4.2控制系统的基本组成和工作过程教案-2021-2022学年高中通用技术苏教版（2019）必修《技术与设计2》

第二节 控制系统的基本组成和工作过程 教学目标 掌握控制系统的基本组成要素，理解简单控制系统的工作过程。 通过实例分析了解手动控制、自动控制、智能控制的特点。 熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和工作过程，理解其中的传感器、控制器、执行器等的作用。 了解反馈原理，通过实例分析理解反馈环节和比较环节。 养成对身边控制技术问题的敏感性和探究欲望，并能关注新的控制技术的发展，培养正确使用控制技术的意识。 教学重点 通过水箱水位控制的体验、观察和分析，了解闭环控制系统的基本组成与工作过程，以及闭环控制系统功能的描述方法。 教学难点 准确描述开环与闭环控制系统的区别与工作过程。 教学方法 讲授法、小组讨论法、案例分析法 教学环境 多媒体教室 教学过程： 教学 过程 教学活动 学生 反映 导入新课 在很多公共场合都使用了声控灯，如进入楼道后只要发出一定的声响，电灯就会自动点亮，过一段时间电灯又会自动熄灭。这种灯的控制系统是什么构成的？又是如何工作的？ 实例一 自动门控制 动作过程：当门口没人时，门是关着的；当有人来到门口时，门自动打开；当人离开门口后一小段时间，门又自动关闭。 自动门的功能和技术要求： 功能： （1）无人时，常关。 （2）有人时，打开。 技术要求： （1）当来人距门1m左右时，门即打开。 （2）当传感器确认门附近无人后，延时10s，门即关闭。 系统组成 工作过程： （1）当有人到达门前一定距离时，传感器感知，并发出“有人”信号。 （2）控制器接到传感器拿过来的信号，经变换放大后传给电动机。 （3）电动机根据传来的开门信号转动，门被打开。 （4）在门附近无人的情形下，控制器保持开门信号延时（如10s）后，自动发出关门信号，电动机反转，门重新关闭。 输入与输出 在自动门控制系统中，有人，就是有了一种信号。信号被传感器感知， 通过传感器给系统以输入。这种输入信号、输入作用，简称为输入。 系统在输入的作用下，被控对象对输入产生相应的动作，即响应。 如有人时，门就被打开。门打开，就是输出信号、输出作用，简称输出。 这里的输入与输出，实际上指的是状态，如有（无）人、门开（关）。 实例二 水箱水位控制 当水箱内的水没有达到设定水位时，水箱的水龙头打开，向水箱内放水；当水箱内水面达到设定位置，水龙头关闭。它有两种控制方式： 一种是人工控制（如上图左）； 一种是自动控制（如上图右）。 控制方式系统组成工作过程对比人工水箱；阀门；人水面低于设定水位，人工放水，高于设定水位，人工关水自动控制中浮子和连杆机构的作用，相当于人工控制中的人眼、人脑和人手的作用。自动水箱；阀门；连杆机构；浮子低于设定水位，浮子下落，阀门打开，进水；达到设定水位，通过连杆机构，关闭阀门。 自动进水水箱水位控制系统的组成与工作过程框图 实际水位为被控量即输出量； 阀门开度（开/关）为控制量。 信息流经一个闭合环路，这类系统称为闭环控制系统。输出的信息反传给比较环节，称为反馈用 控制系统的基本组成和工作过程 ( 传感器 控制器 执行器 反馈环节 比较环节 )（一）控制系统的基本组成 被控对象 控制装置 ( 闭环控制系统 ) （二）开环控制系统与闭环控制系统的比较 名称优点缺点开环控制系统结构和原理比较简单，仅有一条开放路径控制精度不高闭环控制系统较高的控制精度和较强的抗干扰性能结构较为复杂 （三）怎样理解闭环控制系统的工作过程 （1）输入信号和反馈环节传回来的反馈信号相比较，产生偏差信号。 （2）控制器根据偏差信号的大小和极性（正或负），产生控制作用，传给执行器。 （3）执行器将此信号放大、变换后，传到被控对象上。 （4）被控对象受执行器传来的信号(控制信号)的驱动，产生输出信号。 ... ...