控制系统的工作过程和方式
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二 控制系统的工作过程和方式
一、教学目标分析
知识目标：
1、 熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程。
2、 熟悉闭环控制系统的基本组成，理解其中的控制器、执行器的作用。
3、 掌握控制过程的一般描述方法。
行为目标：
通过分析和比较，了解开环控制与闭环控制系统各自的控制特征及其之间的差别。
情感目标：
使学生感觉、体验控制设计的一般思想方法和技术方法，激起学生设计的欲望，培养学生富于想象、善于批判、勇于创新的个性品质。
能力目标：
学生学习本课后可以对简单的开环控制系统和闭环控制系统的工作过程进行分析，并能对一些控制系统提出改进意见。
二、教学内容分析
本节内容是本章的第二节，第二、第三节是本章的第二教学单元，是本章的教学重点，应将本节视为重点中的重点。教材从学生熟悉自行车行驶的速度控制和电风扇的风速控制开始，在根据学生的知识水平引入游泳池注水系统控制以及改进游泳池注水系统控制，从而达到对开环控制和闭环控制的分析和对比的目的。再者根据开环控制和闭环控制的工作过程分析，让学生掌握分析控制系统工作过程的方法。
重点难点：
重点：通过具体控制系统案例的分析，培养学生的分析控制系统的能力，能说清楚简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成，以及它们是如何实现控制的。
难点：开环控制系统和闭环控制系统的分析和对比。学生的学习状态分析 学生学习了第一节控制手段和应用，理解控制的含义，但对什么是开环控制什么是闭环控制是空白，这就需要通过多个案例进行对比才可以让学生掌握开环控制和闭环控制以及它们的组成和工作过程。在本主题中，根据课程标准的要求，以及限于学时以及高中学生现有的知识水平，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定于一般性的理解，不作进一步的要求，不去探讨其内部的工作过程，只了解其输入和输出之间的关系就可以。
三、教学策略
本节课根据教学内容的特点及教学目标上的要求,我主要采用了教师讲授、学生阅读、实物演示、讨论交流等教学方法，运用多媒体展示等教学手段。让学生自主思考，教师充分引导，发挥学生的主体主动性。通过多媒体展示案例，实物案例，学生分析案例，教师点拨，让学生自主思考，以及分组讨论，然后形成结论，最后教师总结，并点明本节课的知识点。本节课主要是通过师生互动与交流来达成。
四、教学过程
（一）导入新课
组织学生游戏：
（1） 在墙上贴一张画有娃娃脸轮廓的头像，参加游戏的同学在画前3米的地方蒙上眼睛，然后走向头像，并用手中的画笔给画添上鼻子或眼睛。
（2） 不蒙眼睛的情况下，画鼻子或眼睛。
点评：（1）画得东倒西歪，很有意思。（2）画得又准又好。
师：两种工作过程一样吗？
生：不一样。
师生总结区别：不蒙眼睛时，我们可以调整自己前进的路线和画笔的落点，反之，由于看不到目标，我们无法对前进的路线和画笔的落点进行调整。
师：我们这节课一起学习两种不同的控制系统以及它们的工作过程。
（二）进行新课
案例分析：
(1)电风扇的风速控制：（师生共同分析）
通过改变电机的转速来控制实现，给电风扇设定风速档位，电机就以一定的转速带动扇叶转动，输出预定的风速。
风速控制是该控制系统的输入，扇叶转速是该控制系统的输出
（一个档位对应着一个风速）
(2)自动门控制系统(P103) (教师讲授)
工作过程：
1、 当有人到达门前某一距离时，传感器感知，并发出“有人”的信号；
2、 控制器接到传感器传来的信号后，经变换放大后传给电动机（这里的电动机叫做执行器，也称为驱动器）
3、 电动机根据传来的开门信号转动,门被打开(这里的门叫做被控对象，也称为被控对象)
4、控制器保持开门信号延时（如10S）后，自动发出关门信号，电动机反转，门重新关闭。
(3)游泳池注水控制系统（师生共同分析）
如果进水管单位时间的水流量一定，那么游泳池水位的高度和进水时间是一一对应的，我们就可以通过设定注水时间，使游泳池的水位达到希望的高度。
小结：三个例子的共同点：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。
例子：蒙上眼睛，用手中的画笔给画添上鼻子或眼睛
十字路口的红绿灯定时控制系统
控制系统展示：自制的恒温箱控制系统
观察：
师：如何工作的？
