《简单控制系统的设计》教案

《简单控制系统的设计》教案教材分析：

广东基础教育课程资源研究开发中心编写的普通高中通用技术课程的《技术与设计2》第四章“控制与设计”的内容。通过学习控制系统中的控制目标、控制的过程和控制的机理等控制与设计的知识，有助于我们运用简单的控制方法解决现实生活中遇到的相关问题，发展学生良好的逻辑思维品质。

本节教学内容我打算安排二个课时来完成。在课堂活动方面，为了适应教学，学生实践活动有一定变化，并在第二课时增加了一个学生实践活动，我们当然可以根据实际情况，合理选用。

教学目标

.知识与技能：

.理解控制的含义及其在生产和生活中的应用。

.了解手动控制、自动控制熟悉简单的开环、闭环控制系统的基本组成和

简单的工作过程并能够分析典型的案例。

.制系统的设计对整个设计产生的重要影响。

.了解简单的被控制对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制设计方案。

2.过程与方法：通过案例分析，学会多角度地思考问题，发展辨证思维能力。

3.情感态度与价值观：培养对控制系统设计的兴趣和想象力，理解控制系统技术设计在艺术中的魅力，提高审美情趣。

教学重难点

能根据开环控制系统的设计方案，制作一个控制装置；或者能根据简单闭环控制系统的设计方案进行实施或模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。

教学资源准备

多媒体、电饭锅恒温器一个、干簧管一只（常开）、发光二极管一只、导线若干条、微型开关二个（常开、常闭）新课教学

、引入：

[复习旧课，导入新课]（教师讲述，与学生一起回顾开环控制和闭环控制的相关知识，为下面的新知识讲授打下伏笔。）

通过上一节课的学习，我们知道，任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节就构成了一个系统，称为控制系统；控制系统通常又分为开环控制系统和闭环控制系统，其中闭环控制系统在日常生活和生产中有着广泛的应用。

通过对本章节的学习，我们就会对干扰、反馈和控制有

所感悟。从本堂课起，我们将首先学习闭环控制系统的干扰因素。

2、讲授新课

确定控制目的→

确定被控量

→给定控制要求→确定系统结构建立控制器、控对象、行机构和反馈环节的模型→

确定待调参数→分析、实验系统性能

活动一：体验简单的闭环控制系统

电饭锅温度控制

活动目标：

电饭锅自动控制系统，在家庭生活中有着广泛的应用。通过剖析电饭锅的自动控制系统的工作过程，使学生了解闭环控制系统的工作原理。

活动步骤：

试验器材：

外接电源（220ｖ）、钢式开关二只、导线若干根、指示灯一只、电阻二个、灯一只。

元件分析：

电饭锅由两路（煮饭和保温）并连开关控制其铸铝加热器工作；按下煮饭开关，触点托臂被温控磁铁吸住，保持闭合状态（保温开关先不考虑），当锅胆达到110度左右（即

米饭干汤了，否则因为水而不会超过100度），和其接触的温控磁铁失去磁性，开关断开，保温开关单独工作。保温开关其实就是一个双金属片开关，随着温度变化双金属片会做相应变形（弯曲），当温度升到50度左右时推动触点断开，温度降低后再闭合。

记录分析：

1.当锅胆温度较低时，金属片断开，控制处于保温的状态。

2.当锅胆温度上升到一定温度时，使控制器处于加热的状态。

3.当锅胆温度再次上升时超过100度，温控磁铁断开，控制器处于保温的状态。

活动结论：

电饭煲电路简图（如下）。其中，k1为磁钢式限温开关，k2为双金属片保温开关，r为电热盘中管状电热元件，t为热熔式超温保护器，r1、r2为限流电阻，l1为煮饭指示红色氖灯，l2为保温指示黄色氖灯。

活动二：衣柜自控灯的设计（直引入题目，便于学生积极思考。）

要求：开门灯即亮，关门就会自动熄灭

㈠被控对象的基本特性

干扰:电压的波动

影响:电流波动、灯光闪烁

例：自控灯的设计

被控对象——灯泡

被控量——灯泡亮/灭

通过改变什么来实现灯的亮/灭?

控制量——开关通与不通

控制方案——开环控制系统

元器件——开关、电源、灯泡……

自控灯的控制工作过程：

安装在衣柜上的，开门灯即亮，关门就会自动熄灭

方案构思：

选择开环控制系统实现自控灯的控制要求。

确定了确定控制系统的设计方案后，画出必要的电器线路图，选择适当型号的元件和配件，进行组装、调试。

㈡方案的呈现

学生根据给定的材料，呈现小组方案

㈢展示与点评

展示部分小组作品并调试

㈣拓展与延伸

这一设计除了用在衣橱上，还可以用在哪里？

门窗、橱柜、抽屉、保险柜……

如果把被控对象换成电铃，那么它又可做成什么？

防盗报警控制系统

如果把执行器开关换成声控开关的话，它又可做成什么？

声控灯

如果把执行器开关换成光控开关的话，它又可做成什么？

光控灯

结论：

信息总是自输入端单向传至输出端，不存在信息逆向流动，没有反馈环节，也不存在闭合回路，这类系统称之为开环控制系统。

闭环控制系统：

信息在自输入端传至输出端的同时，还将输出信息通过反馈环节传给输入端，即信息流向形

成闭合回路，这类系统称之为闭环控制系统。

比较：开环控制系统和闭环控制系统

开环控制系统

闭环控制系统

从构成形式上

无反馈环节

有反馈环节

从本质上

信息的流向是单向、开放的

信息的流向是闭合、回路的

教学反思：

在本节课的教学中，以自控灯这一案例为主线，让学生在针对实际问题进行控制设计的实践中去领会控制系统设计的一般方法，活动过程中，学生以小组为单位在进行设计分析时，亲身经历对多方案进行比较、权衡、选择的过程以及一个控制系统的制作、安装、调试、改进的全过程。在这样一个过程中，学生才可能对教学目标有一个全面理解和认识。

活动中，学生遇到一些问题，比如：在我所给的材料中，对有些材料（如开关、双金属片等）比较陌生；学生在比较权衡完毕后，还会对原来的方案进行进一步的改进；学生在对控制系统电路连接调试中灯泡不亮等等

在整节课中，课堂氛围好，学生兴趣高，能按时完成任务，但仍有不足之处，如果要在本课基础上增加一制作环节，提前给学生两三张硬纸片，让学生将他们脑中的设计方案以模型的方式表现出来，我想会更好些。