资源简介

(共47张PPT)
《技术与设计2》
第四单元 控制与设计
三 闭环控制系统的干扰与反馈
（第一课时）
江苏省 徐徐
一、教学目标分析
［知识与技能］
理解干扰因素的含义，能找到影响简单控制系统运行的主要干扰因素。
熟悉闭环控制系统工作过程及反馈环节的作用理解反馈的含义。
［过程与方法］
结合冰箱温控器的案例来分析影响简单控制系统运行的主要干扰因素及克服方法。
结合案例分析闭环控制系统的反馈环节作用。
［情感态度与价值观］
通过合作讨论探究试验增强学生团队合作意识，明白反馈在创新中的作用。
通过教师在生活中应用反馈原理的实例来培养学生的观察意识触发学生创新意识，把节能环保意识融入课堂教学中。
二、教学内容分析
［本课内容本身分析］
本节教材主要包含三部分内容：干扰因素、反馈、功能模拟法、黑箱法。本课完成前两个。
［本节内容在本单元、本模块、本课程中地位及相互关系］
闭环控制系统的干扰与反馈内容在《控制和设计》中起到举足轻重的作用，是这个单元的重难点，也是必修2的重点章节。本节不但要用到本单元前两节的知识，还融合了前面单元流程与设计以及系统与设计的内容。因此，本节是必修2的综合应用，可谓重中之重。
［重点］干扰因素；反馈及闭环系统的工作原理。
［难点］主要干扰因素的判定；闭环系统工作原理。
［本课教材分析］
教材分为两部分：分别讲干扰因素、反馈。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
三、学情分析
学生此前已经学习了开环闭环控制系统的控制过程，只是对反馈这个概念还不大熟悉，往往面对具体案例时不能准确找到控制器、执行器、被控量等。本课通过对书中案例的详细分析、延伸，使学生比较容易掌握闭环控制的工作过程。加入一些贴近生活的案例，可以激发学生的学生情趣。
四、教学策略
［教学方法］从身边的控制案例引入新课，这个案例不易察觉，但是通过老师的亲自操作演示，展现了控制技术的魅力，很容易激发学习兴趣。
教学过程采用图解讲授、实物操作分析法、阅读讨论法、师生互动、学生互动、学生动手操作等教学形式，引导学生动手动脑、自主探究、合作交流，开阔思路，力争使教学环节行云流水、教学效果卓有成效。
教学中不必急于厘清书上的概念，死磕反馈名词，而是通过身边案例师生互动寻找闭环控制的特征，注重工作原理的分析探究，感性知识多了，对原理的理解和熟悉便水到渠成，重点自然掌握，难点顺利破解。教学中牢记提高学生技术素养是课程 的基本目标，努力探求符合学生认知规律，有别于传统学科的教学方法。
［教学手段的选择］充分利用多媒体教学系统为课堂服务。影像资料、图片、课件、师生试验操作都利用投影机，增强可视性。
教学过程
（视学生层次拓展部分应有删减）
引入新课
闭环控制系统的应用实例
主动式泊车辅助系统
启用后只需注意踩刹车就可以了
录像使用手机拍摄，技术的价值在于使用简单的设备完成日常工作
主动式泊车工作原理
实际是个闭环控制系统
利用车辆（被控对象）前后的10个超声波传感器来检测可供停车位置（给定目标）；
主动泊车启动后，传感器把周边路况（实际目标）实时回送给处理器（比较器），再由电子助力转向系统（执行器）来不断修正车辆直到准确入位。
为什么加入泊车录像？
通过教师泊车演示录像的播放可以吸引学生注意，迅速进入场景，激发学习兴趣。这个案例又是生活中能见到的，这个控制对象和控制过程很贴近学生，看到控制的魅力会使学生对控制与设计产生浓厚的兴趣。
学生会想：
它是怎样实现自动泊车的？
技术上容易做到吗？
怎么比人停的还要好呢？
……
可作为“3 功能模拟方法”的案例继续用。
干扰因素
学生快速阅读书中章节，知道控制系统要稳定工作，需要克服干扰，使被控量稳定。重点是让学生找准干扰因素，才能确定应对方案来使系统稳定工作。
干扰因素这小节内容以阅读自学、讨论交流为主，教师对学生的发言要及时点评，纠正错误。
P109 马上行动和辩论
注意学生提及生活及社会这个系统的干扰因素时，要往正确方向引导。
例如：
课堂的干扰因素学生讲话、做别的事等，显然影响教学。及时调整教学方式方法，完成教学任务。
社会发展，没了批评，无干扰——万马齐喑究可哀。
反馈：电冰箱温控原理
P110案例分析是本节的重难点，以此作为突破口，可以起到事半功倍的效果。可选用以下三种方法来教学：
1.通过实物图会比较迅速搞懂温控器的控制过程，书中的工作原理图学生不易迅速看懂，在此处纠结会影响学生对反馈的重要性的理解和认识。
2.有条件还可以把实验室的冰箱搬到课堂，通过视频展台投影讲述以下内容也比较直观。
