1、干扰因素优质教案设计

第四单元

第三节

闭环控制系统的干扰与反馈

干扰因素

一、教学目标：

1.知识与技能: （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）尝试如何减小干扰因素

2.过程与方法: 用方框图分析生活中常见控制系统,通过视频、动手实践、讨论、分析、讲授法、问题教学法、小组讨论法、设计教学法等方法结合案例分析影响简单控制系统运行的主要干扰因素及克服方法。在整个教学活动中教师要适时把握进度,及时引导学生向下面内容进行。教师少讲,多引导,学生多动手,多思考尽量让全体学生动起来,防止陷入单一问题的深究中(这部分内容不宜展开讲得太深)。

3.

情感态度价值观: 通过学习,联系生活,能具体问题,具体分析,能在生活中分析一些常见的干扰因素并尝试消除不利的干扰因素,调节自身的心理、学习与生活。培养学生的观察能力,体验学习乐趣。渗透安全教育、德育教育、环保等教育,以期达到知识物化的目的。

二、学情分析：

学生对生活中的干扰无意识的应用比较多如骑电动车、自行车、过程中风的影响等等,但对其机理的了解比较陌生,干扰的内在含义是什么,理论意义有哪些知之甚少。例如: 冰箱、电视机在使用中出现的不正确方式。

整个教学都应以激发学生学习控制的兴趣前提,以案例分析为主,所选案例应力求简单明了提升学生兴趣为宗旨。通过一个个案例分析,使学生从实际案例中总结、印证理论知识,在理论知识的指导下透析解释案例的原理。

三、教学重难点：

1.教学重点: 干扰因素的普遍存在。

2.教学难点: 干扰因素的判定与消除。

四、教学策略：

1. 通过视频机器人小车巡线走，与改变预订线路的原因分析激发学生的学学习兴趣。

2. 通过课堂小试验亲身体验“干扰”的存在。

3. 分析生活中的干扰因素。

五、

教学过程：

情景引入：

播放视频1:机器人巡线(利用学生对机器人的好奇心,激发学生的求知欲)。

提出问题:机器人为什么能够沿着黑线走?如果用手电筒照一下,会怎样?

回顾:每天上学骑自行车的感受?乘车的感受等? 大部分同学应该是有风的影响,从而联系到本节课的内容:干扰因素,同时乘车也有干扰,而且不论是骑自行车还是乘车干扰因素不止一个,有主要的,有次要的。

这节课我们就研究研究闭环控制系统的干扰与反馈。

新课教学：

一）什么是干扰因素：

1.干扰因素的概念：

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(interference)因素。

案例一:逆风中骑自行车(给出方框图分析)。

自行车

自行车脚踩的力

----------------

----------------

行驶的速度

给定

被控

风

(逆风、顺风、侧风、上下坡路等) 案例二:草坪上的剪草机声与公路上的汽车声对同学们听课的干扰。

结论:在控制系统中,干扰因素一定有,可能有一个,也可能有若干个。

扩展讨论:生活中还有哪些例子说明“闭环控制系统的干扰是存在的,是不可避免的”?

案例三:机器人巡线

结论:在控制系统中,干扰因素有可能是人为的,也有可能是环境造成的。

联系生活:汽车会车时不关远光灯,造成对方司机暂时失明。

马上行动：

在电冰箱的温度控制系统中,下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素? (1)开电冰箱门。

外面热气进入冰箱将会引起箱内温度变化,属于干扰因素。

(2)电冰箱所在房间的温度从20℃变到32℃

属于干扰因素。

(3)把热菜或热饭放入电冰箱中。

属于干扰因素。

(4)在冰箱外放一盆冷水。

严格说这也会引起环境温度的变化,但这种变化一般有利于冰箱实现目标,不属于干扰因素。

扩展讨论：通过分析，增加对电冰箱的了解，进而了解生活。

思考：在下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？

控制系统

自动扶梯的升降控制系统

利用滑轮组提升重物的控制系统

蔬菜大棚的温度控制

干扰因素

扶梯承载的重力、电机输出电压的波动、齿轮间的摩擦力等。

滑轮组的摩擦力、电机电源的波动等、绳子和滑轮，重物的重力。

外部环境温度的变化、大棚保温材料的保温性能产生变化等、植物排放的二氧化碳，温室效应。

案例分析：电视机的工作。从学生看电视的经历来分析，引导，让学生从电视内容中走出来，关注电视的相关技术与控制（给出电视机受干扰的图片）。

电视机出现画面紊乱的现象往往是由于受到外界磁场干扰。

比如：近距离摆放的电冰箱、空调器、电风扇、日光灯等等。他们就是电视机正常工作的干扰因素。

克服这些干扰的办法就是将家用电器远离电视机放置。

2.克服干扰的基本方法

A、消除干扰

在飞机上不能使用通信工具

B、减弱干扰

电器在使用时远离其它电子设备

C、提高控制系统性能

采用闭环控制系统

3.干扰因素的特点：

（1）干扰既存在于闭环控制中，也存在于开环控制中。声控灯开环控制，除输入的声音外，其他声音就是其干扰因素；空调房的温度控制属于闭环控制，室外环境温度的变化就是它的干扰因素。

（2）通常，干扰因素都是作用在控制对象上，其作用是破坏控制系统的平衡——使被控量偏离平衡值。

（3）通常，干扰因素不止一个。如自行车速度控制的干扰因素除逆风外，还可能有路面状况（斜坡、粗糙度）。

（4）在进行控制系统设计时，必须对可能存在的干扰进行全面的调查和分析，如果干扰比较经常和严重，对控制目标影响产生严重的后果，就必须考虑抗干扰措施，保证控制系统的正常工作；如果可能存在的干扰不是很严重，对系统正常工作影响不大，就可以忽略。因为任何抗干扰措施的实现，都意味着系统结构的复杂和成本的增加。

（5）对干扰的利用，是指有意对控制系统施加干扰，使控制系统无法达到控制的目标，而不是控制系统本身需要干扰。例如：军事演习中对敌方信息指挥系统进行电磁波干扰。

马上行动：

生活中哪些干扰因素是可以利用的？如何进行利用？

答：对考场进行电子屏蔽，防止考生利用手机作弊。

课后作业：

（1）如何消除公路上行驶的汽车产生的噪音对同学们听课的干扰？

（2）你在室外看书时蚊子对形成的影响是否属于干扰？如果是，你有几种消除方法？