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1、2022年高中通用技術(shù) 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施3教案 蘇教版必修2 教　　材：（鳳凰國標(biāo)教材）普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 通用技術(shù)（必修2） 文檔內(nèi)容：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施 章　　節(jié)：第四單元　控制與設(shè)計(jì)　　第四節(jié)　控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施 課 時(shí)：第1課時(shí) 一、教學(xué)目標(biāo) 1.了解簡(jiǎn)單的被控對(duì)象的基本特性。 2.能確定被控量、控制量，畫出控制系統(tǒng)的方框圖。 3.形成初步的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方案。 4.能根據(jù)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，制作一個(gè)控制裝置；學(xué)會(huì)調(diào)試運(yùn)行，提出改進(jìn)方案。 二、教學(xué)重點(diǎn) 1.運(yùn)用控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析方法確定控制系統(tǒng)各部件，形成初步的設(shè)計(jì)方案。 2.

2、確定被控量和控制量并能畫出控制系統(tǒng)的方框圖。 三、教學(xué)難點(diǎn) 被控量和控制量的確定。 四、教學(xué)方法 講授、討論、小組合作。 五、設(shè)計(jì)思想 1.教材分析 本節(jié)課內(nèi)容為本單元的第四節(jié)，是前幾節(jié)知識(shí)的總結(jié)與應(yīng)用。可通過教師的引導(dǎo)和實(shí)例，結(jié)合學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)，探究控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施的含義，歸納總結(jié)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施的方法。通過設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)，讓學(xué)生感受和領(lǐng)悟，引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)現(xiàn)合理的控制設(shè)計(jì)要考慮的因素。 2.學(xué)情分析 學(xué)生對(duì)一些產(chǎn)品有一定的使用經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)有成功的，也有失敗的，通過控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)，使學(xué)生對(duì)一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的生活經(jīng)歷，上升到一定的理論認(rèn)識(shí)，對(duì)失敗的使用經(jīng)驗(yàn)，

3、能從控制與設(shè)計(jì)的角度重新的認(rèn)識(shí)。 學(xué)法設(shè)計(jì)： 引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“問題式學(xué)習(xí)”，通過嘗試——發(fā)現(xiàn)，探索——研究的過程來掌握本節(jié)課的知識(shí)，在老師的幫助下，把生活中的經(jīng)驗(yàn)逐步與控制系統(tǒng)聯(lián)系起來，通過動(dòng)手實(shí)踐、改造，親身體會(huì)控制系統(tǒng)的實(shí)施方法，體驗(yàn)成就感。 教學(xué)策略： 提出一個(gè)生活中時(shí)常會(huì)遇到的問題，在學(xué)習(xí)和閱讀了相關(guān)內(nèi)容后針對(duì)這一問題的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行具體設(shè)計(jì)并制作成模型，在學(xué)生自己設(shè)計(jì)和制作的過程中達(dá)到突破難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的目的。 （1）通過一些具體的生活中例子對(duì)比來導(dǎo)入有關(guān)控制的設(shè)計(jì)方法，從而引入課題。 （2）根據(jù)課本中的案例，引導(dǎo)學(xué)生解決問題，提高學(xué)習(xí)的自主能力。 （3）尋找一些貼近

4、學(xué)生生活實(shí)際和典型的《電吹風(fēng)》《電曖氣》（有開環(huán)與閉環(huán)兩種）等案例，利用媒體教學(xué)手段增加課堂氣氛，幫助學(xué)生在快樂、輕松的氛圍中掌握知識(shí)。 （4）老師起到引導(dǎo)的作用，把課堂交給學(xué)生。讓學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)。 六、教學(xué)準(zhǔn)備 電吹風(fēng)等實(shí)物，課件、方框圖。 七、教學(xué)過程 引入： （一）問題的提出 程同學(xué)家的住房面積比較小，衛(wèi)生間和客廳緊密相連，家里來客人時(shí)，使用衛(wèi)生間廁所馬桶時(shí)所發(fā)出的聲音和氣味常常使人很尷尬。程同學(xué)想如果在馬桶內(nèi)安裝一個(gè)抽氣機(jī)，將馬桶內(nèi)的氣體直接抽到水箱內(nèi)的水中，通過水的過濾，消除臭氣。這樣，由于馬桶內(nèi)的空氣流向發(fā)生變化，如廁時(shí)馬桶內(nèi)發(fā)出的聲音也可得到控制。 要實(shí)現(xiàn)這

