1、控制系统设计的一般思路优质课教学设计

开环控制系统的设计与制作

江苏省锡山高级中学 吕士媛

[教学目标] 1.通过日常生活中的一些案例分析，理解控制系统的含义并归纳控制系统的基本特征。

2.通过电风扇的风速控制等案例分析，理解开环控制系统的基本组成以及工作过程，了解开环控制系统的基本特征。

3.给出日常控制系统案例，能画出简单的开环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器的作用。

4.通过动手制作简易控制玩具，体验开环控制系统的组成、工作过程和原理，同时体验制作过程的艰辛和成功时的喜悦。

[教学时数] 1课时

[教学方式] PPT展示、项目引领教学方式、演示互动等。

[学情分析] 学生在第一节“控制的手段与应用”中获得了有关控制及其应用的初步感性认识与体验。同时学生在日常生活中也接触过很多的控制系统，只是他们对控制的基本工作方式和工作机理还缺乏了解，他们对进一步探究控制系统的基本组成以及工作方式是有积极性的。而且高中阶段的孩子有一定的创造潜能，只要教师合理引导，他们完全可以创意设计出一些令人惊叹的控制系统。

[教学步骤]

1.情景导入

变魔术：利用A4纸张和硬币来表演2个控制方面的魔术。（人工控制）

提问：为什么会出现这样的现象？

学生用自己的话来表达。

教师引导学生揭开谜底并总结：什么是控制？控制是人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展。

2.控制举例

提问：在我们熟悉的环境里，你见过那些控制装置呢？

引导学生找出身边的控制系统：作息时间控制系统、教室里灯的开关控制、投影屏幕的升降控制、电风扇风速控制、触摸开关的灯控制、声控灯控制、感应水龙头控制、烘干器的控制、定时器控制、电视机遥控控制、自动铅笔控制、遥控飞机控制、升降电梯、系列电动玩具控制等。

比如简单的灯的开关控制：

又如：电风扇的风速控制：

归纳得出：任何一种控制的实现，都要通过若干环节，这些环节

就构成了一个系统，称为控制系统。

播放视频：进一步体会控制系统的含义。视频见PPT。

3.控制系统的基本特征

引导学生归纳出控制系统的基本特征：一个输入信号对应着一个输出信号。

4.控制案例分析

情景导入：宾馆服务人员为客人开门（人工控制）。

提问：如果没有服务人员怎么办？请同学们来设计一下。

引导孩子们从设计角度去分析：

（1）自动门的动作过程及功能技术要求

当门口没有人时，门是关着的；当有人来门口时，门打开；当人离开门口后一段时间，门又关闭。

（2）自动门如何实现门的开与关（引导学生用逆推法来分析）



门靠什么力量实现门的开和关的？（电动机的转动系统）



电动机的转动谁来指挥？（控制电路系统）



控制电路如何知道有人来了，从而指挥电动机转动？（利用红外传感器）

（３）怎样用简短的语言来描述这一控制过程？

有人来了，红外传感器检测到信号后，控制电路根据这一信号控制电动机转动，门打开。

没有人的时候，红外传感器检测到信号后，控制电路根据这一信号控制电动机转动，门关闭。

这里引入控制系统的方框图概念。在控制系统中，为了分析方

便，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。

人体热辐射→红外传感器→控制电路→电动机→自动门→开或关

5.开环控制系统及开环控制系统的方框图

由这个方框图归纳出开环控制系统的概念以及开环控制系统的一般框图。

开环控制系统：像这中信息只从输入端传递到输出端，而且系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这样控制系统称为开环控制系统。

一般框图：

输入→传感器→控制器→执行器→被控对象→输出（开环控制系统方框图）

还可以简化为：

输入→控制器→执行器→被控对象→输出（开环控制系统方框图）

给出案例：火灾自动报警控制系统，请同学们画出其工作过程的方框图。

烟雾信号→感烟探测器→报警控制器→报警部件→报警声

烤面包机控制系统方框图：

旋转按钮（设定时间）→烤面包控制器→加热部件→面包弹出

公共汽车车门的控制系统方框图：

开关信号→电磁阀→启动活塞→车门→开与关

6.对自动门控制系统的扩展探究

情景导入：刚才我们探讨的是公共场合的大门自动控制，现在我们一起来探讨一下家庭大门的控制。一般情况下，家庭大门都是使用钥匙的，可是我们每次进门都为找钥匙而烦恼，特别是有小朋友的还不会开门，怎么办？请您设计一款刷卡门锁，请画出其通知系统的方框图。

刷卡信号→控制电路图→锁体→大门→开关

7.体验开环控制系统的制作过程

（1）展示自制玩偶的控制过程，要求学生注意观察玩偶的动作的变化。

（2）揭示玩偶动作控制过程，要求学生注意观察背后的机关，体会拉动绳（输入）与玩偶脚的舞动（输出）的对应关系。

（3）学生动手设计制作

要求小组合作的方式动手设计制作一个可以控制玩偶动作的控制装置。

提供的材料：垫板、KT板、绳子、9型针

工具：笔、剪刀、钻孔设备、尖嘴钳

学生动手制作，体会简单的开环控制系统。

[教学反思]

我觉得要想上好这节控制系统的组成及工作过程，首先案例的选择一定要选择贴近学生生活的，容易理解的案例，激发其学习兴趣。

课堂的一开始我是通过A4纸和钱币的魔术让同学们理解控制是需要一定的手段的。其次，对于开环控制系统的分析一定要由浅入深、循序渐进的让同学们的一边理解一边明白其工作过程，同时通过实际案例分析让同学们归纳总结出开环控制系统的方框图。最后在学习过程中一定要让同学们有实践环节，有了实践环节，才能进一步理解开环控制系统的工作过程。由于一节课的时间有限，所以安排的实践要简单易操作，能在一节课的时间内完成。于是我选择了拉线玩偶的制作，简单易做，成功率高。有了这样一节课的铺垫学习为下一节课的闭环控制系统的学习做好充分准备。

备注：本课获得全国高中课改联盟华东片区“学科同课异构活动”最佳教学效果奖。