控制与设计.docx

1、控制与设计第四章 控制与设计【教学时段】2015-20163学年下期【教学对象】高中二年级【授课教师】蒋娅【学情分析】学生对我校的授课模式比较熟悉，对本课程的重视程度不够，学习积极性较低。因此，在上课过程中老师应注意多用一些生活中常见的案例，调动学生对控制及其设计的学习欲望，引起他们的重视，激发他们的学习热情，充分调动学生的学习积极性。以此最终能够让他们用上所学的知识对案例进行测试、分析。【教材分析】本堂课是技术与设计2里面比较难于理解的内容，“控制与设计”强调从系统的角度理解控制素统的组成、工作过程等问题。对控制系统中的控制器、执行器、传感机构和被控对象等环节只限于定于一般性的理解，不去探讨

2、其内部的工作过程。通过控制的理论知识学习，达到能够分析生活中常见的控制，最终能够设计出自己想要做出的控制模型。【教学设想】第一节课理解什么是控制，并建立开环、闭环、手动、自动控制的分类概念；第二节课对具体的控制系统进行进一步的分析，得到控制系统的基本组成及学会用框图描述各类控制系统；第三节课以设计制作一个小球下落装置为例，进行简单控制系统的设计；第四节课设计制作一个小球下落装置。【教学目标】知识与技能：1.理解控制的涵义及其在生产和生活中的应用。2.了解控制系统的类型，熟悉简单控制系统的基本组成和工作过程。3.了解并能确定控制系统的主要参量。4.能画出简单控制系统的方框图，理解其中各环节的作用

3、。5.能设计、制作、调试和改进简单的控制装置。过程与方法：通过观察、思考、探讨、分析的过程，了解控制与设计方面的基础知识，能绘制简单的控制系统方框图，综合运用归纳、概括、综合、比较等方法。情感态度价值观：学会用系统的眼光看事物，并优化事件，解决问题，培养学生的社会责任感和善于思考的能力。【教学重点与难点】重点：理解控制的涵义，了解控制系统的类型中，熟悉简单控制系统的基本组成和工作过程。难点：能设计的、制作、调试和改进开环控制系统。2. 弄清控制器、控制量、被控对象和被控量等概念3. 能对已设计的控制系统方框图进行改进。【教法与学法】 教学方法：本课主要采用授导教学模式，通过大量案例引导学生思考

4、讨论，帮助学生形成知识建构。此外，综合运用：案例分析、视频教学、设疑引导、演示讲授等教学方法。 学习方法：自学自思、交流探讨、分析比较等【课时安排】 教学时间：4课时【教学器具】 课件、多媒体设备、教具等【课型】 新课教学过程第一节课 了解控制由教室课堂情景导入控制，思考一下，生活都有哪些控制？总结：生活中的控制无所不在，我们的设计也离不开控制。一 了解控制导入：【摩登时代视频】 师：在这个视频中，商人本来是要用一套纯自动的机器来代替本是纯手动的吃饭过程。但是无奈机器出了故障，并没有按照人预先期望发展。同样在生活中，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

5、到的。但只要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。也就是对事件或事物进行控制。今天我们就来学习与控制相关的一些基本知识。比如，控制的分类、控制系统的描述和组成。再设计制作一个控制系统。（一）控制的定义案例1嫦娥探月卫星飞行轨迹(视频)案例2凤凰火星控测器（视频）设问:卫星在运动过程中需要在适当的时候做出一些改变，如：变速，变轨。提问：这些工程调整过程是怎么做到的？学生讨论：控制:实际上,如果我们希望某一事物按照自己的意思发展,就要对其进行干预,这种根据自己的目的,通过一定的方法使事物沿着某一确定的方向发展,就形成了控制.讨论：其他控制的案例（二）控制的三要素对象：人们期望控制的

6、事物 目的：人们所期望的目标 方法：为达到目标所采用的方法和手段练习：分析接水控制中的三要素 师：我们以接水控制为例。接水的目的是什么？控制的对象呢？所采用的方法是什么？ 目的：水 对象：水龙头 方法：拧开学生练习：大禹治水、电风扇扇叶转速的控制、人力三轮车的方向控制（三）手动控制和自动控制案例分析：从手摇扇到空调 师：随着科技的发展我们乘凉散热的工具也不断的被更新。从开始纯人力手摇产风的手摇扇，到电机带动叶片产风的电风扇，至自动调节温度的空调。 师：我们知道这三个工具都是用来调节温度的，那么它们在调节温度方法上有什么区别？生：手动、自动手摇扇：手动 电风扇：换挡 空调：自动 师：也就是在控制