5、個(gè)想法，抽氣機(jī)的控制系統(tǒng)部分如何設(shè)計(jì)呢？ 新課： （二）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路： 1.要設(shè)計(jì)好一個(gè)控制系統(tǒng)，需要： （1）明確這個(gè)系統(tǒng)要達(dá)到的目的是什么？ （2）所要控制的對(duì)象是什么？ （3)被控對(duì)象有哪些重要特征？被控量和控制量分別是什么？ 被控對(duì)象的特征往往難以直接得到，通常是通過了解被控對(duì)象的輸入與輸出之間的關(guān)系來分析它的基本特性，從而確定控制器的運(yùn)算方式。 （4)外界的主要干擾因素有哪些？ 一個(gè)控制系統(tǒng)中可能同時(shí)存在若干個(gè)干擾因素，需要分清主次，找出對(duì)系統(tǒng)影響最大的干擾因素。 （5)選擇怎樣的設(shè)計(jì)方案既能達(dá)到目的，又經(jīng)濟(jì)、又易于實(shí)現(xiàn)。 為達(dá)到實(shí)現(xiàn)控制的目的，應(yīng)采

6、用易于實(shí)現(xiàn)的控制方式，降低控制成本、減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響等。 （6）選擇控制系統(tǒng)的設(shè)備和元件。 注意在選擇元器件時(shí)要優(yōu)先考慮標(biāo)準(zhǔn)件的使用。 2.在以上問題都確定后，再考慮： （1）要根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)對(duì)控制精度的要求以及條件的可行性來確定是用開環(huán)控制系統(tǒng)還是閉環(huán)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)所要最終達(dá)到的目的。 （2）畫出控制方框流程圖。 （3）畫出必要的設(shè)計(jì)圖紙（控制電路設(shè)計(jì)或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）和實(shí)施圖紙，撰寫設(shè)計(jì)說明書等。 （三）開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)案例分析 ◇ 案例分析1（教師引導(dǎo)）： 電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（先介紹一下電吹風(fēng)的工作原理）。閱讀書中“開環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”，從“電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

7、”體會(huì)開環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般過程。 設(shè)計(jì)要求： 電吹風(fēng)能根據(jù)不同檔位輸出不同種類的風(fēng)。 設(shè)計(jì)分析： 被控對(duì)象——電吹風(fēng)； 被控量——風(fēng)的速度和溫度； 控制量——電機(jī)的電壓； 干擾因素——房間溫度、電源電壓的波動(dòng)； 設(shè)定電吹風(fēng)的檔位 （輸入） 電機(jī)、風(fēng)扇、電熱絲 風(fēng)的速度和溫度 （輸出） 工作過程： 這個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的案例，用以說明開環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程與方法，體現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般思路。 ◇ 案例分析2（分組討論）： 電風(fēng)扇風(fēng)速控制設(shè)計(jì)。 1.電風(fēng)扇風(fēng)速控制這個(gè)系統(tǒng)要達(dá)到的目的是什么？ 2.控制的對(duì)象是

8、什么？被控對(duì)象有哪些特性？ 3.需要哪些零部件組成控制系統(tǒng)？被控量的控制量分別是什么？ 4.外界的干擾因素是什么？影響的程度有多大？ 5.怎樣做到經(jīng)濟(jì)實(shí)用？設(shè)計(jì)更安全？ 6.你認(rèn)為該控制系統(tǒng)各部件的設(shè)計(jì)還與什么有關(guān)? （被控對(duì)象） （被控量） （控制量） （輸入量） （輸出量） （主要元件） （工作原理） （裝置結(jié)構(gòu)） （裝置作用） （控制方式） （干擾量） ◇ 案例分析3： 抽水馬桶水位自動(dòng)控制 設(shè)計(jì)要求：當(dāng)水位達(dá)到某一指定高度時(shí)，進(jìn)水口停止進(jìn)水。 設(shè)計(jì)分析：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇閉環(huán)控制系統(tǒng)。被控對(duì)象

