2、反馈教学设计第二课时

闭环控制系统的干扰与反馈（教学设计）

庆阳市环县第二中学 苏连哲

教

材：普通高中课程标准实验教科书（苏教版） 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---反馈

课 时：第1课时

一﹑教学目标

1.知识与技能：了解闭环控制系统的反馈环节。

2.过程与方法：能结合身边的事例找出反馈的案例，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反馈环节进行分析。

二、教学重点

1.能结合案例分析找出简单控制系统的反馈环节。

2.熟悉闭环控制系统中反馈环节的作用。

3.学会分析反馈在控制系统中的应用，反馈在技术发明和革新中的作用。

三、教学难点

1.闭环控制系统工作过程的分析。

2.反馈环节的使用，开环和闭环控制系统工作的比较。

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，引入反馈的概念，并通过典型案例，分析和归纳了反馈在生活中应用，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，如温度控制等，教材通过对真实情景对反馈环节的分析、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

反馈是闭环控制系统中是很重要的核心概念，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，多媒体演示，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。

六、教学准备

教学相关资料的准备，包括文本（学生生活经验）、图片；教师演示教学课件。多媒体设备，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）课堂导入

【知识复习】

简单回顾控制系统的分类和组成：

1.控制系统的分类是什么？

2.控制系统有哪几部分组成？

为此根据以上分析得出闭环控制系统是通过反馈环节克服干扰因素的。今天我们就一起来研究下闭环控制系统的反馈。

（二）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）。

2.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、工作总结、

产品性能检验、现代酒店控制方法等。

3.实践体验

[游戏]：在黑板上画两张大脸，“四官俱全”，没有眼睛。然后请两位同学上来“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：

（1）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。

（2）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。

4.反馈的方法

利用反馈来分析和处理被控对象，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。

马上行动：P111分析“花房恒温自动控制”的动作过程，并补充一个适当的事例填写下表。

事

例

花房恒温自动控制

输入量

设定的温度

靶心的位置

(期望值) 检测装置

温度检测装置

输出量

花房的温度

射

击

眼睛

子弹射击位置

(三)闭环控制的工作过程

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反馈回路，输出量对控制过程产生影响的控制系统。闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量（输出量）的偏差。

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。

案例分析1. 供水水箱的水位自动控制系统

思考：在此系统中，控制量还可以有其他选择吗？ 为什么？(小组合作探究）

老师：在此系统中，引起水位变化的因素只有进水量和出水量（包括蒸发量），出水量是不可控的，属于干扰，进水量是可控的，因此，只有选择进水量为控制量，没有别的选择。当然，控制进水量的途径可以是改变进水阀的开度，也可以改变进水阀前后的压力来实现。

案例分析2 加热炉的温度自动控制系统

思考：在此系统中，可能有哪些干扰因素？系统是如何克服干扰使炉温稳定在给定范围内的？（小组合作探究）

老师：在加热炉控制系统中，主要的干扰因素有加热炉外环境温度的变化和加热器电压的变化等。系统通过热电偶检测实际炉温，如与给定炉温有偏差，控制器就会将这个偏差信号传递给加热装置，以升高或降低炉温，使之向给定值变化，直到偏差消除，保证炉温保持在给定范围内。

（四）闭环控制系统与开环控制系统的比较

闭环控制：反馈控制，

偏差控制，可以抑制内、外扰动对被量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。

开环控制：顺向作用，没有反向的联系，没有修正偏差能力，抗扰动性较差。结构简单、调整方便、成本低。在精度要求不高或扰动影响较小的情况下，这种控制方式还有一定的实用价值。

（五）课堂小结

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。以及反馈的方法，闭环控制系统的工作过程，闭环控制系统和开环控制系统的比较，并分析了反馈环节的作用。

（六）布置作业

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﹑板书设计

闭环控制系统的干扰与反馈

------反馈

一、反馈 1.概念：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

2.反馈的方式

3.反馈的方法

二﹑闭环控制系统的工作过程，

三﹑闭环控制系统和开环控制系统的比较

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。