1、干扰因素第二课时教学设计

教学设计

闭环控制系统的干扰与反馈

一、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。

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.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。

三、教学难点

1.对干扰系统的全面细致的分析。

2.反馈环节的使用。

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

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教学设计

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。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。

六、教学准备

师演示教学课件。课件容纳一些图片和例子说明。

图片可以从网上下载，也可以把书中照片用数码相机拍摄，通过电脑处理后使用。

七、教学过程

（一）【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？它们各自有什么不同？

2.控制系统有哪几部分组成？

（一）课堂导入

案例分析：天亮告知器与游泳池注水控制

1、他们的各自有什么优劣性？有哪些不足？

不同季节、天气状况下，同一时段的光线强弱不同，所以天亮告知器存在一定有误差。不一定会准时叫醒我们。而这里的季节和天气状况算是干扰因素。

今天我们就一起来研究下干扰与反馈。

（二）干扰

1.知识讲解

案例分析一：逆风中骑自行车。

脚踩的力

自行车

行使的速度

被控量

给定量

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

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”？

思考：生活中有哪些常见的干扰？

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。

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教学设计

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

干扰因素

蔬菜大棚的温度控制

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。

思考：生活中有哪些常见的干扰？

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：飞机、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。

（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。

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教学设计

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”

投掷飞镖

输入

线的位置

靶的位置 (期望值) 检测装置

人的眼睛

眼睛

输出

线与针孔对准

飞镖实际投掷的位置

能扑灭蜡烛的机器人

打开机器人的开关

光敏、力敏传感器

找到蜡烛、并将其扑灭

电冰箱

温控器设定温度

温度传感器

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。

（五）布置作业

1.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。

2.某花农正在筹建一个小型花房，花房的温度冬季一般控制在18摄氏度左右，夏季一般控制在25摄氏度左右，请画出花房的温度控制系统方框图，简要说明它的工作过程。

八、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，得出结论等教学策略，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。

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