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4．4控制系统的干扰（地质版）
《教学设计》
白沙中学 王堂辉
2011、4
【教学目标】
知识与技能目标：
　　1、了解控制中存在干扰；
　　2、学生能理解干扰的概念，掌握克服干扰的基本方法；
　　3、综合所学的有关控制的知识，了解不同控制系统克服干扰的方法的优劣。
过程与方法目标：
　　1、学生能分析简单控制系统中的干扰，归纳出克服干扰的基本方法；
　　2、运用所学知识，激发出学生对于克服控制中的干扰的创新思维；
　　3、能综合各种控制系统的有关知识，独立分析简单的克服干扰的方法。
情感与价值观目标：
　　1、通过对干扰实验的体验和观察，获得对干扰的感性认识；
　　2、在体验干扰的基础上，能进一步讨论控制中的干扰；
　　3、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。
【教学对象分析】
学生在日常生活中对干扰这个词汇并不陌生，但是并不了解它们在在系统中的影响，学生对控制机理比较陌生，整个教学应以活动探究分析为主，加于控制事例说明，所举控制事例应力求简单。
【重点与难点】
1、重点：干扰因素特点。
2、难点：找出干扰因素；能综合各种控制系统的有关知识，独立分析简单的克服干扰的方法。
【教学准备】
多媒体课件，乒乓球拍（一副）、乒乓球（6~12个）、纸杯（6~12个）、卷尺（一把）、指南针（1个）、磁铁（1块）等。
【教学过程】
引入：[垫乒乓球比赛活动]
老师邀请一名同学用球拍垫乒乓球比赛。
在学生在垫球的过程中，老师用手有意碰同学手肘让学生垫不好球。
老师：这位同学为什么不能完成20次垫球？
学生：老师干扰（老师破坏）。
老师：对，由于老师干扰了，学生就不能很好的控制球准确落在球拍上。
[展示指南针]。
老师：同学们都知道指南针利用地磁场作用指明方向，但如果在指南针旁边放一块磁铁，指南针还能准确指明方向吗？为什么？
学生：不能，因为磁铁磁场干扰了，使指南针失效。
老师：同学们还能说出一些现实生活中的干扰事例吗？
[PPT展示]：
1、逆风中骑自行车
（列举同学们亲身感受的事例）
2、飞机在飞行中遇到强气流或风暴的影响
（送友人送飞机不要说“祝你一路顺风”）
3、扩音器受手机信号或其它影响有噪音

（用现场的事例让学生更深体会）
……
[过渡]：前面通过学习，我们对控制系统有了一定的认识，但控制系统的问题很复杂，今天我们来了解控制系统又一个重要的问题--干扰。首先，我们来了解干扰的概念。
[设计意图]：用活动引入，激发学生兴趣，让学生直观理解干扰，为下面教学作准备。
一、干扰的概念
1、干扰：准确来说，干扰就是控制系统的外部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响。（P119）
[过渡]干扰现象的发生是由于控制系统存在干扰因素所造成的，干扰因素对控制系统的影响就是干扰作用，那么我们有必要来了解干扰因素。什么是干扰因素？
2、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因素。（课本里没有直接给出干扰因素的概念）
控制系统
输入量
输出量
干扰因素





）
老师总结及过渡：控制系统的干扰因素是导致系统不稳定的因素，要使系统工作稳定，关键是找出控制系统中的干扰因素，并进行分析其影响的严重性与否，严重的要采取适当的措施来克服干扰。如何找出干扰因素并分析呢？下面我们通过一个课堂活动来亲身体验一下！
[设计意图]：学生通过前面生活中的干扰事例，归纳干扰及干扰因素概念。
一、
大于20cm
课堂活动环节
看看你们小组能设计出几种控制方案，实现把桌面上的乒乓球投放入地面上的纸杯中。
只限借助身边现有的资源（比如纸张、笔、课本、课桌等）。
活动规则：不允许用手或身体某部分直接把球投放到纸杯中，且球反弹出杯子不算。
[‘课堂活动’思考]
（1）你设计的哪几个控制方案？和其它组都雷同了吗？你的方案都能使球每次准确落入杯中了吗？你认为哪个是你最佳控制方案（又准又快）？（即实现简单的控制系统设计）
（2）分析你的控制方案在实现过程中存在哪些干扰因素？是人为原因还是环境造成的？（即干扰因素的分析及特点内容）
（3）在你的控制过程中你是如何减弱或消除这些干扰因素的？（即抗干扰内容）
（4）你设计的控制方案是属于开环控制系统还是闭环控制系统？（即开闭环的干扰内容）
（5）你认为干扰都是对控制系统不利的吗？（即干扰的利用内容）
活动要求：请一个小组对设计的控制方案作演示，并对思考问题作回答。
老师点评。
[设计意图]：活动环节是本堂课的核心，让学生实现一个简单的控制，又把本课的教学知识点精心安排在思考问题中，先让学生通过实现一个简单的控制，达到对前面知识的巩固和运用，又在活动过程的体验中掌握本课的学习内容。

