闭环控制系统的干扰与反馈 教学设计

GT邱道
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2020年12月10日17:37:08 评论 14 1660字

闭环控制系统的干扰与反馈 教学设计

一、教学目标

1. 知识与技能目标

(1)能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素,并作分析。

(2)熟悉闭环控系统中反馈环节的作用。

(3)能识读和画出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。

2. 过程与方法目标

(1)通过课堂小试验亲身体验"反馈"的作用。

(2)通过典型闭环控制系统的分析,熟悉闭环控制系统的基本组成及工作过程。

(3)逐步形成理解和分析闭环控制系统的一般方法,学会使用逆推法分析问题。

3. 情感态度与价值观目标

(1)通过"神奇"的自动控制装置,感受科技的魅力,形成和保持探究控制系统的兴趣与热情。

(2)通过对闭环控制系统的探究,形成勇于探索敢于创造优良品质。

二、教学重难点

重点:对闭环控制系统反馈环节的作用的体会,及学会用系统框图来帮助分析和理解闭环控制系统。

难点:分析闭环控系统的基本组成及工作过程

三、教学方法

演示法、逆推分析法、游戏法

四、教学资源准备

相关图片资料、PPT,水箱flash

五、教学过程

序号

教学步骤

教师活动

学生活动

情景导入 一、幻灯片展示问题:乘坐飞机之前哪些话不宜说?

A随时来电 B旅途愉快

C一路平安 D一路顺风

闭环控制系统的干扰与反馈  教学设计

学生回答,教师总结飞机在受到风和电磁波干扰的时候出现的反应,引出干扰因素的概念。

观察、思考和比较


干扰因素 在日常生活中,干扰是时常存在的。

1. 什么是干扰?

在控制系统中,除输入量(给定值)以外,引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。

2. 干扰举例:

(1)风对自动车行驶

(2)手机信号对飞机导航的干扰

(3)室外温度对空调温度控制的干扰

(4)在电冰箱的温度控制系统有哪些干扰因素?

3. 干扰存在的普遍性

在几乎所有控制系统都存在着干扰因素,干扰不可能被杜绝,但可以被克服。

4. 思考

生活中哪些干扰因素是可以利用的?如何进行利用?

反馈 1. 什么是反馈

控制系统中,将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程,就是反馈(feedback)

明确反馈的概念
2. 案例分析:投篮

这个投篮过程中的人的眼睛相当于什么?大脑、手又相当于什么?人在投篮时有没有信息的反馈过程?请分析得出系统控制框图。

思考,归纳:

眼睛是检测装置,大脑是控制器,手是执行器,被控对象是篮球

3. 体验反馈:课堂小游戏"画眼睛"

思考:这个游戏中的人的眼睛相当于什么?大脑、手又相当于什么?人在"画眼睛"时有没有信息的反馈过程?

体验反馈在控制中的作用
4. 思考:"十聋九哑"产生的原因? 因为没有反馈
闭环控制系统的基本组成和工作过程 闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量(输出量)的偏差,我们再来分析一下自动抽水控制装置的组成和工作过程

1. 用逆推法引导学生分析自动抽水控制系统的组成

提问

a. 该控制系统的被控对象是什么?被控量是什么?

(被控对象是水箱,被控量是水箱的水位)

b. 水箱水位靠什么来实现?

c. 控制电路怎么知道什么时侯该开始抽水,什么时侯停止抽水?(通过传感器检测水位,再反馈给控制电路)

2. 自动抽水控制系统的工作过程

(1)再次演示自动抽水控制装置自动抽水过程:将水位传感器定在第一条水位线,通电,水泵往水箱里抽水,水位到达传感器位置时水泵即停止抽水,从排水口排水,水位低于第一水位线时水泵又开始抽水;将水位传感器定在第二条水位线,重复上述操作。

闭环控制系统的基本组成和工作过程

(2)提问:这个水箱的工作过程是怎样的,请同学们相互讨论一下,试用系统框图来描述。

闭环控制系统的干扰与反馈  教学设计

3. 案例分析:加热炉的温度控制系统

闭环控制系统的干扰与反馈  教学设计

提问:在加热炉的温度控制系统中,可能有哪些干扰因素,系统是如何克服干扰使炉温稳定在给定的范围内的?其控制量是什么?控制量可以有其他选择吗?

4. 思考

如果请你设计一个温室的温度控制系统,你将选择什么作为控制量?

归纳出系统的组成:

被控对象:水箱

被控量:水箱的水位

执行器:水龙头

控制器:控制电路

检测器:水位检测装置

画出控制系统框图:

(略)

分析、归纳

分析思考后得出:

用散热量作为控制量

闭环控制系统与开环控制系统的比较 引导学生对闭环控制系统与开环控系统进行比较

闭环控制系统的干扰与反馈  教学设计

比较,归纳
板书设计 闭环控制系统的干扰与反馈  教学设计 总结


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