PPT)
第四节 控制系统的设计与实施
一，控制系统设计的一般思路
系统要达到的目标？
控制的对象？
被控对象的特性？
被控量和控制量？
外界的主要干扰因素？
怎样的方案既达到目的、又经济、易于实现？
设备和元件？
1，开环控制系统的设计
例：普通电风扇控制系统的设计
被控对象——电风扇；
被控量——电风扇输出的风速；
控制量——电机的转速；
例：电吹风控制系统的设计
被控对象——电吹风；
被控量——风的速度和温度；
控制量——电机的电压；
干扰因素——房间温度、电源电压的波动；
2，闭环控制系统的设计
闭环控制系统的基本要求：
1，闭环控制系统必须是稳定的；
2，系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内；
3，要有较好的抗干扰性能；
例：抽水马桶水箱的自动控制系统的设计
二，控制系统的设计实施案例
升旗简易控制装置的设计
请你来设计：
晾衣控制装置
请你来设计：
画出“自行车——发电——电视机”这一过程的方框图
分析其中的技术和原理
支点浮球
进水阀
浮球八旋钮进水阀
人旋钮
出水阀
J出水阀
进水口
进水口
出水口
出水口
厘四
回画(共45张PPT)
二、开环与闭环控制系统
第二节 控制系统的工作过程与方式
一、控制系统
常规灯：
开(开关)——有电流,灯亮
关(开关)——无电流,灯灭
亮度可调灯：
关(开关)——无电流,灯灭
开(开关)——有电流,灯亮
电阻减小——电流增大
灯灭灯亮
亮度变化
输出量
输入量
控制系统
声音
手动
声控灯：
有声——有电流,灯亮
无声——无电流,灯灭
常开(断开)接点
声传感控制器
输入量
灯泡
输出量
声控灯控制系统方框图
开环控制系统特征
系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递
开环控制：
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统就是开环控制系统。
执行器
控制器
输入量
被控对象
输出量
开环控制系统方框图
电动机
声音传感控制器
输入量
门
输出量
可以识别、
记忆
的芯片
门的开、关
声音：
“芝麻芝麻，
开门吧”
“芝麻开门”声控开门系统的控制方框图
“芝麻开门”声控开门系统的控制方框图，有兴趣的同学课后可以制作模型，把神话变成现实。
生活中还有哪些开环控制系统？应用一般开环控制系统方框图画出以下控制系统的控制方框图。
公共汽车车门控制系统。
红绿灯定时控制系统。
防盗报警系统。
火灾报警系统。
音乐喷泉控制系统。
闹钟定时控制系统。
自动烘手机
自动烘干机控制系统的控制方框图
常开(断开)接点
红外线传感控制器
输入量
鼓风机和加热电炉丝灯泡
输出量
遥控玩具汽车模型的控制方框图
各种开关
红外线遥控器
输入量
玩具汽车模型
输出量
解决“闭环控制系统”
相关问题：
实例： 鹰发现猎物后，马上用眼睛估计它与猎物相距的距离和猎物的方位，并向猎物飞行。在飞行的过程中，鹰的眼睛不断测出自己与猎物的差距，大脑不断作出判断，通过调整翅和尾的飞行状态，以缩小差距，使自己的位置越来越接近猎物，直到捕获到它为止，这一过程就是鹰的飞行控制过程，是闭环控制过程。
目测位置
-
大脑判断
飞行
捕猎物
猎物位置
实际位置
+
过程分析：
闭环控制系统的特征
在系统的输入量和输出量之间，还有一条从输出量返回到输入端的反馈环节，它们形成了一条闭合回路，反馈环节使得输出量的改变对控制的过程产生直接影响。
平射炮
巡航导弹
风力发电机
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
干扰信号
+
反馈环节
-
与开环控制系统对比：
　1、 有无反馈
　2、信息流传递方式
古希腊水钟
抽水马桶原理
第三节 闭环控制系统的干扰与反馈
一、教学目标：
　　1、了解控制中存在干扰，学生能
理解干扰的概念，掌握克服干扰的基本
方法。
　　2、熟悉闭环控制系统中反馈环节
的作用。 　　3 、了解功能模拟方法和黑箱方法。
　　4、通过内化干扰的知识，形成正
确的对系统中干扰的认识，并建立稳定
的控制系统认识态度。
二、教学重点与难点
教学重点： 　1、了解实际控制系统中会存在干扰影响控制； 　2、让学生能够分析简单控制系统中的干扰，
理解克服干扰的基本原则，分析克服干扰的具体
方法，并结合开环和闭环控制进行
对比；
教学难点： 　　1、分析克服干扰的具体方法； 　　2、综合理解开环与闭环的优劣只是相对