9、是抽水馬桶的水箱，被控量是抽水馬桶水箱水位的高度，控制量是進(jìn)水管的水流量（進(jìn)進(jìn)水量），水箱水位的高度與進(jìn)水量之間呈線形關(guān)系，主要干擾因素是水箱的出水流量。 方案構(gòu)思：采用浮球作為水位高度的檢測(cè)裝置。當(dāng)水箱的水位低于水箱的某個(gè)高度時(shí)，出現(xiàn)了水位差（給定的水位高度與實(shí)際水位高度之差），這個(gè)信號(hào)通過浮球、連桿機(jī)構(gòu)傳給進(jìn)水閥，使進(jìn)水閥打開，從而水箱進(jìn)水；當(dāng)水箱水位達(dá)到水箱的某個(gè)高度時(shí)，水位差為零，進(jìn)水閥關(guān)閉。 控制系統(tǒng)方框圖：略 控制過程：轉(zhuǎn)動(dòng)沖水旋鈕，使出水閥打開，水箱沖水。與此同時(shí)，進(jìn)水閥打開，水箱進(jìn)水，直到指定水位時(shí)，進(jìn)水閥關(guān)閉。 （四）“馬桶內(nèi)抽氣控制系統(tǒng)”的方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求：

10、 抽氣機(jī)能根據(jù)不同的檔位（如電風(fēng)扇的風(fēng)速控制器）改變抽風(fēng)量的大小。 提問： 針對(duì)“馬桶內(nèi)抽氣系統(tǒng)”，是選擇開環(huán)控制系統(tǒng)還是閉環(huán)控制系統(tǒng)？ 教師總結(jié)：采用開環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)馬桶內(nèi)抽氣。同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，要從嘗試進(jìn)行簡(jiǎn)單的開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做起。 1.明確馬桶內(nèi)抽氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求、被控對(duì)象、被控量和控制量。 2.閱讀書中119頁“開環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”，從“電吹風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)”體會(huì)開環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般過程。 設(shè)計(jì)分析： 抽氣機(jī)控制系統(tǒng)的的被控對(duì)象是抽氣機(jī)裝置，被控對(duì)象是抽氣量的大小，控制量是電機(jī)的電壓，干擾因素是電源電壓的波動(dòng)。 抽氣機(jī)控制的工作過程：抽氣機(jī)是通過電動(dòng)機(jī)

11、帶動(dòng)真空泵將氣體從馬桶內(nèi)抽到水箱之中的。 分組討論： 1.設(shè)計(jì)“馬桶內(nèi)抽氣控制系統(tǒng)”，畫出流程方框圖。 2.共同討論設(shè)計(jì)還存在哪些問題，如何改進(jìn)。 方案構(gòu)思： 設(shè)定抽氣機(jī)的擋位就設(shè)定了電動(dòng)機(jī)電壓，接通電源后，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)真空泵，將馬桶內(nèi)的氣體抽到水箱中，輸出的就是預(yù)設(shè)定抽氣大小的量。 電源（輸入） 抽氣的量（輸出） 抽氣機(jī)的檔位 電機(jī)，真空泵 （五）作業(yè)：馬桶內(nèi)抽氣裝置的模型制作 1.確定了抽氣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案后，畫出必要的電氣線路圖。 2.選擇適當(dāng)型號(hào)的元件和配件，進(jìn)行組裝。（老師提供相應(yīng)的配件和原材料，學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)制作） 3.進(jìn)行調(diào)試，測(cè)試能否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，提出改進(jìn)意見。 八、教學(xué)反思 嘗試引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“問題式學(xué)習(xí)”的過程來掌握本節(jié)課的知識(shí)，在老師的幫助下，把生活中的經(jīng)驗(yàn)逐步與控制系統(tǒng)聯(lián)系起來，通過動(dòng)手實(shí)踐、改造，親身體會(huì)這種控制實(shí)施方法，體驗(yàn)成就感。