开环控制系统工作过程-4

南京田家炳高级中学 沈涛

一、在单元中的地位

本课教学内容为新教材江苏凤凰教育出版社通用技术必修《技术与设计2》第四单元“控制及其设计”的第二节“开环控制系统的工作过程”。从总体上看，本单元按照控制的方式与应用——开环控制系统的工作过程——闭环控制系统的工作过程——控制系统的设计与实施层层递进的方式组织教材内容。第一节的内容让学生对控制的方式和应用有所了解，第三节要让学生进一步学习闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程，因此，本课教学让学生从技术的角度理解控制系统，学会分析开环控制系统的工作过程，能够绘制开环控制系统的方框图，为下一节的学习打好基础。 二、教学策略

1、 创设情境，激发学生的认知，引导学生自发地、主动地解决问题。

2、 面对真实问题，引导学生分析生活中的开环控制系统工作过程和方式，加强学生对开环控制系统工作过程的理解和应用能力。

3、 通过项目试验，让学生体会开环控制系统输入与输出的关系和工作过程。 三、教学目标 知识与技能：

1、理解控制系统的含义。

2、掌握开环控制系统的基本组成和工作过程。

3、知道控制系统工作过程的描述方法，能绘制开环控制系统方框图。 过程与方法

1、使学生体验控制系统的分析过程与分析方法，培养学生科学思维能力。

2、让学生从生活经验出发，从实例分析入手，能识别控制系统的输入量、控制器，执行器、控制量和输出量。 情感态度与价值观

1、通过项目教学，使学生感受开环控制系统在生活中的广泛应用。

2、创设真实情境，让学生在真实环境中面对真实问题，激发学生探究热情、培养学生解决真实问题的能力。 四、教学重点与难点：

教学重点：开环控制系统的组成及其工作方式。

教学难点：用控制系统方框图描述开环控制系统的工作过程。

五、教学过程 教学内容 上节前一节我们学习了控制及其应用。知道了控制就观看PPT 事物向期望的目标发展。 PPT:控制的概念 那么，要理解控制现象，我们要知道控制的目的是什么？控制的对象是什么? 采取什么控制的手段？ PPT：控制三要素 本节课，我们将一起学习第二节，开环控制系统导入 的工作过程 板书：第二节 开环控制系统的工作过程 新课 古希腊有很多的黑科技，公元1世纪，希腊人希罗建造的自动打开的神庙大门让人惊叹不已。接下来，我们看看希罗自动门是如何工作的？并思考它的工作过程。 PPT：播放视频：希罗门工作过程。 看完视频，我们来根据希罗门图片分析一下希罗门的工作过程是什么？它的输入输出是什么？ 请完成学案上相关内容。 观看PPT 复习前课，巩固前课的知识点 提要 是人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使教师活动 学生活动 设计意图 观看视频，并思考 用学生未知的案例，激发学生探究欲望。 学生分析、回答，完成学案相关内容。 控制系统的概念 希罗门是最早利用大气压的自动控制装置。 PPT：一、理解控制系统 任何一种控制的实现，都要通过若干环节共同实现，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统，称为控制系统。 控制系统的输入与输出之间有一定的对应关系。 板书：一、理解控制系统 关键词：输入、环节、输出 PPT:指出表中所列事例是否属于控制系统，如果 机械手表 红外线自动感应水龙头 学生分析出系统的输入、输出和各个环节。 马上观看PPT，回答问题。 帮助学生进一步熟悉控制系统的输入，输出。 行动 是控制系统，请指出系统的输入、输出是什么。 是否属于控制系统 输入 输出 设置有位同学设计了雨水收集系统。但是每逢雨季，学生试验 当水位升到一定高度时，雨水就从溢水口溢出排放出去，造成了雨水资源的浪费。因此，又设计了一个雨水收集池水位报警装置起到提醒的作用。 设计情境，吸引学生注意力。 