2、反馈ppt配套的教学设计及说课稿

§4.3.2反馈

【教学目标】

知识目标：了解反馈的概念以及闭环控制系统的工作过程

能力目标：根据案例分析，能够写出闭环控制系统的诸要素，以加深对闭环控制系统的理解；结合所学知识内容比较开放与闭环控制系统的不同

情感目标：通过对控制系统的分析探究过程，培养学生认真仔细的作风以及自主总结对比的能力

【重点与难点】

重点：闭环控制系统的工作过程以及开发控制系统与闭环控制系统的比较、闭环控制系统的诸要素

难点：闭环控制系统的工作过程

【教材分析】

本小节（4.3.2）是本节（4.3）内容的重点也是难点，因为“干扰因素普遍存在”，在一般情况下，控制系统需要排除干扰、达到控制目标，如何才能排除干扰、采用什么样的装置的问题顺势而出。

【教法设计】

本小节内容通过案例分析，采用启发式、讲述式、分析法等教学方式，努力提高学生的主动性，激发学生兴趣，使学生通过自己的分析进行难点的突破

【学法设计】

本节课采用的写法是分析案例 合作探究 得出结论

扩展延伸

【教学策略】

采用教师讲授、媒体演示、任务驱动、学生自主思考、合作讨论等多种教学方法相结合的策略

教学过程

【创设情境，导入新课】

师：同学们，最近几天我们这里的气候很不稳定，早上中午还是万里无云、日照强烈，到了晚上却会刮起大风。下了晚自习后骑车的同学有没有感觉到在风大的时候骑行困难、不是象平时一般自如呢？

生：有……

师：那你们会不会摔倒呢？

生：不会的。我们会根据经验调整车把的方向和身体来保持平衡。

师：好的，我们骑车时，大脑对当前自行车的状态是否平衡做出判断，并与我们日常的骑行经验作比较，再决定是否进行和进行怎样的调整，这就是我们今天要讲的内容——“反馈”。

【讲授新课】

一、什么是反馈

1、反馈的概念

在自动控制系统中，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）. 利用反馈来分析处理被控对象，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，称为反馈方法。如自动保温

电水壶烧水加热至沸腾时，自动切换到保温状态的功能，就是运用反馈方法实现自动控制的过程。

反馈方法是通过对结果的检测来调整过程，从而获得更为理想结果的思想和方法，它已经在很多领域得到了广泛的应用。

反馈过程包括利用检测装置检测到输出量并返回和比较两个内容。

（讲解P110案例）

2、讨论并填写下表（红色字体为答案）

事例

花房恒温控制系统

投篮

骑车

干扰因素

室外温度、人进预定温度

测温装置

出

篮球框位风、手势、力度

置

风

达到平衡

眼睛

车子的实际状态

眼睛

篮球落点位置

实际温度

输入量

检测装置

输出量

3、回顾：根据之前讲过的控制系统的流程图，画出加入反馈装置的控制系统（闭环控制系统）流程图

输入量

控制器

执行器

被控对象

输出量

（反馈）

检测装置

二、闭环控制系统的工作过程

1、概念

从反馈来看闭环控制系统就是指在系统的输出端与输入端之间存在着反馈回路（只有闭环控制系统才有反馈）、输出量对控制过程产生影响的控制系统。其核心是通过反馈来减少被控量的偏差——不管这种偏差是由于什么样的干扰造成的。

2、工作过程

由于某种干扰因素的存在，系统的被控量偏离给定值时，闭环控制系统中的反馈环节能及时检测出被控量的值，并迅速反馈到输入端与给定值进行比较控制器，根据比较得到的偏差信号进行调节，从而使系统的被控量接近给定值，达到精确控制的目的。所以一个闭环控制系统能够克服外界干扰，使被控量控制在给定值附近。

