1、干扰因素第二课时教学设计

《4.3 控闭环控制系统的干扰》

亳州十八中技术组 孙二侠

【教材分析】

1.知识结构分析

本节将控制系统置于真实环境中，引入干扰的概念，并通过典型案例，分析和归纳了克服干扰因素的方法。

2.知识发生发展过程分析

本节知识发生的条件是控制系统工作的真实情景，如骑车、温度控制等，教材通过对真实情景干扰因素的分析、具体问题的解决建构知识，对此，教学上要注意领会和把握。

3.知识学习意义分析

通过本节学习，有助于理解真实的控制系统的工作条件和工作过程，为简单控制系统的设计和改进打下基础。同时，也有利于理解控制精度、控制水平的概念，为学生知识的迁移运用，进行真实控制系统的探究和评价奠定基础。

设计理念

干扰因素和反馈是闭环控制系统中的两个重要的核心概念，闭环控制系统是通过反馈环节克服干扰因素而使系统达到稳定。本课堂根据教学目标和学生认知水平的特点，通过引导、分析、小组合作、代表发言等来达到教育教学目标。课堂中体现了学生自主学习，教师启发引导的新课改教学原则。

教学策略设计

根据本课的教学目标，我采用教师讲授，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。

【学情分析】

1.原有认知发展分析

本节是在上节内容基础上的继续，属于知识上爬坡以后的深化和充实。相对于一、二节，知识梯度较小。

2.原有知识结构分析

通过前两节的学习

，学生以了解了控制系统的一般工作模式。但所学内容系理想条件下控制系统的工作过程，对开环和闭环控制系统的理解处于表面化的阶段，需通过本节的学习予以深化。

3.非认知因素分析

注意防止连方面的倾向，面对比较简单的控制实例，部分学生容易轻视，对所论内容不够重视；稍难，则缺乏信心、退缩。

【教学目标】

1.知识与技能：了解控制系统的干扰的各方面因素。

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.学会分析干扰在控制系统的影响及作用。

【教学流程】

用心

爱心

专心

1

右手画形状的命令左手画形状的命令（一）课堂导入

情景导入：请同学们左右手各握一支笔，在草稿纸上同时画出正方形和圆（左手画圆，同时右手画正方形）。并请同学们展示所画图形。

教师提问：思考为什么？

学生小组讨论并代表发言

教师引导：请同学们画出控制框图。

教师总结：

对于大脑这个控制器来说：同时输入两个输入量，并且同时输出两个输出量。控制器就会被两个输入或输出同时干扰。所以我们经常说一心不能二用，做事情要一心一意，专心致志，心无旁骛。

为此根据以上分析得出同时做两件或两件以上事情，就会互相干扰，达不到预期效果。今天我们就一起来研究下控制系统的干扰。

【知识复习】

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？

3.

请同学们画出开环控制系统框图、闭环控制系统框图。

（二）干扰

1.知识讲解

案例分析一：逆风中骑自行车。

教师提问大脑右手的动作左手的动作脚踩的力

给定量

自行车

行使的速度

被控量

风

逆风、顺风、上坡路……

问题：请同学们分析逆风中行驶的自行车哪些因素是输入量，哪些是输出量，哪些是影响车子运行的因素。

学生：根据教师的提问来进行小组分析

2.得出结论：（1）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。

用心

爱心

专心

2

（2）干扰的来源：环境因素（风、雨、路面……）、系统本身因素（车链、车轴、车子的新旧……）、人为因素（人的技术等）

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1：在电冰箱的温度控制系统是开环还是闭环？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；把热菜或热饭放入电冰箱中；电冰箱外放一盆冷水；干扰对被控对象压缩机的作用？

马上行动2：走廊声控灯的控制系统是开环还是闭环？哪些情况是否属于影响其控制的干扰因素？并简单概括理由。干扰对被控对象灯的作用？

学生小组讨论，并代表发言。

6.干扰的特点：（1）干扰既存在于开环系统中，也存在于闭环系统。

（2）通常，干扰因素都是作用在控制对象上，其作用是破坏控制系统的平衡——使被控量偏离平衡值。

（3）控制系统的干扰是存在的，是不可避免的。

7.小组讨论（每组选一条即可）：在下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？

控制系统

电视机控制系统

空调的控制系统

飞机飞行过程车控制系统

干扰因素

小组代表回答（可以提示按照干扰来源的三个方面）

8.科普一下

飞机上，可以不用关机了，而且国际航班上，已经有网络了，不会干扰导航吗？

（通过《泰囧》片段引入，进入讨论）

结论：在 2013 年之前，全世界几乎统一不允许飞机上使用手机，担心手机干扰无线电通话和罗盘定位，但是专家们经过多次实验却都没有发现手机会真的干扰飞行，世界上也没有一例因手机干扰飞行造成后果的案例。

而且随着科技的进步，手机和飞机的通讯频段差异较大，不存在互相影响的可能。

9.

讨论：控制系统中，存在干扰，怎么办？直接忽视干扰吗？

如果干扰比较小，可以忽略；如果干扰比较经常和严重，就必须考虑抗干扰措施……

10.克服干扰的基本办法：

A.消除干扰

在飞机上不能使用通信工具

B.减弱干扰

电器在使用时远离其它电子设备

C.提高控制系统性能

采用闭环控制系统

注意：在进行控制系统设计时，必须对可能存在的干扰进行全面的调查和分析，如果干扰比较经常和严重，对控制目标影响产生严重的后果，就必须考虑抗干扰措施，保证控制系统的正常工作；如果可能存在的干扰不是很严重，对系统正常工作影响不大，就可以忽略。因为任何抗干扰措施的实现，都意味着系统结构的复杂和成本的增加。

3 用心

爱心

专心

11.讨论控制系统中，干扰，是不是一无是处呢？

对干扰的利用，是指有意对控制系统施加干扰，使控制系统无法达到控制的目标，而不是控制系统本身需要干扰。例如：打狂犬疫苗、军事演习中对敌方信息指挥系统进行电磁波干扰。（相关视频片段）

【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、干扰的来源

环境因素

系统本身因素

人为因素

三、干扰的特点：（1）干扰既存在于开环系统中，也存在于闭环系统。

（2）通常，干扰因素都是作用在控制对象上，其作用是破坏控制系统的平衡——使被控量偏离平衡值。

（3）控制系统的干扰是存在的，是不可避免的。

四.克服干扰的基本办法：

A.消除干扰

B.减弱干扰

C.提高控制系统性能

[分层练习] A类：

声控灯控制系统中，传感器接收声音信号，经控制电路处理后驱动开关接通或关闭灯泡。该系统的控制对象是灯泡，控制量是（ D ）

A．灯泡的发光

B．声音的大小

C．电源电压的高和低

D．开关的通和断

B类：

自动烘手机的控制系统工作过程如下：红外传感器检测到手靠近时，鼓风机和加热电炉丝开始工作，当人感觉到手干了，并离开时，红外传感器测不到手信号，则鼓风机和加热电炉丝停止工作。该控制属于（ B ）

A．手动控制，开环控制

B．自动控制，开环控制

C．手动控制，闭环控制

D．自动控制，闭环控制

用心

爱心

专心

4

C类：

红外线水龙头控制原理是：当红外线感应器感应到人的红外线后，信号传输给电磁阀，打开水龙头，然后延时一定时间再关闭。这里水龙头的出水量是属于控制系统的（ D ）

A．控制器

B．执行器

C．被控对象

D．被控量

用心

爱心

专心

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