情境 雨水收集池的水位就会随着雨水的不断注入而升高，问题请同学们试验一下，看看这个水位报警装置是如PPT：思考并回答以下几个问题： 1. 这个控制系统的输入和输出是什么？ 2. 这个控制系统的工作流程中有哪些环节？ 板书： 输入： 环节： 输出： 学生探究，思考并完成学案。 提出 何工作的。 引入通过以上的分析，水位报警装置的工作过程是什板书：二、分析开环控制系统的工作过程 分析开环控制系统的工作过程 引入出控制系统方框图 问题 么？ 控制系统方框图 由工作过程我们就可以画出控制系统的方框图。 PPT：二、分析开环控制系统的工作过程 1. 控制系统方框图 在控制系统中，为了方便分析，常采用方框来表示系统的环节，用单向信号线来表示系统信号传递的方向，这种图称为控制系统的方框图。 控制系统的方框图表示了系统的各个环节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。 板书：1. 控制系统方框图 提问 我们确认了水位控制系统的输入和输出，请同学学生思考，回们分析一下，这个控制系统的输入和输出之间有什么答 关系？ 输入的水位，只能控制灯的亮与不亮和蜂鸣器的发声与不发声。 灯的颜色、蜂鸣器的发出的不同声音与输入没有影响。 开环控制系统的概念 像这种输出量不会对系统的控制产生影响的系统就称为开环控制系统 PPT：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。 板书：2. 开环控制系统 引入开环控制系统概念 开环控制系统在日常生活中的用途很广，我们本 节课介绍的希罗门和水位报警装置，十字路口的交通信号指示灯定时控制系统，火灾自动报警系统，公交车门控制系统等都属于开环控制系统。 开环控制系统的方框图 那么，根据前面的控制系统的方框图，开环控制系统的方框图就应该这样表示： PPT: 学生根据开环控制系统的方框图，结合前面的水位控制系统从控制系统方框图递进到开环控制系统方框图 输入量：控制系统的给定量。 输出量：控制系统的输出信号 控制器：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。 执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件。 被控对象：控制系统中所要求的控制的装置或生产过程。 控制量：执行器的输出信号。 的方框图，找到对应关系。 对应前面的水位控制报警系统的方框图，来识别系统的输入、输出、控制器，执行器，被控对象和控制量。 案例PPT:在夏天，我们有时候需要用到电风扇来消风扇一直吹着又容易着凉。所以，我们会选择让电风扇定时工作，设定好时间后，电风扇就会开始工作直到达到预定工作时间后停止。 用生活实例来巩固开环控制系统的方框图的绘制方法。 分析 暑。在我们快要睡觉前，又不希望在我们睡着后，电 PPT:请分析风扇的定时控制装置的工作流程，绘学生分析，并 制方框图说明此开环控制系统的工作过程，并注明方绘制方框图。 框中各个环节及输入量、输出量和控制量。 教师点评 教师点评学生学案 点评时再次强调方框图中要体现输入、控制器、执行器、控制对象、控制量和输出等关键元素 小结 本节课我们一起学习了开环控制系统的工作过 程，其工作过程可以使用控制系统方框图来描述。比如我们使用洗澡时候使用的混水龙头，就是一个很简单的开环控制系统，我们调节好冷热水的比例，就能以很舒适的温度洗澡了。但是如果系统发生了改变，比如你在洗澡的时候，家里其他水龙头在用水，导致流量发生了改变，那洗澡水的温度就会发生改变，因此，开环控制系统会收到系统和环境的变化导致在输入不改变的情况下输出的结果不同。这样看来，为了让输出结果更加稳定，就需要对输出结果进行判断，把判断的结果反馈给之前的控制流程，改变系统的控制量，那就是我们下节课将要学习的闭环控制系统 PPT:第二节 开环控制系统的工作过程 一、 二、 理解控制系统 分析开环控制系统的工作过程 1. 控制系统的方框图 2. 开环控制系统