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《控制系统的工作过程与方式》第一课时教学设计

时间:2019-01-29 作者:周编辑 资料来源:网络

《控制系统的工作过程与方式》第一课时教学设计

一、教材分析:

第四章是用系统的方法研究控制系统的,第一节是对控制的概括了解,本节内容是本章的第二节,是讲开环控制系统和闭环控制系统,这是第一课时,讲开环控制系统。它是学习后续内容如闭控制系统及控制系统设计的基础内容,也让学生掌握用系统的方法对控制部分进行分析、评价和优化。

开环控制由于其结构简单,控制简便易行,有着广泛的应用,同时可以说闭环控制系统的构成是在开环控制系统的组成的基础上建立的,所以掌握了开环系统方框图的构成和工作程和方式,对学习闭环控制是重要的认知基础。本课对教材进行了两方面开发,一是提出了控制系统的定义,并指现控制系统的地位和作用;二是总结了开环控制系统的三点特征及为什么叫开环控制系统。

可以说本节课的教学成功与否关系到本单元的学习效果,关系到学生的学习兴趣和应用控制系统知识进行创造的信心。

二、学情分析

控制处处都有,学生有着广泛的接触,但是我们不要认为学生什么都懂,什么都知道。学生认识都是常识性的,认知内容是零散不系统的,有待提升和归纳,这对学生素养的提高和长远发展有利。提高学生认知主要从以下几个方面:一是系统分析方法的运用,就是用系统的方法分析、建构控制部分;二是控制过程思维的培养,只有对控制有过程的思想,才能用多个各自能独立,又有效配合,组成一个有机整体,起控制作用的功能。

教学就是要对针对学生认识的特点,运用多种教学手段和媒体,设置多种情景帮助学生分析、归纳和提升。

三、教学目标:

【知识与技能】:

1、知道开环控制系统的基本组成和工作过程。能用来分析生活中典型控制案例。

2、了解开环控制系统的特征并能预测可能的控制结果。

3、掌握常用开环控制系统的建构方法,并对自已或他人的想法进行分析。

【过程与方法】:

1、通过师生的共同交流和探究,引导学生通过自主观察、总结,在与他人的交流中领悟控制的一些思想和方法。

2、感受开环控制过程验,学习常见的控制方式和方法,并能进行较为系统的分析。

【情感态度价值观】:

形成对控制方法及应用的积极态度和认识,增强对产品控制方面的技术感悟,提高探究欲望,保持积极进取的信心。

四、教学重难点:

【教学重点】:开环控制系统的构成与控制过程分析。

【教学难点】:“输入(量)”的分析,控制器及执得器的判断和确定。

五、教学准备:自制教具、课件等

六、课时安排:二课时,本节是第一课时。

七、教学方法:演示讲解  分析讨论法。

 

一、引入新课:

复习控制的概念,控制的广泛应用及控制手段的多样性。控制体现人的目的,通过运用一定的手段和方法,使产品(事物)出现需要的现象、动作或保持某种趋势。

今天我们来学习控制系统的组成及工作过程。什么是控制系统呢?

(帮助学生回忆,并形成认知体系)

二、控制系统(板书)

1〉定义:是产品(大系统)的一个子系统,起控制作用的部分。(板书)

2〉控制系统的组成

结合案例分析控制系统的组成。“楼道声控灯” “光控闹铃”的控制过程。说明控制系统的输入、输出,被控对象、控制器和执行器等基本要素。

  入:指控制系统的给定量,如某一指令、信号或设定的操作。

  出:控制功能的实现,如期望的现象、动作、或某种趋势。

被控对象:直截实现目标的功能物。

控制器:处理、转换输入信号,并抟给执行器。

执行器:直接控制被控对象的装置或元件。

结合具体控制系统,师生共同分析。

在过程中让学生掌握概念。

学生对概念的理解深度将在下面的学习中得到检验。

三、开环控制系统(分析光控制闹铃和声控楼道灯)(板书)

输入

 

控制器

 

被控对象

 

 输出

 

执行器

介绍开环控制系统方框图的构成与表达。用箭头表示信号传递的方向,将控制系统的五个部分连成一体,并用方框将控制器、执行器、被控对象框起。

 

 

声光

信号

 

声光延时开关

 

灯泡

 

点亮一定

时间

 

电源

【案例分析】:光控闹铃及声控灯的控制系统:

 

(对这部分内容学生理解是有限的,不过在下面的学习中将逐步加深。

四、开环控制系统的特点:(板书)

①输入与输出是因果关系,

②信号传递的单向性(open loop control system断开的控制链),

③通常指自动控制。

已分析了两个控制系统,总结一下,看学生的反应如何。

五、案例分析:

①游泳池注水控制过程(了解控制系统的特点:看动画)


游泳池注水控制系统中,如果进水管单位时间的水流量一定,那么游泳池水位的高低与进水的时间一一对应。我们可以利用定时器来控制进水阀门的开启与关闭。

 

(本案例分析是了解开环控制的特点,加深知,学生会觉得容易。)

②电饭锅的煮饭控制系统:

 

启动

开关

 

限温装置

 

内锅

 

内锅的一

定温度

 

电热

 

结构示意图

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 






③光控路灯的控制系统(了解控制系统设计的多样性):

 

外界光线

的强弱

 

感光电路

 

灯泡

 

灯泡的

亮或熄

 

开关、电

源等

 

设定

的时间

 

定时电路

 

灯泡

 

灯泡的

亮或熄

 

开关、电

源等

 

 

 

 

 

 






本部分是让学生分析常见开环控制系统,有点难度,

六、讨论输入量,输出量和控制量(以自动门的控制系统为例):

【课堂活动】:看视频,讨论自动门的控制过程及特点。

系统要素分析:人的红外信号是输入,人的姿势及高矮影响输入信号作用。电机的转速是控制量,开门速度与大小是输出量。

【控制过程分析】:当有人到达门前后某一距离时,传感器感知,发出“有人”的信号,控制器接到传感器传来的信号后,经变换放大后传给执行器(电动机),电动机转动,门(被控对象)被打开。控制器保持开门信号延时设定的时间后,自动发出关门信号,电动机反转,门关闭。

七、课堂总结及练习:

从上面的例子可以看出,开环控制系统从输入(量)开始,到输出(量)结束。控制过程的输出量不对控制过程产生影响,控制的精度由输入量及控制系统元件特性、精度等决定,外界的干拢因素也可能影响控制过程。

那么有没有这样的控制系统,能根据输出的情况来影响控制过程,使控制过程根据结果来决定是否继续,从而使结果符合期望的设定值?这就是我们下节课要学习的闭环控制系统,有兴趣的同学可提前预习一下。

八、课后思考:

1、找一找你生活中发生在身边的开环控制系统,并分析其控制过程及各要素组成。

 

 

 

 

 

本部分内容是让学生了解控制中量的问题。

 

 

 

 

对本节课内容进行总结,并留下思考问题。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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