7、温度的过程中，人的参与度是不同的。在控制中，我们根据人的参与程度将其分为手动控制和自动控制。1、手动控制：必须在人的直接干预下才能完成的控制系统（门、开车）2、自动控制：在过程中不需要人的直接干预，就可以准确按照期望的方向发展的控制系统。（自动门、太阳能路灯） 师：你还知道哪些自动控制系统和手动控制系统？ 师：除了按照人的参与度分类控制以外，还可以按照执行部件将控制进行分类。比如：机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等。同样，在很多控制事例中，控制的手段可以是综合的。（四）开环控制和闭环控制游戏：画鼻子 师：我们现在来做个小游戏。黑板两边分别有两个头像，但是都没有鼻子。那么我们现在要找两位同

8、学来分别给它添上鼻子。（一个闭着眼睛，一个没有闭眼睛） 师：其实两种情况下的画鼻子的过程都是一个控制系统。不论是闭上眼睛，还是没有比眼睛的情况下，都是大脑发出指令，身体执行，最后落点画鼻子。 师：两种情况的区别是什么呢？生：一种有眼睛的参与，一种没有 师：对，在没有闭眼的情况下，眼睛也会参与这个控制。眼睛会观察，并且时时根据大脑的期望调整落点。因此，这两个控制系统过程虽相同，但是却是不同的控制系统。1、闭环控制师：没有闭眼的控制，眼睛在控制中起到反馈作用。这种控制叫做闭环控制。定义：输出量返回到输入端，并对控制过程产生影响的控制系统。特点：（1）、有反馈环节，并对被控量产生影响！ （2）、输入

9、输出信息形成回路。 （3）、抗干扰效果好。有反馈环节是闭环控制的重要特征，因此，我们也称它为反馈控制系统。2、开环控制师：而闭眼过程就是开环控制。没有眼睛的参与，控制系统中不能反馈调整。定义：输出量不对系统控制产生任何影响的控制系统。特点：（1）、是从“输入”到“输出”的信号单向传递。 （2）、“输出”结果只受最初“输入”结果的影响。 （3）、抗干扰效果差。3、区分开环与闭环控制的方法：（1）看是否有反馈及能否调整（2）加入干扰，看能否调整学生活动：区分开闭环控制 掷飞镖、骑自行车第2节 控制系统的组成和描述1、控制系统的组成案例：骑自行车 师：这是骑自行车的控制过程图期望值大脑肢体自行车行驶

10、方向（眼睛观察反馈调整）师：大脑就是控制系统中的控制器；肢体就是控制的执行器；力是控制量；自行车是被控对象；自行车方向是被控量；眼睛就是反馈环节。控制器：控制命令（信号）的发出部分。执行器：将控制器发出的信号转换成能影响被控对象信号的装置。控制量：能对被控对象产生作用，从而使被控量发生变化的量。被控对象：通过控制调整它来达成控制量的部分。被控量： 控制目的反馈环节：将被控量的实际值反馈到输入端。 师：控制系统的组成：被控对象+两器、两量、一环节两器：控制器、执行器两量：被控量、控制量一环节：反馈环节二、控制系统的描述框图 师：我们通常用框图来描述控制系统比如开环控制系统框图：给定值控制器执行器

11、借助（控制量）来控制被控对象，以控制控制量。闭环控制系统框图： 闭环控制中因为有反馈环节，因此，有一个比较器的部分。比较器是对反馈环节回应的信息与原给定信息进行比对，从而不断修正的部分第三节课学生练习：分析端乒乓球比赛师：这是端乒乓球比赛。端乒乓球过程中的控制器、执行器、控制对象、反馈环节分别是什么？一、控制中的干扰师：在我的框图中多了干扰（风）。其实不管是哪类控制，总是会有干扰的。并且，干扰可能存在于控制的每一个环节，而我们必须尽可能的客服干扰。师：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。师：如

12、何有效克服控制中的干扰？ 风对飞机飞行时的干扰？ 为什么乒乓球、羽毛球比赛都在室内举行？ 化学实验容易受到温度变化的影响怎么办？二、控制系统设计的基本过程：确定控制目的、确定输出量、明确输出量应达到的精度指标、选定开闭环、建立模型、确定待调参数、分析实验系统性能。第四节课学生实作内容：“落球时长”竞赛活动内容介绍： 学生分小组用老师提供的材料和工具在规定时间内设计、制作一个控制小玻璃球下落的装置，以小球从起始点无初速度释放直至最后脱离装置的时间长短为成绩，时间最长的组为优秀。材料：A4卡纸3张、塑料吸管10根、双面胶（8mm-10mm）1卷、 透明胶条（8mm-10mm）1卷、胶棒1根、小玻璃球1个工具：剪刀、学生尺规则：1、在40分钟内完成结构的设计和整体制作、调整。2、小球释放点与最终静止点间高度差不低于20cm。3、小球释放时无初速度。4、比赛过程中，如果小球脱离装置，以小球落地瞬间为停止计时点。5、从小球释放瞬间开始计时，小球完全静止时停止计时，以小球运动的总时长为最终成绩。6、测试开始时，由老师发令，学生自行释放小球，老师计时。