1、控制系统设计的一般思路教案1

课目：控制系统的设计与实施

教

案

课程名称

教

材

控制系统的设计与实施

教学对象

高一年级学生

普通高中课程标准实验教学书《通用技术》必修2 技术与设计2 授课内容

第四单元第四小节第一课时

课时

2课时

教学目的

与要求

①了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量等，能画出控制系统（开环和闭环）的方框图，并能形成初步的控制系统设计的方案；

②掌握形成初步的控制系统设计方案的思想方法和控制系统设计的一般思路。

③能综合考虑设计实施中的各种因素，能对方案进行权衡比较，能根据设计方案制作原型或模型，并进行调试与改进。

重点、难点

重点：开环控制与闭环控制

难点：控制系统的设计

课

型

新授课

教学方法

以课堂讲授为主，并采取互动方式进行课堂讨论。

一、新课引入

（问题引入）同学们，今天我们来学习控制系统的设计与实施，首先，教学

过程

设计

请同学们思考这样一个问题，你怎样理解什么是控制系统，生活中你见过哪些控制系统？

控制系统：任何一种控制的实现，都要通过若干环节共同实现，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统，成为控制系统。

生活中常见的控制系统：灯光、电扇、红绿灯、幻灯片、空调等

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课目：控制系统的设计与实施

二、新课教学

1、学生互动环节：比较空调与电扇两种控制系统的不同

刚才同学们分析了生活中很多常见的控制系统，老师也举两个例子，我教学

过程

设计

们教室里面的风扇就是一个典型的控制系统，打开，风扇开始转动，关掉，风扇停止转动，教室的空调，打开之后空调吹出冷风，但是在空调的运行过程中我们会发现，空调的风速有变化，有时候还会停止工作一会儿，大家看，电扇在固定档位中，并不会出现一会儿转得快一会儿转的慢，空调的风速却会改变，这是为什么呢？

2、开环控制系统：

像类似于风扇这一类的控制系统还有很多，我们把它称为开环控制系统，它的特点就是输入与输出之间没有联系，即没有反馈。我们教室里教学

过程

设计

面的灯光、风扇、洗手间的水龙头、各种自然灾害，这些都属于开环控制系统。

水龙头打开了，就会一直放水，即使水漫金山，它只要开关打开，就会一直放水；我们教室里面的灯，打开了就会发光，即使到了晚上，人走完了不需要灯光了，它也不会关闭。

3、开环控制系统实例设计：

像类似于风扇这一类的控制系统还有很多，我们把它称为开环控制系教学

过程

设计

统，它的特点就是输入与输出之间没有联系，即没有反馈。我们教室里面的灯光、风扇、洗手间的水龙头、各种自然灾害，这些都属于开环控制系统。

水龙头打开了，就会一直放水，即使水漫金山，它只要开关打开，就会一直放水；我们教室里面的灯，打开了就会发光，即使到了晚上，人走完了不需要灯光了，它也不会关闭。

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课目：控制系统的设计与实施

4、学生活动：设计高速路上的路灯系统

设计1、通过定时开关，每天定时开，定时关。

存在的问题：冬天与夏天开关的时间不一致，需要调整。

教学

过程

设计

设计2、采用光传感器

优点1：避免了因为季节不同造成的浪费，可以依据光强的改变自动控制开关，当环境中的光强降到一定程度以下时，自动开灯，当凌晨光强升到一定强度时，自动关闭灯光。

优点2：如遇到大雨等极端天气，自然光照不强时，也可以保证开灯。

5、闭环控制系统：

教学

过程

设计

特点：输入与输出之间有反馈

举例：高速公路上的灯光系统、教室的空调、中央空调、冰箱、人本身的反馈机制

6、江南水乡：

设计要求：当水位达到某一指定高度时，进水口停止进水。当水位下降到某一高度自动开启水泵自动抽水，保持塔内有一定量的储水。

设计分析：依据设计的要求，应该选择闭环控制系统，控制对象是水塔，被控量是水位的高度，控制量是进水的速度。

提出问题：怎么控制水塔进水？水满时停止上水，水位下降到某一高度自动上水。

两位同学都给出了很好的看法，压强和杠杆控制系统都可以达到要求。在生活中，我们控制水塔的进水还有很多其他的模型，同学们可以围绕这个拓展，自己设计一个。

老师这里也制作了一个水塔的控制系统。

用电极导电传感器式：

水塔上水简易电脑控制，基本原理和构思和光电传感器方式相同，但它是利用水的微弱的导电性，用电极代替光电传感器，在水塔中的水同时接触到两个电极时便告知在水满的信号，这时由微处理芯片进行解读并送入执行机构，电机停止工作。在水塔的储蓄高度范围内，电子开关控制，电机不工作，当低于这个高度超出控制范围，传感器送入信号由电子开关处理，发出接通信号，电机工作，水泵抽水。当水上升到最高水位，由于水的导电作用，电子开关断开，电机停止工作。控制的过程就是电子开关处理结果的循环。

3 教学

过程

设计

课目：控制系统的设计与实施

几个主要部件：PPT演示。

（1）

传感器，这时采用三根导线解决，一根为公共线，一根为水满停止线，一根为少水开启线；

（2）

微处理器，市售专用处理芯片；

（3）

继电器工作原理：是电磁开关，通电时产生磁场将触片磁化而吸合，使与触片连在一起的开关吸合，电路接通。反之，则电路断开。

（4）

电机水泵，这里是联合体。

附属电路，包括电源变压器和电源电路。

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