2、反馈公开课参赛课教案

第四单元 第三节 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。

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。

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。

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六、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，学生生活经验）、图片；教师演示教学课件。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）课堂导入

教师提问：平常我们在送走客人获亲朋好友的时候都说一路顺风，那为什么我们在送乘坐飞机的乘客时候却不能这么说呢？（提示根据物理知识进行解释）

学生小组讨论并代表发言

教师总结：飞机在起降阶段速度（地速）比较小，要想使飞机获得足够的升力克服重力而腾空，就需要稍大的空速（相对于气流的速度），那么在地速（相对于地面参考物的速度）相对较小的情况下就需要飞机最好迎风干扰起飞，这样才能达到比较大的空速，已达到足够的升力而起飞。类似的事例还有风筝起飞等等。

为此根据以上分析得出飞机起飞是通过分力干扰来实现的。今天我们就一起来研究下干扰与反馈。

【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？

（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

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：教材P108，

学生小组讨论，并代表发言。

6.思考：教材P109， 控制系统

自动扶梯的升降控制系统

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。

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利用滑轮组提升重物的控制系统

蔬菜大棚的温度控制

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：教材P109，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。

（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、讨论：案列分析1：篮球运动员投篮，并讨论分析此过程画出其控制系统的方框图。

案例分析2：教材P110，电冰箱的温度控制，分析其工作原理及控制系统的方框图。 四、闭环控制系统工作过程

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1、闭环控制系统的特点：

（1）系统输出量对控制作用有直接影响。

（2）有反馈环节，并应用反馈减小误差。

（3）当出现干扰时，可以自动减弱其影响。

教材P112：案例分析：供水水箱的水位自动控制系统

讨论分析结合其方框图了解工作原理，

给定量

控制器

+ - 检测装置（反馈）

阀门

水箱

水位

加热炉的温度自动控制系统：

温度自动控制系统。首先用热电偶来代替温度计来测量温度的值，然后对温度的比较，当小于恒温箱给定时，就增大加热装置的电流；相反当大于恒温箱给定时，就减小电流。这样恒温箱就能保持给定的温度。

加热炉的温度自动控制系统的结构图：看书P113案列分析：

小结：

闭环控制系统的特点是，控制精度较高，系统能够实时监控输出端，及时调整输入端，在生产和生活中应用广泛，主要用于各种自动化控制。

闭环与开环控制系统的比较

学生看书讨论结合，填写下列表格。

能否自动调整和补偿

控制精度

结构

适用场合

开环控制系统

闭环控制系统

（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）课堂练习

1、下面反馈环节作用的例子中不正确的是（

） A、我们去拿一件东西时，眼睛有反馈环节的作用 B、我们选择合适的香水时，鼻子有反馈环节的作用 C、我们吃不同味道的食物时，喉咙有反馈环节的作用 D、我们调节室内的温度时，皮肤有反馈环节的作用

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闭环控制系统中的反馈环节的主要作用是（

）

A．减少输入量的偏差

B．实现自动控制

C．消除干扰因素

D．减少输出量的偏差

3、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（ ）

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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——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。

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