3.做简单教具讲述温控器工作原理。把书中的压感式温控器的两个触点串接在一个直流电机（带动风扇更好）上，用电吹风给感温管加热看电路接通电机转动，会更直观快捷的演示干扰因素对闭环控制系统的影响过程。降温可用冷毛巾敷感温管断开电路。
在同一个案例上拓展
继续探究，加深学生对反馈的理解，同时可与P111的小试验有异曲同工之妙。
补充资料：
创新无限，新技术不断涌现。随着电子产品的制造成本下降，现在冰箱大多用的是热敏电阻式温控器了。这使得电冰箱的温度检测、反馈更准确灵敏。
可以树立榜样通过乔布斯的产品设计来引导学生在对系统进行控制设计时注重创新。
史蒂夫-乔布斯励志名言
你不能只问顾客要什么，然后想法子给他们做什么。等你做出来，他们已经另有新欢了。
乔布斯保持一颗初学者之心
所有人对电脑装有风扇习以为常时，乔布斯认为噪声会破坏电脑本身的典雅，苹果电脑散热不应该使用风扇。最终成功的促成供电系统革命。
使用热敏电阻式温控器作为检测反馈元件使电冰箱温度控制更精准
M 压缩机
M1
FS过载保护器
SA
温控器
SB
EL
PTC
启动器
S
C
XP
使用电子式温控器作为
检测反馈元件的电冰箱线路图
使用电子式温控器的电冰箱
冷藏箱里看不到感温管了
继续“ 吃透”书中案例
P110自动保温电水壶
就在教室里，引导学生注意这些身边的技术。
饮水机水温在80-90 °C
干扰和节能环保
在电冰箱、饮水机、电热水器等加热电器中，自动控温都是用的闭环控制。它们的干扰因素主要是外界的温度影响使被控量发生偏差从而使电器的被控对象开始工作。
怎样使这个干扰因素对被控量的影响减小，从而使这些电器的用电量减少提高能效呢？
课堂讨论找方法，提高学生的节能环保意识。使他们能在以后的设计中考虑节能，生活里寻找节能的小窍门。
产品的各个方面都要考虑到，也就是一个大的系统要做好。家电产品闭环控制系统控制的很精准，如果节能做的不好，市场前景暗淡。
闭环控制系统的工作过程
演示：水箱水位自动控制系统。
演示时用视频展台投影到大屏幕，让学生都能看到控制过程，有直观的感性认识。
为提高学生的参与积极性，可以让学生先来组装模型并演示，这样可以使分组试验、观察更容易。
分析控制过程，找出水位高低（被控量）的调整方法。学生学会调试运行，才能对一个闭环控制系统提出改进方案。
闭环控制系统的工作过程
通过前面的学习，学生对供水水箱和加热炉的自动水位或温度控制过程不难理解。让学生阅读并讨论完成P112和P113的两个思考题。
注意供水系统的控制量是水箱的进水量，具体由阀门来控制的。看看这个系统里还有什么量是可控的，分组讨论P112的思考。
闭环控制系统和开环控制系统的比较
学生自行完成P114的马上行动的图表。
视完成情况可以给出样表，学生填写内容。
提醒学生注意两个系统的设计、结构、成本都有较大差别，在选用何种控制时要多方考虑，保证精度的前提下，尽量选用简单可靠的系统设计。有时过于复杂的系统可靠性会随之降低。
本节的“ 四 控制系统的设计与实施”还有详尽描述，本课不再深入。
开环控制系统与闭环控制系统联系与区别
控制系统 反馈 控制精度 结构 成本 应用范围
闭环
开环
有反馈
无反馈
精度高
精度较低
结构复杂
结构简单
成本高
成本低
高精度、高可靠、系统本身不稳定的应用领域
控制精度要求不高本身很稳定的应用
反思
本课内容较多，可根据学生比较费时的试验情况来掌握进度，不必刻意阻断学生的探究试验来完成进度。例如水箱水位自动控制系统的试验，要多次试验，详细分析控制过程，才能找出水位高低（被控量）的调整方法。学生学会调试运行，才能对一个闭环控制系统提出改进方案。所以要把时间留给学生，不必赶进度。
反思
拓宽思路，养成节能习惯
加入饮水机的电路图，身边的案例更能提高学习探究积极性。增加节能改进案例，提醒设计及生活中要考虑节能环保。
殊途同归要追求简单
饮水机闭环控制目的是克服干扰保温，但对被控量进行调整补偿时会消耗大量电能。搞好保温层虽然不能使水温回到高温，但可以使降温过程很慢，例如2小时降到80度，而保温层不好的饮水机已经加热了4、5次了。
反思
要让教材的案例“鲜活”的展现给学生
“鲜”：
扩展加入电子式温控器是让这个案例“鲜”下去。让学生明白时代在发展，技术在进步，创新是永远的主题。
“活”：
通过对电冰箱温控器的实物照片展示，引导学生观察身边触手可及的产品，让纸上平面的案例“活”起来。
本课设计特别感谢
江苏省教育厅出资举办的
2011年省级培训
东南大学张志胜教授
关于“控制与设计”讲座
谢谢各位专家
邮箱 2000XUXU@
博客 http://2000XUXU.blog./

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