1、闭环控制系统的设计与实施教学设计 青铜峡市高级中学 王丽娜教材：（凤凰国标教材）普通高中课程标准实验教科书 通用技术（必修2）文档内容：闭环控制系统的设计与实施章节：第四单元控制与设计 第四节控制系统的设计与实施课 时：第2课时一、教学目标1.知识与技能：1.区别开环控制系统与闭环控制系统。2掌握控制系统设计的一般思路。3了解简单的被控制对象的基本特征，画出系统方框图。4通过案例学习与分析，形成初步闭环控制系统的设计方案。2.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。3.情感、态度与价值观：（1）通过对闭环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
2、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。二、教学重点区分开环控制系统与闭环控制系统设计一个控制系统应明确的问题，对控制系统的基本要求。三、教学难点设计一个控制系统应明确的问题的分析，控制系统设计的思想方法。四、教学方法讲授、讨论、小组合作、试验演示五、设计思想1. 教材分析本节是前几节知识的总结与应用。控制系统设计的一般思路是这一节的重点，也是难点。在设计中，只有对系统的组成部分及其相互关系分析清楚了，才能进行设计。鉴于学生对本章节没有基础的特点，要把一些知识点直接的铺开给予学生讲解，只有这样，才能把一节课的内容很轻松的给予学生。2. 学情分析因为所教授的学生对第四
3、章的内容没用基础，所以在讲闭环控制系统的设计时 ，要让学生明确开环与闭环控制系统的区别，然后进一步学习系统设计的一般思路。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，通过对闭环控制系统的分析与设计，使学生对一定的实践经验和生活经历，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。3. 策略提出一个生活中时常会遇到的问题，在学习和阅读了相关内容后针对这一问题的设计要求进行具体设计并制作成模型，在学生自己设计和制作的过程中达到突破难点，实现教学目标的目的。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）通过给出的课题
4、，给学生例举生活中的控制事例，让学生感受控制现象的普遍性。（2）教师根据水塔注水的试验演示，给学生讲解闭环控制与开环控制系统的区别。（3）与学生共同学习设计的一般思路，并用水塔注水的事例进一步巩固设计思路。4与学生共同探讨案例：抽水马桶水箱的自动控制系统的设计，并通过学生自学的基础之上，试着提出关于节水的改进方案。六、教学准备水塔注水实验装置，课件。七、教学过程教学环节师生活动设计意图导入给出课题：闭环控制系统的设计与实施。教师点出：在日常生活中，控制系统十分的普遍，并且具有十分重要的实践意义，比如：教室里的风扇，升降屏幕以及电冰箱，电视机，自来水水塔注水等等。引出新知，激发学生的学习兴趣。让
5、学生进一步明确控制系统的普遍性。新课讲授试验演示：水塔注水控制装置1人工定时注水 2自动注水装置教师演示实验，通过画方框图并总结： 水流量设定时间定时间定时器进水阀门游泳池游泳池水位开环控制系统检测装置控制器器器吧器器器进水水阀阀阀门游泳池 泳池游泳池的水位水流量设定水位闭环控制系统一、控制系统的设计要明确的问题控制系统设计明确控制的目的确定被控量、控制量分析被控对象的主要特性控制系统的调试 运行和评价分析主要的干扰因素控制系统方案的选择系统的成本分析实施控制系统所需的设备、元件等系统要达到的目标？控制的对象是什么？被控对象的特性？确定被控量和控制量？找出控制系统的干扰因素，分清主次，找出最大
6、的干扰因素是什么？采用什么方案既达到目的、又经济、易于实现。选择开环还是闭环要根据控制系统的精度要求和条件的可行性而定。选择设备和元件。执行器和检测装置的选择: 一是要根据控制量和被控量的需求，二是根据控制条件。二、闭环控制系统设计需满足的基本要求:一个闭环控制系统要想正常工作，首先必须是稳定的。控制系统的控制精度必须符合要求。闭环控制系统应有较好的抗干扰性能。以水塔自动注水为例，巩固设计要明确的问题。学生讨论回答。鼓励学生大胆发言三、闭环控制系统的设计案例：抽水马桶水位自动控制设计要求：当水位达到某一指定高度时，进水口停止进水。设计分析：根据设计要求，选择闭环控制系统。被控对象是抽水马桶的水
7、箱，被控量是抽水马桶水箱水位的高度，控制量是进水管的水流量（进进水量），水箱水位的高度与进水量之间呈线形关系，主要干扰因素是水箱的出水流量。方案构思：请学生到讲台前试着讲解，教师补充采用浮球作为水位高度的检测装置。当水箱的水位低于水箱的某个高度时，出现了水位差（给定的水位高度与实际水位高度之差），这个信号通过浮球、连杆机构传给进水阀，使进水阀打开，从而水箱进水；当水箱水位达到水箱的某个高度时，水位差为零，进水阀关闭。控制系统方框图：请学生动手画，教师补充给定水位杠杆比较进水阀门水箱进水量实际水位为位位检测装置控制过程：转动冲水旋钮，使出水阀打开，水箱冲水。与此同时，进水阀打开，水箱进水，直到指
8、定水位时，进水阀关闭。幻灯片动画演示讨论：在上述案例中，如果要节约用水，减少水箱每次冲水的量，你能设计哪几种方案？学生分组讨论回答。通过演示实验，让学生进一步明确开闭环之间的区别，可以更好地进行闭环控制系统的设计。明确控制体统的设计思路，为学生进一步的闭环控制的设计做好铺垫。通过对水塔自动注水的例子，学生进一步分析控制系统设计的基本思路，是知识点得到进一步巩固。在这个案例分析中，让学生自己去看书学习，通过相互的讨论、探究请学生走到讲台自己讲解，让他们主动学习，主动探究，更好的巩固知识点，同时也体现了学生的主体地位。学生在明确控制系统的设计要求时，学会画方框图，以此加深对闭环控制系统的掌握。通过探讨水箱的节水方案，以此拓展学生的思维，对本课的重点知识也做进一步巩固。小结1.开闭环控制系统的区别2. 控制系统设计需满足的基本条件3. 学会画出该控制系统的方框图巩固本节课内容