4、黑箱方法教案教学设计导入整理

闭环控制中的干扰与反馈

教学目标：

知识与技能目标：

1、认识控制中的干扰现象；

2、理解干扰的概念，从控制流程角度明确干扰因素；

3、分析理解反馈如何克服干扰；

4、了解功能模拟法和黑箱法。

过程与方法目标：

1、分析简单控制系统中的干扰，归纳出克服干扰的基本方法；

2、应用控制系统的有关知识，分析闭环控制如何通过反馈克服干扰因素；

3、从功能模拟法角度了解身边智能控制系统的控制原理；

4、学习黑箱法的原理，从输入输出角度推测出控制系统的核心部分。

情感与价值观目标：

1、通过学习和生活，观察和体验干扰因素，总结在学习和生活克服干扰的方法；

2、发现干扰因素，用积极的态度使用反馈去克服干扰。

教学重点：

发现干扰因素的存在，进步一步理解闭环控制系统的工作流程；

教学难点：

应用闭环控制知识，分析认识身边的各种控制安全；

教学过程：

引入：

复习与回顾

【课件演示】简单回顾控制的分类和组成：

1、控制系统的分类是什么？

2、控制系统有哪几部分组成？

【游戏引入】

真正的控制系统在运行的过程中还会存在很多的因素影响：

控制羽毛球降落游戏：

1、在正常条件下降落。

2、在有侧风的条件下降落。

问题：如果不按正常条件下的降落方式还能正中目标吗？为什么？ 对比两种情况的异同：受外界影响，控制的行为受到影响。

新课教学：

一、干扰的概念

【涵义】：干扰就是对控制系统的行为造成影响的有害的信号及扰动，即除给定量外，引起被控量量值变化的各种因素。

要点：系统行为、被控量量值变化；引起变化的各种因素。

二、干扰对控制功能的影响 1、现实生活中的干扰的例子

A、外界光线对投影效果的干扰

（对周围的控制系统的分析，就近对课室投影的干扰分析，学生更有体验）

B、汽车驾驶的干扰（录像演示干扰的一个方面）

（汽车行使中的干扰，比较常见，引导学生引发对交通控制的进一步思考，为后面的内容拓展到社会大环境设下伏笔）

2、思考与分析

（1）在出现干扰的情况下，开环控制系统和闭环控制系统哪种受干扰的影响小？为什么？

闭环控制系统受影响较小，因为闭环控制系统能不断修正控制效果。

（2）举出一些由于干扰而使控制系统受到影响的例子。

雨天交通

病毒攻击

手机干扰飞机

三、克服干扰的基本方法

如何消除侧风对羽毛球下落的干扰？（呼应前面举的干扰，进一步思考克服干扰的方法）

（一）克服的基本方法：

1、消除干扰

2、减弱干扰

3、提高控制系统性能

（二）小组讨论

分析下列控制中的干扰，请同学们以小组为单位，讨论如何克服该控制系统中的干扰并对对方组的抗干扰方法发表自己的看法：

汽车驾驶：

1、控制系统的克服措施：

刹车、转向、鸣喇叭；

2、针对干扰源的措施：

加强国民交通意识；

3、管理措施：

交通部门设立道路隔离带、交通法加重对违章的处罚；

（三）综合分析：

闭环控制系统比开环控制系统具有更好的抗干扰能力，那么是否都应该用闭环控制代替开环控制？

是否采用闭环控制主要看对控制系统的要求（如成本、控制要求）

如空调和风扇的使用选择

四、

反馈

•1.什么是反馈？ •控制系统中，讲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）。 •2.反馈方法 •利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法。

事例

“穿针引线”

输入

线的位置

靶的位置

投掷飞镖

(期望值) 五、

闭环控制系统的工作过程

•闭环控制系统就是系统的输出端与输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生影响的控制系统。 眼睛

检测装置

人的眼睛

输出

线与针孔对准

飞镖实际投掷的位置

•核心：通过反馈来减少被控量(输出量)的偏差。 •在加热锅炉的温度控制系统中，可能有干扰因素：加热炉外的环境温度变化、加热器的电压波动等 •系统如何克服干扰使炉温稳定在给定范围内？通过热电偶检测炉内的温度值，并与给定的温度值进行比较，将偏差传给控制器进行控制。

六、控制系统的分析方法

1. 功能模型法 以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟原型的功能和行为的方法

。

2.黑箱方法

通过对系统的输入与输出的关系的研究推断系统内部结构和功能的方法，通过观测黑箱外部的输入信息(外界对黑箱的影响)和输出信息(黑箱对外界的反应)研究和认识其功能、特性、结构、机理。

黑箱方法应用的例子

观察计算机的基本性能

需要了解的情况

计算机的基本性能

钢的硬度

输入

输出

运行应用程序

计算机的反应

测定钢材的硬度

技术试验

钢的性能情况

选购电视机

图像、声音、清晰度、散热的外壳

情况

电视好坏

观看“倒注壶和公道杯”视频

“倒注壶解密”

“公道杯解密”

课堂小结：

1、干扰的概念 2、克服干扰的基本方法 3、闭环控制的反馈 4、功能模拟法 5、黑箱方法