1、干扰因素教学实录

闭环控制系统的干扰与反馈

教

材：（凤凰国标教材）普通高中课程标准实验教科书 通用技术（必修2）

文档内容：闭环控制系统的干扰与反馈

章

节：第四单元

控制与设计 第三节

闭环控制系统的干扰与反馈

课 时：第1课时 干扰因素

作 者：尤子文（镇原中学）

一、

教学目标

1.知识与技能：了解闭环控制系统的干扰。

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。

二、教学重点

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。

三、教学难点

对干扰系统的全面细致的分析。

四、教学方法

本课通过“案例分析法”，采用启发式、讲述式、分析等多种教学方式，以课程目标为依据，努力提高教学的生动性和逻辑性，激发学生的学习兴趣，提高学生的注意力，使学生能够自己建构出本课的知识点。

五、学习方法

本节课的教学对象是刚刚对控制系统有了初步的了解学生，对控制的干扰还蒙着一层神秘的面纱。好奇心较强，思维活跃，虽然他们的生活经验不是很丰富，但根据他们现有的认知水平和认知风格还是很容易接受本节课的内容。

本课教给学生的学法是“分析案例—合作探究—得出结论—思维扩展”。

六、设计思想

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，在此基础上引入反馈概念，并对闭环控制系统的作用进行了重点探讨。

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

干扰因素是闭环控制系统中重要的核心概念。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。

七、教学准备

教学相关资料的准备，包括文本（骑自行车的干扰分析）、图片（影响因素图片）；视频、教师演示教学课件。课件容纳一些图片和例子说明。

八、教学过程

（一）课堂导入

观看游泳池注水装置动画

教师提问：指出定时器自动注水装置存在的缺陷和原因

学生小组讨论并代表发言

教师总结：缺陷1 有时水位低需注水时没有注水，而有时还不需注水时却提前注水了。

原因：每天的人流量有多有少导致不知多长时间后该抽水。

缺陷2 抽水时有时会抽得过满甚至溢出，而有进还没抽满就停止抽水了。

原因：下雨或抽水时进水量不稳定。

总结：其实导致定时控制注水存在这样的缺陷的根本原因是在控制过程中存在干扰

（二）干扰

1.知识讲解

案例分析一：逆风中骑自行车。

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……

教师提问：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

案例分析二：观看影视中狙击手射击片段

教师提问：分析射击过程中，哪些因素会影响狙击手射击的命中率。

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）

控制系统

自动扶梯的升降控制系统

利用滑轮组提升重物的控制系统

蔬菜大棚的温度控制系统

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。

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。

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.案例分析：电视机的工作。电视机出现画面紊乱的现象往往是由于受到外界磁场干扰。比如：近距离摆放的电冰箱、空调器、电风扇、日光灯等等。他们就是电视机正常工作的干扰因素。克服这些干扰的办法就是将家用电器远离电视机放置。 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。

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。

（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，除此分析了干扰因素的利与弊。

（五）布置作业

我们学习了干扰与反馈，干扰因素的克服，但有些干扰因素是可以利用的，请查阅资料，了解这方面的情况。

九、教学反思

这节课选择了学生生活当中能接触到的事例为切入点，采用分析案例——合作探究——得出结论——思维扩展等教学策略，提高学生参与程度和热情，教学重点和难点掌握得也比较扎实。然而，在面对实际复杂闭环控制系统干扰与反馈问题进行分析的时候学生却很难找到一个切入点进行正确的分析。