的，理解干扰不是全有害的。
1、控制系统的组成部分是什么？
开环控制系统的框图
执行器
控制器
输入量
被控对象
输出量
控制量
将框图补充为闭环控制系统图
控制器
执行器
被控对象
给定值
被控量
+
检测装置
-
控制量
比较器
解决“闭环控制系统”
相关问题：
实例： 鹰发现猎物后，马上用眼睛估计它与猎物相距的距离和猎物的方位，并向猎物飞行。在飞行的过程中，鹰的眼睛不断测出自己与猎物的差距，大脑不断作出判断，通过调整翅和尾的飞行状态，以缩小差距，使自己的位置越来越接近猎物，直到捕获到它为止，这一过程就是鹰的飞行控制过程，是闭环控制过程。
目测位置
-
大脑判断
飞行
捕猎物
猎物位置
实际位置
+
过程分析：
干扰
雨天骑车受到的干扰
射击受到的干扰
亚运射击：神枪手魏宁参赛
1：干扰的概念
【涵义】：干扰就是对控制系统的行为造成影响的有害的信号及扰动，即除给定量外，引起被控量量值变化的各种因素。
要点：系统行为、被控量量值变化；引起变化的各种因素。
2：干扰的因素
【涵义】在控制系统中，除输入量以外，引起被控制
量变化的各种因素
一：干扰因素
3、干扰对控制功能的影响
（1）、现实生活中的干扰的例子 A、外界光线对投影效果的干扰 （对周围的控制系统的分析，就近对课室投影的干扰分析，学生更有体验） B、轮船行使中的干扰 （录像演示波浪对轮船的干扰） C、汽车驾驶的干扰（录像演示干扰的一个方面）
马上行动：P108
P109思考
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
承重量，电压的波动
环境温度的变化，材料的保温性能
电机的电压波动，滚动的摩擦力
二：反馈的概念
控制系统中，讲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）。
1.什么是反馈？
目测位置
-
大脑判断
手
蓝球
蓝球的位置
实际位置
+
2.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。
事例 输入 检测装置 输出
“穿针引线”
投掷飞镖
P111马上行动
线的位置
人的眼睛
线与针孔对准
靶的位置
(期望值)
眼睛
飞镖实际投掷的位置
三、 闭环控制系统的工作过程
闭环控制系统就是系统的输出端与输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生影响的控制系统。
核心：通过反馈来减少被控量(输出量)的偏差。
P112案例分析
抽水马桶原理
四：闭环控制系统与开环控制系统的比较
开环控制 闭环控制
能否自动调节和补偿 否 能
控制精度 差 好
结构 简单 复杂
适用场合 稳定场合 相对不稳定
五：功能模拟方法
以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟
“原型”的功能和行为的方法。
用功能模拟实现飞机的飞行
人机大战
2003年2月7日，国际象棋特级大师卡斯帕罗夫与电脑软件棋手“小深”惊心动魄的“人机大战”在纽约降下帷幕。在总共六局比赛中，双方各一胜一负，另有四局打成平手，同积３分，不分伯仲。 1997年，卡斯帕罗夫曾败给IBM公司超级计算机“深蓝”，引起全球轰动，在那场交锋中，卡斯帕罗夫下得非常保守。但网上实况评棋人士认为，此次与“小深”对阵，卡斯帕罗夫“使出了标志性的攻击棋路”。 39岁的卡斯帕罗夫在赛后表示，能够与“小深”最终战平他感到“相当满意”。这位俄罗斯人透露，最后一场决胜局比赛，曾令他回想起1997年大战“深蓝”时的危险场面。当时，卡斯帕罗夫正是在关键的最后一场比赛中败北，最终在总比分上输给了“深蓝”。
卡斯帕罗夫说，这次他的惟一目标就是保证“不要输”。他声称，虽然“小深”比“深蓝”更强大，但自己在比赛中从来没有真正落于下风。“我只输了一场，而且那还是因为一个非常非常可怕的错误，”卡斯帕罗夫说，“但这并不意味着机器打败了我”。 输给“深蓝”后，卡斯帕罗夫一直不服，找出种种理由为自己辩护。分析人士指出，这次卡斯帕罗夫虽未能报一箭之仇，但平局多少也算为他挽回了一点面子。卡斯帕罗夫与“小深”的比赛是首项得到国际象棋联合会授权的“人机大战”。此次没有分出最后胜负，也使人与电脑棋手究竟谁更厉害的争论暂时不能得出最后结论。
六：黑箱方法
六：黑箱方法
通过观测外部输入的信息和输出信息，
以研究和认识其功能、特性、结构、
机理的科学方法
例如：中医看病，望、闻、问、切...
