1、干扰因素优质课教学设计

闭环控制系统的干扰与反馈

【教学目标】

1.知识与技能：了解闭环控制系统的干扰与反馈的各方面因素。

2.过程与方法：能结合身边的案例找出干扰的因素，并做出分析。

3.情感态度与价值观：培养学生对一个控制系统的理解能力和分析能力，并能从物性到理性过渡，能对学习与人生产生干扰影响的因素进行分析。

【教学重点和难点】

1.能结合案例分析找出影响简单控制系统的干扰因素。

2.熟悉闭环控制系统中反馈环节的作用。

3.学会分析干扰在控制系统的影响，反馈在技术发明和革新中的作用。

【教学流程】

（一）课堂导入

展示图片：

教师提问：平常我们在送走客人获亲朋好友的时候都说一路顺风，那为什么我们在送乘坐飞机的乘客时候却不能这么说呢？（提示根据物理知识进行解释）

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学生小组讨论并代表发言

教师总结：飞机在起降阶段速度（地速）比较小，要想使飞机获得足够的升力克服重力而腾空，就需要稍大的空速（相对于气流的速度），那么在地速（相对于地面参考物的速度）相对较小的情况下就需要飞机最好迎风干扰起飞，这样才能达到比较大的空速，已达到足够的升力而起飞。落地亦然。一般的，737型飞机的最大顺风起降限制为5米每秒，也就是说当顺风达到5米每秒时就不能起降了，若下雨（专业说法是“湿跑道”），这个数值就会是3米每秒。如果你祝人家“一路顺风”，那岂不是祝人家不顺利？所以出行时你可以用“一路顺利”来代替“一路顺风”，如果你的朋友是航空界业内人士，你还可以说“航路顺风”，这样会更显专业点。（航路上——起飞以后降落之前当然是顺风好了，可以省油省时间）。类似的事例还有风筝起飞等等。

为此根据以上分析得出飞机起飞是通过分力干扰来实现的。今天我们就一起来研究下干扰因素。

（二）干扰因素

1.知识讲解

案例分析一：飞机在空中飞行

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教师提问

分析飞机在空中飞行时，哪些因素是输入量，哪些是输出量，哪些是影响飞机飞行的因素。

学生：根据教师的提问来进行小组分析

2.得出结论：什么是干扰因素：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。

3.扩展讨论：生活中还有哪些例子说明“干扰是存在的”？

4.总结结论：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。

5.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？并简单概括理由：开电冰箱的门；电冰箱所在房间的温度从20摄氏度变到32摄氏度；吧热菜或热饭放入电冰箱中；电冰箱外放一盆冷水；

学生小组讨论，并代表发言。

6.思考：在下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？（斜线部分为参考答案）

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控制系统

自动扶梯的升降控制系统

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。

利用滑轮组提升重物的控制系统

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。

蔬菜大棚的温度控制

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。

7.讨论：干扰因素是否一无是处？

干扰因素有时要克服，有时还可利用。 在军事中，可利用一定频率的电磁波对对方的信息指挥系统进行干扰。

（三）反馈

1.知识讲解

定义：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）。

反馈的方式：反馈控制是一种在计划执行一段时间或结束后进行的事后控制，主要为下一步计划的实施总结经验，但它却常常是管理控制工作的主要形式。例如投诉与反馈、留言反馈、意见反馈、环

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境反馈、教学活动、超市反馈调查表、市场信息反馈系统、工作总结、

产品性能检验、现代酒店控制方法等。

2.实践体验

[游戏]：在黑板上画两张大脸，“四官俱全”，没有眼睛。然后请一个同学上来“填”眼睛，闭着眼睛画，位置不对,也不好看。睁着眼睛画，漂亮。

分析：

闭着眼睛画：人脑控制手画眼睛：人脑——手——眼睛；

控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以修正、调节。

是个单程的控制流向。

这是开环控制。

睁着眼睛画：人脑控制手画眼睛，在此过程中，眼睛可以把手的位置及画的效果及时反馈给大脑，使得大脑准确精细的控制手去画好眼睛。控制过程中有反馈环节可以把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了闭合回路。这是闭环控制。

3.马上行动：分析“穿针引线”的动作过程，并补充一个适当的事例填写下表。（斜线部分为参考答案）

事例

“穿针引线的位置

线”

人的眼睛

线与针孔对准

输入

检测装置

输出

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靶的位置 (期投掷飞镖

望值) 能扑灭蜡烛的机器人

电冰箱

度

器

打开机器人的开关

温控器设定温眼睛

飞镖实际投掷的位置

光敏、力敏传感找到蜡烛、并将器

温度传感其扑灭

制冷后冰箱内温度

4.案例分析：通过反馈来分析拿桌上杯子的过程. 反馈的工作过程：当人打算要拿桌子上的水杯时，人首先要看到自己的手与杯子之间的距离，然后确定自己手的移动方向，手始向水杯移动。同时人的眼睛不停观察手与杯子的距离（该距离就是输入与输出的差值），而人脑（控制器）的作用就是不停控制手移动，以消除这个差值。直到手拿到杯子为止，整个过程也就结束了。从上面的例子可以看出，由（负）反馈形成的偏差是人准确完成拿杯子动作的关键。如果这个差值不能得到的话，整个动作也就没有办法完成了。这就是眼睛失明的人不能拿到杯子的缘故。

（四）课堂总结

通过今天的课堂让我们了解到干扰因素是在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素。反馈是指控制系统中，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。除此分析了干扰因素的利与弊，并分析了反馈环节的作用。

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【板书设计】

一、干扰因素

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

二、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）。

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