高中通用技術(shù) 探究控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要素 教學(xué)設(shè)計(jì)

1、探究控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要素通用技術(shù)（必修）技術(shù)與設(shè)計(jì)2第四章第4節(jié)第1課一、教學(xué)目標(biāo)1.根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，確定被控量和控制量。2.理解控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要素二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要素三、教學(xué)方法講授法，演示法，實(shí)踐體驗(yàn)法，任務(wù)引導(dǎo)法四、教學(xué)過(guò)程1、情境導(dǎo)入在我們生活中有很多自動(dòng)控制的場(chǎng)景，比如自動(dòng)開關(guān)的節(jié)能燈控制系統(tǒng)，還要一些活動(dòng)及運(yùn)動(dòng)會(huì)的升旗等，如何展開我們的設(shè)計(jì)思路？需要從哪些方面著手考慮問(wèn)題呢？新課學(xué)習(xí)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開環(huán)控制是指無(wú)反饋信息的系統(tǒng)控制方式。當(dāng)操作者啟動(dòng)系統(tǒng)，使之進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，系統(tǒng)將操作者的指令一次性輸向受控對(duì)象。此后，操作者對(duì)受控對(duì)象的變化便不能作進(jìn)一步的控制。采

2、用開環(huán)控制設(shè)計(jì)的人機(jī)系統(tǒng)，操作指令的設(shè)計(jì)十分重要，一旦出錯(cuò)，將產(chǎn)生無(wú)法挽回的損失開環(huán)控制系統(tǒng)是在一個(gè)控制系統(tǒng)中系統(tǒng)的輸入信號(hào)不受輸出信號(hào)影響的控制系統(tǒng)。也就是，不將控制的結(jié)果反饋回來(lái)影響當(dāng)前控制的系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)是指一個(gè)輸出只受系統(tǒng)輸入控制的沒(méi)有反饋回路的系統(tǒng)。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，不把關(guān)于被控量的值的信息用來(lái)在控制過(guò)程中構(gòu)成控制作用。其特點(diǎn)是施控裝置指揮執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，改變被控對(duì)象的工作狀態(tài)，被控量相應(yīng)地發(fā)生變化，而這種變化并不再次構(gòu)成施控裝置動(dòng)作的原因，即控制信號(hào)和被控量之間沒(méi)有反饋回路。為了選擇一個(gè)控制力，重要的是，要用到關(guān)于擾動(dòng)對(duì)被控量影響的信息，而不是關(guān)于擾動(dòng)本身的信息。所以，可以不用直

3、接測(cè)量擾動(dòng)就組織起一個(gè)控制。只要監(jiān)視由擾動(dòng)對(duì)被控系統(tǒng)造成的偏差就行了。因此，控制信號(hào)也可以由被控量離它預(yù)定值的偏差的信息產(chǎn)生。所有的手動(dòng)控制、大多數(shù)的程控與數(shù)控機(jī)床、時(shí)間程序控制都屬于開環(huán)控制。如圖所示，這種系統(tǒng)的輸入直接控制著它的輸出，它的裝置簡(jiǎn)單，成本較低，可以排除許多閉環(huán)控制系統(tǒng)中存在的穩(wěn)定性問(wèn)題。當(dāng)擾動(dòng)在某種程度上來(lái)得及影響被控系統(tǒng)的值之前，控制力就直接按照擾動(dòng)的變化而變化。但它的抗干擾能力差，使它的控制作用受到很大的限制，精度較閉環(huán)控制系統(tǒng)要低。不將控制的結(jié)果反饋回來(lái)影響當(dāng)前控制的系統(tǒng)。與閉環(huán)控制系統(tǒng)相對(duì)?？刂葡到y(tǒng)中，將輸出量通過(guò)適當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過(guò)程，就

4、是反饋。系統(tǒng)的控制輸入不受輸出影響的控制系統(tǒng)。在開環(huán)控制系統(tǒng)中，不存在由輸出端到輸入端的反饋通路（見反饋控制系統(tǒng)）。因此，開環(huán)控制系統(tǒng)又稱為無(wú)反饋控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)由控制器與被控對(duì)象組成。控制器通常具有功率放大的功能。同閉環(huán)控制系統(tǒng)相比，開環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單得多，同時(shí)也比較經(jīng)濟(jì)。 開環(huán)控制系統(tǒng)主要是用于增強(qiáng)型的系統(tǒng)。設(shè)計(jì)要素： 問(wèn)題思考？1）被控對(duì)象是什么？2）控制的目的是什么？3）這種設(shè)備用在什么地方？環(huán)境怎樣？4）它又是如何工作的？被控量和控制量分別是什么？5）有什么其他因素會(huì)干擾它的正常工作？依據(jù)你的判斷，能提出一種設(shè)計(jì)方案嗎？確定自動(dòng)升旗控制裝置的設(shè)計(jì)1）明確設(shè)計(jì)的要求，明確控

5、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目標(biāo)。2）提出多個(gè)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行分析、權(quán)衡、比較，確定一個(gè)相對(duì)較好方案。3）動(dòng)手安裝、調(diào)試升旗控制系統(tǒng)。4）撰寫試驗(yàn)報(bào)告、自我評(píng)價(jià)和小結(jié)。設(shè)計(jì)要求：1.在國(guó)歌播放的時(shí)間內(nèi)，控制國(guó)旗勻速上升到旗桿的頂端； 2.選擇恰當(dāng)?shù)目刂品桨笇?shí)現(xiàn)控制； 3.選用成本低、易于獲取的元件、設(shè)備和材料制作模型。對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分析：1.采用開環(huán)控制系統(tǒng)，被控對(duì)象是國(guó)旗，被控量是上升的速度，控制量是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與停止（或速度）。 2.這一開環(huán)控制系統(tǒng)由計(jì)時(shí)裝置和控制升旗的裝置共同組成。 3.計(jì)時(shí)裝置和控制升旗裝置的實(shí)現(xiàn)可以有多種方案，例如，采用機(jī)械定時(shí)器和電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，采用成品電子定時(shí)器和電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，采用自制電子定時(shí)器和帶可調(diào)速電路的電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，采用音頻信號(hào)、觸發(fā)電路和電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)。 4.采用任何一種方案實(shí)現(xiàn)，都要經(jīng)過(guò)若干次調(diào)試，直到符合設(shè)計(jì)要求為止。列出升旗裝置模型的方框圖：方案分析對(duì)比：方案A方案B方案C方案D特點(diǎn)1.制作簡(jiǎn)單1.制作簡(jiǎn)單2.自動(dòng)完成3.精度較高1.自動(dòng)完成2.精度高1.全自動(dòng)2.少誤差不足1.機(jī)械定時(shí)器需要手動(dòng)2.精度低3.需要另外放音樂(lè)1.需要另外放音樂(lè)1.需要另外放音樂(lè)1.CD唱機(jī)過(guò)時(shí)結(jié)出材料方案：觀看編程視頻，根據(jù)視頻進(jìn)行控制版線路的繪