小结：功能模拟方法和黑箱方法，都是
控制论中所用的主要方法，其中功能
模拟方法主要适用于仿生学、人工智能
等研究。而黑箱法是探索复杂、宠大
系统的重要工具(共26张PPT)
控制的手段与应用
第一节
一、控制的手段
东边日出西边雨，道是无晴却有晴
P96马上行动
《摩登时代》片断
事物发展的结果可能是人们预先期望的，也可能是与预期的目标不相符，甚至是不希望得到的。如果人们想达到某一特定的目的，就必须运用适当的手段来实现。
大禹治水
思考：大禹治水过程中，通过什么手段实现了什么样的目的？
通过“疏通河道，泄洪为主” 手段实现治理
好水患的目的。
木牛流马
“（建兴）九年，亮复出祁山，以木牛运,粮尽退军，与魏将
张郃交战，射杀郃。十二年春，亮悉大众由斜谷出，以流马运。
…” 据研究：木牛和流马是汉代独轮手推车的两种改进设计，通过
改进使人的负重有所减轻。木牛是一种轮子稍小一些的独轮手
推车，载重大，前由人拉、后由人推，运行较慢；流马载重小，
轮子稍大一些，由一人推，运行速度很快。诸葛亮所说“木牛
流马”应是比喻它们运行的灵便程度和载重量的大小：木牛行
动较笨而慢，像牛；流马行动敏捷而快，像马。不是说它们外
形像牛像马。
目的：
帮助军队运送战略物资。
事物发展的结果可能是人们预先期望的，也可能是与预期的目标不相符，甚至是不希望得到的。如果人们想达到某一特定的目的，就必须运用适当的手段来实现。
运用什么手段来实现呢？
控制是根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定方向发展的行为和过程。
控制的涵义
1、控制的对象是什么
理解控制现象，需要明确：
2、控制要达到什么目的
3、采取什么控制手段
控制事例 控制的对象 控制的目的 控制的手段
大禹治水
电风扇扇叶转速快慢的控制
人力三轮车转弯中的方向控制
洪水
安息洪波、大治水患
疏通河道，泄洪为主
电风扇
调节速度
换挡
人力三轮车
改变三轮车行驶的方向
双手转动车把
马上行动
控制事例 控制的对象 控制的目的 控制的手段
音响的音量控制 音响 音量的调节 旋钮
燃气热水器温度的控制 热水器 调节出水口温度的高低 改变燃气火头的大小
用喷雾器喷洒农药 喷雾器 给庄稼治病 操作喷雾器的手柄
请同学们说说你在生活学习中所见到的应用控制的事例。
学校：学校的音乐铃声、多媒体教学系统、足球场草地自动喷淋系统、体育馆的自动伸缩坐椅等。
家庭：冰箱、电饭煲、微波炉等。
社会：交通信号灯、电子警察、电梯、程控电话交换机等、大型音乐喷泉。
控制的分类
控制的实现需要通过一定的手段。从控制过程中人工干预的情形来分，控制有人工控制和自动控制。
人工控制：控制过程是在人的直接干预和全程干预下进行的。
关/开 门
驾驶汽车
自动控制：指在无人直接参与的情况下，使事物的变化准确地按照期望的方向进行。
太阳能路灯
自动门
　　　请说说你所了解的人工控制和自动控制的事例。
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人工控制：人工纺纱、普通自来水龙头，
旋转按钮打开电灯、驾驶汽车等；
自动控制：数控机床、饮料自动装罐生
产线、花房恒温控制、十字路口红绿灯的
转换等
二、控制的应用
控制的应用自古就有，并在近代得到迅速发展，在社会生产生活的各个领域都有极其广泛的应用。
现代网络家电
生活
汽车自动装配生产线
工业生产
汽车油漆
农业生产
水 车
温室
农田灌溉
电源
控制室
水泵
农田灌溉
折射式微喷
射流式微喷
锤式微灌
思考
自动控制技术在各行各业的应用，一方面减轻了人的劳动强度，解放了劳动生产力，另一方面也可能造成失业人数增加。对此，你有什么看法？
1、控制的涵义
（明确对象、目的、手段）
2、手动控制和自动控制
3、控制的应用。
小结：

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