苏教版通用技术必修二 4.4控制系统的设计与实施 教案

控制系统的设计与实施（第三课时）

教　　材：（凤凰国标教材）普通高中课程标准实验教科书  通用技术（必修2）

文档内容：控制系统的设计与实施

章　　节：第四单元 控制与设计       第四节 控制系统的设计与实施

课    时：共3课时

一、教学目标

1. 了解简单的被控对象的基本特性。

2. 能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图。

3. 形成初步的控制系统设计的方案。

4. 能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；学会调试运行，提出改进方案。

二、教学重点

设计一个控制系统应明确的问题；

对控制系统的基本要求；

循迹小车控制系统设计的思想方法。

三、教学难点

设计一个循迹小车控制系统应明确的问题的分析；

控制系统设计思想方法。

四、教学方法

讨论法、案例教学法、理实一体化教学法、任务驱动教学法。

五、教学准备

PPT、Arduino循迹小车套件、白板、ipad、笔记本电脑、airplay、伽卡他卡网络教室等软件

六、教学过程

一、温故知新（5min）

师：同学们上节课我们已经把开环控制系统和闭环控制系统的相关内容上完了，现在我们来将相关内容复习一下，将工作单里的第一部分完成：

生：（集体朗读）

① 控制的含义：

人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展。

② 控制系统的含义：

任何一个控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节就构成了一个系统。

③ 开环控制系统含义：

控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为

开环控制系统。

④ 闭环控制系统含义：

我们把系统的输出端返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。

⑤ 反馈的涵义：

控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回输入端与输入量进行比较的过程。

二、新课教授（10min）

师：同学们对控制系统的基本理论都掌握的不错，那么如何去设计一个控制系统呢？

下面我们一起看看课本里是如何描述一个控制系统的设计过程的

课本里将一个控制系统拆分为8个部分，分别为：明确控制目的；分析被控对象的主要特性；确定被控量、控制量；控制系统方案的选择；分析主要的干扰因素；控制系统的调试运行和评价；系统的成本分析；实施控制系统所需的设备、元件。

我们可以就上节学习的“自动避障小车”系统为例来学习控制的设计。

师：在“自动避障小车”中被控对象是什么？

生：小车/电机。

师：这个系统的控制目的是什么？

生：自动避障。

师：那么被控量是什么？

生：电机的速度、方向。

师：控制量决定了被控量的输出，在这个系统里什么是控制量？

生：避障的距离。

师：这个系统采用了什么类型的控制系统？

生：闭环控制系统。

师：这个系统怎样实现的反馈？

生：距离传感器返回的数据。

师：这是“自动避障小车”控制系统的方框图，请同学将对应的空格填上（3min）

方案一：

师：大家都填的差不多了，哪位同学愿意分享自己答案？

XX生：（用ipad投影自己答案）

方案二：（观察学生完成情况）

师：刚刚观察同学们的完成情况，同学们在XX、XX空上有不小的分歧，我们一起来分析一下这几个空。

师：（按具体情况分析）

师：下一步我就可以按照我们的控制方案选取硬件并连接了。下图是各个硬件电路示意图，我们一起完成它：

师：联好了线可不能让我们的小车跑起来，还得写进程序，这是上节课一位同学上交上来的程序流程图

师：通过“自动避障小车”设计过程其实我们是可以归纳成一般的控制系统设计

师：注意，我们完成控制系统的调试运行后经常还要根据结果反馈回来再调整硬件、程序。

三、动手实践（15min）

师：下面就请同学们按标准的流程设计一个“巡线小车” 并完成工作单，时间15min

生：（动手制作巡线小车）

四、成果分享（7min）

师：刚刚看到好几个小组都已经完成了任务，那么就请大家一起来看看他们是如何设计这个系统

（用ipad展示小组的作品与工作单）

师：请发言员先说一下你们的小组分工，再简述一下你们的设计思路

（结合投影出改组的工作单）

师：非常棒！（根据实际情况，提出设计的闪光点，或者指出不足。根据时间还可多选几组不同结果的小组做展示）

师：刚刚也看了不同小组作品，发现未完成（或者已完成但有缺陷）的小组还是有一些地方做的不好的

（根据实际问题结合设计的一般流程指出这些问题出现在哪个环节，如何改进）

师：本节课就到这里。