1、干扰因素板书设计

《闭环控制系统的干扰与反馈》教学案例

§4.3 闭环控制系统的干扰与反馈

（第1课时）

海宁市高级中学 杨青华

一、教科书分析 本节是第四章控制与设计的第三节，第一讲控制，第二节讲控制系统（开环与闭控制系统），第三节是闭环控制系统的干扰与反馈。从内容上讲从控制到控制系统，应该说这一章基本理论知识已经都呈现出来了，为什么在第三节还要讲干扰与反馈呢？我想编者意图应该非常清楚，就是要让学生搞清楚，反馈的真正作用是什么？开环与闭环的根本区别何在？

二、学情分析

通过第二节的学习，学生已经从理论认识了开闭与闭环控制系统，以及开环与闭环的区别。但是，从控制的本质来讲，反馈的正真目的是什么？开环与闭环的根本区别何在？学生可能还没有正确认识清楚。

三、教学目标

1.知识与技能目标



理解控制中存在干扰；



学生能理解反馈的概念，掌握克服干扰的基本方法；



综合所学的有关控制的知识，了解不同控制系统克服干扰的方法的优劣。

2.过程与方法目标



学生能分析简单控制系统中的干扰，归纳出克服干扰的基本方法；



运用所学知识，激发出学生对于克服控制中的干扰的创新思维；



能综合各种控制系统的有关知识，独立分析简单的克服干扰的方法。

3.情感与价值观目标



通过对干扰实验的体验和观察，获得对干扰的感性认识；



在体验干扰的基础上，能进一步讨论控制中的干扰；



通过内化干扰的知识，形成正确的对系统中干扰的认识，并建立稳定的控制系统认识态度。

四、教学重点难点

教学重点是理解干扰；怎样克服干扰所产生的影响。

五、教学策略与手段

通过实物演示方式导入新课激发学生的探究欲望。通过生活中的实例讨论、分析，理解干扰是干扰的概念。通过一个“注水”的案例，将开环、人工、闭环三种控制方式的抗干扰性能进行对比分析，使学生深刻理解反馈的作用及闭环控制的工作过程。

六、课前准备

收集辅助教学的相关案例及资料，设计课件，设计学生活动，剪辑相关视屏资料。使用多媒体平台、实物展示台。提供实践所需的材料和工具：简易机器人及其程度设计。

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《闭环控制系统的干扰与反馈》教学案例

七、教学过程

1.

创设情景导入新课



实物展示：简易机器人灭火控制演示。



提问：为什么窗帘拉开后，机器人找不到火源？



学生回答；



教师小结：因为反界光线对机器人的控制产生了干扰？



提问：生活中类似的例子还有吗？；



学生回答；



从技术的角度来讲“干扰”究竟是一个什么概念呢？

[设计意图]通过机器人灭火实物演示，激发学生的探究欲望；导入新课。

2、什么是干扰（因素）？



投影展示：干扰的概念



教师引导：怎么来理解这个概念呢？来看一个生活中的简单实例



提问：自行车在的速度在逆风状态会受到哪些因素的影响？



学生回答；



教师引导：这些影响因素都能称之为干扰因素吗？



学生回答；



教师小结：干扰是指除输入量以外的，引起被控量变化的因素；从这个例子我们也可以看到在一个控制系统中干扰因素可以一个，也可以有多个。



教师引导：自行车的速度控制是一个开环系统，是否可以说只有开环系统才会受到干扰？



学生回答；



教师小结：不仅开环系统会受到干扰；闭环系统系统也会受到干扰



教师引导：来看一个闭环的例子



小组讨论：电冰箱的温度控制系统中，下例哪些因素是干扰因素？



交流评价；



教师引导：从这个例子我们来思考一下，干扰是怎么产生的？



教师小结：有的干扰是由于环境所造成的，有的干扰是人为因素所产生的；



提问：干扰是客观存在的？怎么来克服干扰所产生的影响呢？

[设计意图]通过简单的案例分析，小组讨论的形式，让学生深入理干扰的概念。同时很自然的过渡到下一个环节“反馈”。

3、如何克服干扰？



教师引导：先来看一个我们所熟悉的游泳池定时流水的例子（简单分析）



问题1：该控制系统会受到哪些干扰？



学生回答；



问题2：会产生什么影响？



学生回答；



问题3：系统能不能克服这些干扰？



学生回答；



教师引导：在开环系统中，由于系统无法克服干扰所产生的影响，所以当输出量出现偏差时，要人工进行调节和补偿。



教师引导：来看看人工注水的例子（简单分析）



问题：你们能否将这个控制流程写出来？试一试！

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《闭环控制系统的干扰与反馈》教学案例



教师小结：

控制量

（水流量）

预设的水位

+ - 检测装置眼睛）

（ 

教师引导：比较之前定时控制方式的流程图，它多了一个输出到输入端的反馈加路，那么究竟什么是反馈呢？



投影展示：反馈的概念



教师引导：人工方式可消除干扰所产生的影响(水位溢出或不到)，但效率怎么样？



提问：怎么改进？



教师引导：将人工方式改为自动方式（即使用控制装置代替人），现实生活中是怎么做的呢？看一个水箱水位自动控制(P112) 

提问：（1）干扰因素有哪些？（2）水箱的水位为什么总在一定时间内自动的回到预定水位？



学生回答；



教师小结：液位传感器（或浮球）每时每刻检测水箱的实际，并与预定水位进行比较，系统根据比较结果再决定是否注水。



教师引导：到此如何克服干扰这个问题我们可以给出结论了？



学生回答



教师总结：在闭环控制系统中，通过反馈纠正(减少)输出量与输入量之间的偏差，从而克服干扰所产生的影响，实现自动控制。

[设计意图]干扰与反馈看似两个独立的概念，但是它们之间是有内在联系的，这个联系就是如何克服干扰，因为在闭环控制系统中正是因为反馈的存在使得系统能有效的克服干扰，为了讲清楚如何克服干扰这个问题，用了一个“注水”的案例，将开环、人工、闭环三种控制方式的抗干扰性进行对比，使学生更好的理解反馈的意义及原理。

4.课堂小结：（1）干扰因素是指除输入量（给定量）以外，引起输出量（被控量）变化的各种因素。（2）反馈的核心是纠正(减少)输出量与输入量之间的偏差，从而克服干扰所产生的影响。

八、教学反思

干扰与反馈看似两个独立的概念，但是它们之间是有内在联系的，这个联结点就是如何

控制器

（大脑 ）

执行器手

（ ）

被控对象

实际水位

（游泳池）

克服干扰，因为在闭环控制系统中正是因为反馈的存在使得系统能有效的克服干扰。也就是说提出如何克服干扰的问题目的是讲楚反馈的意义及闭环控制的工作过程。在这个环节用了一个“注水”的案例进行串联，将开环、人工、闭环三种控制方式的抗干扰性能进行对比分析，最后很自然的得出题的结论。这个处理个人认为是本节课一个亮点。两点体会：

1. 如何用更简练更精确的语言把复杂问题讲清楚这是值得我们每个教师探究的话题？如，关于冰箱的抗干扰因素分析。

2. 如何让学生更有效的参与课堂？采用问题思考、讨论等方式是最常见的方式之一，但是提问次序、方式，讨论话题的选择等方面却大有讲究。

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