生：给恒温箱输入设定温度，通电后，日光灯发光，使恒温箱的温度达到设定温度，当温度超过设定温度，恒温箱的双金属片断开，温度下降，温度低于设定温度，恒温箱双金属片连接，温度上升。这样，可以使恒温箱保持设定的温度。
师：该控制系统跟前面三个例子的工作过程是否一致？控制系统的输出量是否对控制系统的工作过程产生影响？
老师引导，学生讨论分析，恒温箱的工作过程：
师：这种控制系统称为闭环控制系统：我们把系统的输出量返回到输入端并对控制系统过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。
分组讨论交流：我们能否针对游泳池注水控制系统进行改进，改为闭环控制系统？
对个小组的改进给予点评及肯定，经过大家的权衡，选择最好的方案：
例子：不蒙眼睛的情况下，画鼻子或眼睛；投篮过程；马桶水箱的工作过程等
师生总结开环控制系统和闭环控制系统的区别：
（1）工作原理的对比：
开环控制系统：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。
闭环控制系统：系统的输出量返回到输入端并对控制系统过程产生影响。
（2）工作过程的区别：
开环控制系统：
闭环控制系统：多了比较环节和检测装置
（2） 信息传递过程：
开环控制系统：信息路径一条：自输入端传至输出端，不存在信息逆向流动。
闭环控制系统：信息路径两条：一条自输入端传至输出端，另一条是输出端信息经反馈环节返回到输入端的比较环节，形成一个闭合的环路。
五、本节课小结：（师生共同完成）
1、 什么是开环控制系统以及开环控制系统的工作过程。
2、 什么是闭环控制系统以及闭环控制系统的工作过程。
3、 开环控制系统和闭环控制系统的区别。
六、作业
课本P-107页第1、2、3题
七、教学反思
1、 在进行教学设计时我发现要设计好本节课有一定的难度，因为本课内容、案例都较为抽象，较难突破知识的重点、难点。
2、 在教学中我发现教材的重组、优化是顺利、完满达成教学目标的关键，课本中的教学内容、素材必须经过优化和重组，使之更贴近学生的实际，让学生更易于理解、接受和运用。
3、 通过教学实践我觉得本节课的设计，方向很正确，通过师生共同分析5个案例，尽量密切联系学生的生活实际，在课堂中引入了本学校自制的恒温箱，可以引起学生的创作兴趣和意识。
注：本教案参考“普通高中通用技术课程网”的相应的教案。
一、教学目标分析
知识目标：
1、 熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程。
2、 熟悉闭环控制系统的基本组成，理解其中的控制器、执行器的作用。
3、 掌握控制过程的一般描述方法。
行为目标：
通过分析和比较，了解开环控制与闭环控制系统各自的控制特征及其之间的差别。
情感目标：
使学生感觉、体验控制设计的一般思想方法和技术方法，激起学生设计的欲望，培养学生富于想象、善于批判、勇于创新的个性品质。
能力目标：
学生学习本课后可以对简单的开环控制系统和闭环控制系统的工作过程进行分析，并能对一些控制系统提出改进意见。
二、教学内容分析
本节内容是本章的第二节，第二、第三节是本章的第二教学单元，是本章的教学重点，应将本节视为重点中的重点。教材从学生熟悉自行车行驶的速度控制和电风扇的风速控制开始，在根据学生的知识水平引入游泳池注水系统控制以及改进游泳池注水系统控制，从而达到对开环控制和闭环控制的分析和对比的目的。再者根据开环控制和闭环控制的工作过程分析，让学生掌握分析控制系统工作过程的方法。
重点难点：
重点：通过具体控制系统案例的分析，培养学生的分析控制系统的能力，能说清楚简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成，以及它们是如何实现控制的。
难点：开环控制系统和闭环控制系统的分析和对比。学生的学习状态分析 学生学习了第一节控制手段和应用，理解控制的含义，但对什么是开环控制什么是闭环控制是空白，这就需要通过多个案例进行对比才可以让学生掌握开环控制和闭环控制以及它们的组成和工作过程。在本主题中，根据课程标准的要求，以及限于学时以及高中学生现有的知识水平，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定于一般性的理解，不作进一步的要求，不去探讨其内部的工作过程，只了解其输入和输出之间的关系就可以。
三、教学策略
