第四单元 控制与设计
第三节 闭环控制系统的干扰与反馈
常州市戚墅堰实验中学 李宏利
〖教学目标〗
1、通过案例分析,能画出一个简单的闭环控制系统的方框图,理解其中的控制器、执行器的作用,熟悉反馈环节的作用。
2、知道闭环控制系统的工作过程。
3、能结合案例,找出并分析影响简单控制系统运行的主要干扰因素。
4、了解功能模拟方法和黑箱方法在控制系统中的应用。
5、渗透哲学分析问题的观点和思想,提升学生对技术和哲学的认识。
〖教学重点、难点分析〗
第三节闭环控制系统的干扰与反馈,干扰因素和反馈是闭环控制系统中的两个重要的核心概念,闭环控制系统是通过反馈环节克服干扰因素而使系统达到稳定。功能模拟方法和黑箱方法是控制论的主要方法。功能模拟法以功能行为相似为基础而建立模型,为仿生学、人工智能、价值工程提供了科学方法,黑箱方法是通过考察系统的输入与输出关系认识系统功能的研究方法,是探索复杂大系统的重要工具。
1、了解干扰对控制系统的影响,并能分析克服干扰因素的合理方案;
2、分析闭环控制系统有较强抗干扰能力的机理,能够分析一个简单闭环控制系统的克服干扰因素的过程。
3、反馈环节在系统中的作用。
〖教具〗
学生技术试验可调光台灯、试验电路板和配套电器元件等。
〖资源准备〗
多媒体图片、视频等
〖教学过程〗
教学内容 | 教师引领 | 学生活动 | 设计意图 |
引入新课 | 列举日常生活中时常存在的“干扰”现象: ①自然产生的:风中骑车、行船等; ②人为造成的:手机信号对电脑的干扰; 明确本节主要讨论的是干扰因素的也同样存在于控制系统当中问题。 | 思考、参与讨论。 | 通过生活实例引入干扰概念,并初步认识干扰 |
什么是干扰因素 | 教师引导学生回答:我们要学习的干扰因素指的是控制系统当中的干扰因素。 结合具体控制系统,使同学们了解控制系统当中的干扰因素所指的是什么。 练习 P108马上行动 P109思考 | 听讲,根据具体的控制系统,回答它们会受到那些干扰因素的影响。 | 引导学生通过实例分析理解干扰因素概念 |
分析干扰因素 | 根据一个具体的控制系统分析干扰对控制系统的影响并分析克服干扰因素的合理方案,总结出以下三点: 1、 控制系统的稳定性能与干扰因素的控制以及克服能力直接相关; 2、 干扰因素的个数不定; 3、 只有使被控量稳定,才能使控制系统正常操作。 | 听讲、讨论。 | 知识归纳总结 |
分析控制系统怎样克服干扰因素 | 列举游泳池的开环控制系统及闭环控制系统,分析闭环控制系统有较强抗干扰能力。 通过一些具体的控制系统的案例分析使同学们了解一个简单闭环控制系统克服干扰因素的过程。 | 听讲、思考。 结合老师讲解和自己的理解讨论一些简单的控制系统克服干扰因素的过程。 | 结合生活中的实例进一步理解干扰因素 |
干扰因素的利用 | 干扰因素在某种情况下也可以成为我们利用的对象,例如打狂犬疫苗。 | 讨论还有那些是我们可以利用的干扰因素。 | 引导学生通过哲学思想,一分为二的观点去分析事物 |
什么是反馈 | P110案例分析 列举生活的事例分析如何自动控制:电饭煲、空调、抽水马桶等。 从而引入反馈概念 | 参与举例、分析,并讨论得出反馈概念。 | 让学生在熟悉的生活学习到新概念 |
反馈方法 | 分析上述案例同时让学生认识到能够自动控制是由于反馈方法的作用,反馈方法是一种分析、处理问题的常用方法。如:自动电水壶、平时的测试等。 P111马上行动 | 学生参与举例、分析,用反馈方法进行分析处理简单问题 | 方法的得出及应用是技术要求之一 |
小制作 | P111:小试验 视力保护提醒器 | 分析制作视力保护提醒器 | 通过小试验理解其反馈原理并提高动手制作能力 |
闭环控制系统的工作过程 | P112案例分析 闭环控制系统能够克服外界干扰,使控制量控制在给定值范围之内。 P113案例分析 | 通过案例分析闭环控制系统的工作程并思考控制量与反馈因素的关系及系统控制量之间的制约关系。 | 通过实例分析以理解其工作过程 |
闭环控制系统与开环控制系统的比较 | 通过实例分析得出: 开环控制系统特点: 1.信号从输入到输出无反馈,单向传递. 2.结构简单. 3.控制精度不高,无法抑制扰动. 闭环控制系统特点: 1.有反馈回路; 2.结构复杂; 3.控制精度高,自动纠偏 以及两种系统的联系与区别,并知道应用场合 | 学生参与举例、分析、体会,知道闭环控制系统的优点,及开环控制系统的关系。 | 加强学生分析能力,加强反馈概念的理解。 |
功能模拟方法 | 回忆以前学过的案例:神州四号模拟人,分析模拟人的作用 功能模拟法,就是用功能模型来模仿客体原型的功能和行为的方法。所谓功能模型就是只以功能行为是相似为基础而建立的模型。如猎手瞄准猎物的过程与自动火炮系统的功能行为是相似的,但二者的内部结构和物理过程是截然不同的,这就是一种功能模拟。功能模拟法为仿生学、人工智能、价值工程提供了科学方法。 比如,人脑和电子计算机虽然结构不同,但它们都具有逻辑运算和命题的功能,因此,电子计算机可以进行人脑思维模拟,这种模拟是功能模拟。 | 学生听讲、举例 | 认识方法在技术中的作用 |
黑箱方法 | 案例:老王买瓜与黑箱方法 利用输入和输出信息的变化来认识事物的功能和特性。这种方法就是黑箱方法。黑箱方法是的功能模拟运用。 黑箱方法的基本步骤: ⒈ 确认黑箱; ⒉ 确定黑箱的输入和输出; ⒊ 通过观测和主动实验考察黑箱; ⒋ 建立模型,阐明黑箱 P116马上行动 | 结合具体案例,理解黑箱方法的概念,列举在生活中的黑箱方法应用。 | 让学生认识、理解黑箱方法这种崭新的认识方法。 |
小结 | 引导学生对本节课进行整理、归纳。 | 对本节课内容进行整理、归纳。 | 培养学生整理、归纳能力 |
教学反思 | |