（分析P112案例并写指导学生写出该闭环控制系统的诸要素）

系统名称：供水水箱水位自动控制系统

系统控制目的：水箱水位保持在一定高度

系统输出量：水箱的实际水位

测量输出量的装置：液位传感器或浮球（生活中常用到的是浮球）

误差信号怎样得到：给定水位与实际水位比较得到误差并返回

系统如何根据误差信号控制：误差信号进入控制器后，控制器调节阀门开大或关小

控制的结果：使水位回到给定值

3、讨论并分析P113案例，仿上面的内容写出该闭环控制系统的诸要素

系统名称：加热炉的温度自动控制系统

系统控制目的：加热炉内温度保持一定

系统输出量：加热炉内的实际温度

测量输出量的装置：具有检测和传感作用的热电偶，

误差信号怎样得到：热电偶检测到实际温度并与给定值比较得到一个误差，并将误差返回到输入端

系统如何根据误差信号控制：误差信号进入控制器后，控制器调节电压，使通过电阻丝的电流增加或减小。加热炉内的温度随之升高或降低

控制的结果：使加热炉内的温度基本稳定在给定值上

三、闭环控制系统与开发控制系统的比较

1、开环控制系统本身不能对被控量的偏差进行调整和补偿，也就是说由于某种干扰信号的作用，使输出信号出现非正常状态时，系统本身没有自动纠正的能力。要进行纠正，必须借助于人工，所以开环控制系统的控制精确度相对比较低。但如果控制系统中各组成元件的特性比较稳定，而且外界的干扰相对较小，则开环控制系统也可以保证一定的精度。开环控制系统一般比较结构简单，适用于控制精度要求不高，而系统本身的元件又比较稳定的场合。

闭环控制系统的优点是控制精度高，不论何种原因造成系统的输出量偏离给定量，闭环控制系统都会产生控制作用来减小这一偏差。与开环控制系统相比，闭环控制系统的设计比较麻烦，结构也相对复杂，构成控制系统的成本较高。闭环控制系统是自动控制中广泛采用的一种控制方式，用于要求高精度和高可靠性的场合。

2、根据以上表述，完成P114“马上行动”

系统基输比控制装置

执行装置

控制对象

本要素

入

较

开环

闭环

有

无

有

有

有

有

有

有

有

有

出

有

有

无

有

输反馈装置

从上表中可以看出，对于一个开环控制系统增加反馈和比较装置就可以改造成一个闭环控制系统。可见“反馈和比较”是两种控制系统的本质区别。

3、思考：既然闭环控制系统能够实现比较精确的控制目的，开环控制系统还有存在的必要吗？

尽管闭环控制系统在抗干扰方面有其独特的价值，但不是说在任何情况下闭环控制都比开环控制好。在选择控制方案时需要从多方面进行权衡，可采用开环时就不一定要采用闭环。开环控制至今仍在很多场合采用，特别是对精度要求不高，干扰影响不大时，采用开环控制常常不仅能控制满足控制要求，而且能大大节省开支。

教学反思

本小节内容中：

反馈的的的概念在教学中发现学生比较容易理解，也能够说出反馈过程。

闭环控制系统的工作过程，在教学中我先是将P112案例的诸要素与学生交流后罗列出来，这样做的目的是：一、使学生在随后的P113案例中对诸要素的罗列有一个参照；二、使学生对闭环控制系统的工作过程有详细的认识。这个内容是教学的难点和重点，以这样的方式教学一是避免了学生无从下手，起到一个示范的作用；二是让学生通过讨论得出结果从而进行难点的突破。这一点要求对部分学生来说还还不能够全面掌握，需要再找简单而有代表性的事例单独示范。

开环控制系统和闭环控制系统的比较，老师列出表格内容，要求学生填写，由于前面的内容已经理解，全部同学都可以写对。可见学生已经能够区分两种控制系统，达到教学目的。

最后一个就是“闭环控制系统可以忽实现更加精确的控制，开环控制系统是否还有存在的必要”的讨论，需要老师特别指出应该根据在不同的环境、不同的要求采用合适的控制系统。从而避免了学生追求精确的片面性。