高中通用技术苏教版 (2019)必修《技术与设计1》任务二 明确设计要求及编写设计计划教学设计及反思

探究控制系统的设计要素

通用技术（必修）技术与设计2第四章第4节

第1课

一、教学目标

1.根据控制系统的要求，确定被控量和控制量。

2.理解控制系统的设计要素

二、教学重点、难点

控制系统的设计要素

三、教学方法

讲授法，演示法，实践体验法，任务引导法

四、教学过程

1、情境导入

在我们生活中有很多自动控制的场景，比如自动开关的节能灯控制系统，还要一些活动及运动会的升旗等，如何展开我们的设计思路？需要从哪些方面着手考虑问题呢？

2、新课学习

开环控制系统的设计

开环控制是指无反馈信息的系统控制方式。当操作者启动系统，使之进入运行状态后，系统将操作者的指令一次性输向受控对象。此后，操作者对受控对象的变化便不能作进一步的控制。采用开环控制设计的人机系统，操作指令的设计十分重要，一旦出错，将产生无法挽回的损失

开环控制系统是在一个控制系统中系统的输入信号不受输出信号影响的控制系统。也就是，不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统。

开环控制系统是指一个输出只受系统输入控制的没有反馈回路的系统。在开环控制系统中，不把关于被控量的值的信息用来在控制过程中构成控制作用。其特点是施控装置指挥执行机构动作，改变被控对象的工作状态，被控量相应地发生变化，而这种变化并不再次构成施控装置动作的原因，即控制信号和被控量之间没有反馈回路。为了选择一个控制力，重要的是，要用到关于扰动对被控量影响的信息，而不是关于扰动本身的信息。所以，可以不用直接测量扰动就组织起一个控制。只要监视由扰动对被控系统造成的偏差就行了。因此，控制信号也可以由被控量离它预定值的偏差的信息产生。所有的手动控制、大多数的程控与数控机床、时间程序控制都属于开环控制。如图所示，这种系统的输入直接控制着它的输出，它的装置简单，成本较低，可以排除许多闭环控制系统中存在的稳定性问题。当扰动在某种程度上来得及影响被控系统的值之前，控制力就直接按照扰动的变化而变化。但它的抗干扰能力差，使它的控制作用受到很大的限制，精度较闭环控制系统要低。

不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统。与闭环控制系统相对。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。系统的控制输入不受输出影响的控制系统。在开环控制系统中，不存在由输出端到输入端的反馈通路（见反馈控制系统）。因此，开环控制系统又称为无反馈控制系统。开环控制系统由控制器与被控对象组成。控制器通常具有功率放大的功能。同闭环控制系统相比，开环控制系统的结构要简单得多，同时也比较经济。 开环控制系统主要是用于增强型的系统。

设计要素：

问题思考？

1）被控对象是什么？

2）控制的目的是什么？

3）这种设备用在什么地方？环境怎样？

4）它又是如何工作的？被控量和控制量分别是什么？

5）有什么其他因素会干扰它的正常工作？
依据你的判断，能提出一种设计方案吗？

确定自动升旗控制装置的设计

1）明确设计的要求，明确控制系统设计所要达到的目标。

2）提出多个设计方案，进行分析、权衡、比较，确定一个相对较好方案。

3）动手安装、调试升旗控制系统。

4）撰写试验报告、自我评价和小结。

设计要求：

1.在国歌播放的时间内，控制国旗匀速上升到旗杆的顶端；
    2.选择恰当的控制方案实现控制；
    3.选用成本低、易于获取的元件、设备和材料制作模型。

对项目进行分析：

1.采用开环控制系统，被控对象是国旗，被控量是上升的速度，控制量是电动机的转动与停止（或速度）。
    2.这一开环控制系统由计时装置和控制升旗的装置共同组成。
    3.计时装置和控制升旗装置的实现可以有多种方案，例如，采用机械定时器和电动机实现，采用成品电子定时器和电动机实现，采用自制电子定时器和带可调速电路的电动机实现，采用音频信号、触发电路和电动机实现。
    4.采用任何一种方案实现，都要经过若干次调试，直到符合设计要求为止。

列出升旗装置模型的方框图：

方案分析对比：

结出材料方案：

观看编程视频，根据视频进行控制版线路的绘制

设计图纸

设计升旗台的结构

实践制作

测试调整和优化

课堂评价

3、课堂小结

1.根据控制系统的要求,确定被控量和控制量。

2.能够设计控制系统的方案,并搭建一个控制系统装置或模型。

五、教学反思