老师对知识点归纳（针对课堂活动中的问题对应切换PPT简单讲解）
三、干扰因素分析及特点（切换PPT简单解说）
（同学们通过活动已体验如何进行干扰的分析：找出干扰因素的方法：引起输出量变化的原因 ）
四、抗干扰（切换PPT简单讲解）
五、开闭环的抗干扰（切换PPT简单讲解）
六、干扰的利用（知识的拓展）（切换PPT简单讲解）
[设计意图]：归纳本课的知识点，让学生更有条理的掌握本节课学习内容。
七、课堂练习
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
事件 判断 理由
开电冰箱门 是 外面热气进入冰箱将会引起箱内温度变化，属于干扰因素。
电冰箱所在房间的温度从20度变到32度 是 从20度变到32度的温差变化通过冰箱保温层会影响了冰箱内的温度，属于干扰因素。
把热菜热饭放入电冰箱中 是 热饭热菜直接影响了冰箱里的温度，属于干扰因素。
在电冰箱外放一盆冷水 否 严格说这也会引起环境温度的变化，但这种变化一般有利于冰箱实现目标，不属于干扰因素。
[设计意图]：通过课堂练习，巩固与反馈本节课的教学与学习的效果。
八、本课小结
1、干扰的概念（干扰和干扰因素的概念）
2、干扰因素分析（找出干扰因素）
3、干扰因素的特点
4、抗干扰
5、开闭环的抗干扰
6、干扰的利用
这节课你最大的收获是什么？
最大的困惑是什么？
[设计意图]：小结归纳。
本课结束，谢谢指导！

PPT切换内容
二、 干扰因素的特点
1、干扰因素的分析：
找出干扰因素的方法：引起输出量变化的原因
2、干扰因素分析及特点
（1）可以说任何控制系统都受干扰因素的影响，没有绝对不存在干扰的控制系统。
有的干扰因素是由于环境造成的（例如：老师干扰学生蹬乒乓球）；
有的干扰因素是人为原因所致的（例如：外界强光干扰投影仪的播放）。
（2） 通常，干扰因素不止一个。（例如：冰箱的温度控制。）
干扰因素
（3）干扰因素在开闭环中都的表示在被控对象上：
在开环控制系统框图中的表示：
控制器
输入量
执行器
被控对象
控制量
输出量





在闭环控制系统框图中的表示：
输出量
干扰因素
被控对象
控制量
输入量
控制器
执行器
检测装置
四、抗干扰
1、抗干扰性：如果一个控制系统能够很好地避开或抑制干扰，使干扰对系统产生的影响很少，我们就说这个系统抗干扰性强。（P119）
2、克服干扰的基本方法
[知识拓展]干扰的形成包括三个要素：干扰源、传播途径、接受载体。三个要素缺少任何一项干扰都不会产生。
克服干扰的基本方法：
A、消除干扰
B、减弱干扰
C、提高控制系统性能
五、开闭环的抗干扰
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？
被控对象
控制量
输入量
控制器
输出量
执行器
开环和闭环控制系统都存在干扰。闭环由于有反馈环节，闭环控制系统克服干扰因素的能力强。
检测装置
干扰因素
2、闭环控制系统比开环控制系统具有更好的抗干扰能力,那么是否都应该用闭环控制代替开环控制呢？
是否采用闭环控制主要看对控制系统的要求(如成本,控制要求). 如果干扰比较经常和严重，对控制目标影响产生严重的后果，就必须考虑抗干扰措施，保证控制系统的正常工作；如果可能存在的干扰不是很严重，对系统正常工作影响不大，就可以忽略。因为任何抗干扰措施的实现，都意味着系统结构的复杂和成本的增加。
六、干扰的利用[知识拓展]
[展示圈尺]
老师拉开卷尺然后放手，圈尺回缩。再拉开圈尺，按下圈尺上的锁住按钮，放开手，圈尺没象前次回缩进圈尺壳中。
老师：是不是按下锁住按钮是对圈尺正常回缩干扰了呢？那这种干扰是不是我们有意的利用的呢？

在一般控制系统中,干扰因素是需要克服的,而在有些情况下,却可以利用干扰因素实现某种目的.
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：军事演习中对敌方信息指挥系统进行电磁干扰；在高考时在考场上,可以利用信号的干扰来干扰考生的舞弊行为、打狂犬疫苗等)
【教学反思】（略）

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