本节课根据教学内容的特点及教学目标上的要求,我主要采用了教师讲授、学生阅读、实物演示、讨论交流等教学方法，运用多媒体展示等教学手段。让学生自主思考，教师充分引导，发挥学生的主体主动性。通过多媒体展示案例，实物案例，学生分析案例，教师点拨，让学生自主思考，以及分组讨论，然后形成结论，最后教师总结，并点明本节课的知识点。本节课主要是通过师生互动与交流来达成。
四、教学过程
（一）导入新课
组织学生游戏：
（1） 在墙上贴一张画有娃娃脸轮廓的头像，参加游戏的同学在画前3米的地方蒙上眼睛，然后走向头像，并用手中的画笔给画添上鼻子或眼睛。
（2） 不蒙眼睛的情况下，画鼻子或眼睛。
点评：（1）画得东倒西歪，很有意思。（2）画得又准又好。
师：两种工作过程一样吗？
生：不一样。
师生总结区别：不蒙眼睛时，我们可以调整自己前进的路线和画笔的落点，反之，由于看不到目标，我们无法对前进的路线和画笔的落点进行调整。
师：我们这节课一起学习两种不同的控制系统以及它们的工作过程。
（二）进行新课
案例分析：
(1)电风扇的风速控制：（师生共同分析）
通过改变电机的转速来控制实现，给电风扇设定风速档位，电机就以一定的转速带动扇叶转动，输出预定的风速。
风速控制是该控制系统的输入，扇叶转速是该控制系统的输出
（一个档位对应着一个风速）
(2)自动门控制系统(P103) (教师讲授)
工作过程：
1、 当有人到达门前某一距离时，传感器感知，并发出“有人”的信号；
2、 控制器接到传感器传来的信号后，经变换放大后传给电动机（这里的电动机叫做执行器，也称为驱动器）
3、 电动机根据传来的开门信号转动,门被打开(这里的门叫做被控对象，也称为被控对象)
4、控制器保持开门信号延时（如10S）后，自动发出关门信号，电动机反转，门重新关闭。
(3)游泳池注水控制系统（师生共同分析）
如果进水管单位时间的水流量一定，那么游泳池水位的高度和进水时间是一一对应的，我们就可以通过设定注水时间，使游泳池的水位达到希望的高度。
小结：三个例子的共同点：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。
例子：蒙上眼睛，用手中的画笔给画添上鼻子或眼睛
十字路口的红绿灯定时控制系统
控制系统展示：自制的恒温箱控制系统
观察：
师：如何工作的？
生：给恒温箱输入设定温度，通电后，日光灯发光，使恒温箱的温度达到设定温度，当温度超过设定温度，恒温箱的双金属片断开，温度下降，温度低于设定温度，恒温箱双金属片连接，温度上升。这样，可以使恒温箱保持设定的温度。
师：该控制系统跟前面三个例子的工作过程是否一致？控制系统的输出量是否对控制系统的工作过程产生影响？
老师引导，学生讨论分析，恒温箱的工作过程：
师：这种控制系统称为闭环控制系统：我们把系统的输出量返回到输入端并对控制系统过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。
分组讨论交流：我们能否针对游泳池注水控制系统进行改进，改为闭环控制系统？
对个小组的改进给予点评及肯定，经过大家的权衡，选择最好的方案：
例子：不蒙眼睛的情况下，画鼻子或眼睛；投篮过程；马桶水箱的工作过程等
师生总结开环控制系统和闭环控制系统的区别：
（1）工作原理的对比：
开环控制系统：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。
闭环控制系统：系统的输出量返回到输入端并对控制系统过程产生影响。
（2）工作过程的区别：
开环控制系统：
闭环控制系统：多了比较环节和检测装置
（2） 信息传递过程：
开环控制系统：信息路径一条：自输入端传至输出端，不存在信息逆向流动。
闭环控制系统：信息路径两条：一条自输入端传至输出端，另一条是输出端信息经反馈环节返回到输入端的比较环节，形成一个闭合的环路。
五、本节课小结：（师生共同完成）
1、 什么是开环控制系统以及开环控制系统的工作过程。
2、 什么是闭环控制系统以及闭环控制系统的工作过程。
3、 开环控制系统和闭环控制系统的区别。
六、作业
课本P-107页第1、2、3题
七、教学反思
1、 在进行教学设计时我发现要设计好本节课有一定的难度，因为本课内容、案例都较为抽象，较难突破知识的重点、难点。
2、 在教学中我发现教材的重组、优化是顺利、完满达成教学目标的关键，课本中的教学内容、素材必须经过优化和重组，使之更贴近学生的实际，让学生更易于理解、接受和运用。
3、 通过教学实践我觉得本节课的设计，方向很正确，通过师生共同分析5个案例，尽量密切联系学生的生活实际，在课堂中引入了本学校自制的恒温箱，可以引起学生的创作兴趣和意识。
注：本教案参考“普通高中通用技术课程网”的相应的教案。