4.3 闭环控制系统的工作过程 教学设计-2022-2023学年高中通用技术苏教版（2019）必修《技术与设计2》

第四单元 控制及其设计 第三节 闭环控制系统的工作过程 （新疆和静高级中学 孙玉洁） 教　　材：江苏凤凰教育出版社普通高中教科书 通用技术（必修2） 章　　节：第四单元控制与设计 第三节闭环控制系统的工作过程 课 时：1课时 一、核心素养目标 （1） 技术意识：简述闭环控制系统的含义；认识反馈和干扰因素 （2）工程思维：描述闭环控制系统的基本组成和工作过程；能结合闭环控制系统的工作过程，分析反馈和干扰现象及其基本原理。 （3）图样表达：会画简单的闭环控制系统的方框图 （4）创新设计：能简单设计控制系统的方案 二、教学重点 学会分析闭环控制系统的基本组成及工作过程，并画出控制系统的方框图. 三、教学难点 掌握分析闭环控制系统的一般方法。 四、设计思想 1. 教材分析 本节课教学内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”的第三节“闭环控制系统的工作过程”。在本节的学习中，学生要经历土壤湿度控制系统的技术试验和分析过程，自行对电冰箱的温度控制系统进行分析。要站在工程设计的高度，应用系统分析方法与控制原理，解决生活中的实际问题，促使学生的系统思考和工程思维能力提升。 2. 教学策略设计 （1） 复习导入：以自动门的控制系统复习开环控制系统 （2） 创设情境： 以技术体验“搭建土壤湿度控制系统”，引出课题。 （3） 引导学生分析案例，概括出闭环控制系统工作过程，学会用方框图描述其控制过程。 （4） 通过案例分析，认识反馈和干扰因素，能结合闭环控制系统的工作过程，分析反馈和干扰现象及其基本原理。 （5） 通过巩固练习，引导学生总结、梳理重点。 五、教学准备 1.课件 2.导学案 六、教学过程 序号 教学步骤 教师活动 学生活动 1 复习导入 案例分析--自动门的控制系统 通过案例，让学生复习回顾什么是“控制系统”，以及开环控制系统的基本组成和方框图的画法。为本节闭环控制系统铺垫。 小组讨论：自动门的控制系统，画出方框图。 2 创设情境 陈晨家阳台上种植了三盆绿萝，绿萝喜阴湿、忌干燥。暑假，陈晨和爸爸妈妈打算出去旅游半个月，请你帮陈晨设计一款自动浇水控制系统。 创设情境，先画出开环控制系统。 3 任务一：解析闭环控制系统工作过程 情境2：陈晨旅游回来，妈妈又在阳台上种植虎皮兰。虎皮兰喜热、耐干旱，绿萝则喜阴湿、忌干燥。这两种植物不能采用同一定时浇水方式，应该如何改进自动浇灌装置呢？ 1. 搭建土壤湿度控制系统 技术体验： 搭建土壤湿度控制系统 与学生一起探讨该控制系统的工作原理并填写下表： 土壤湿度情况 电磁阀的状态 花洒的状态 当湿度传感器检测到花盆内土壤湿度不够时 打开 洒水 当湿度传感器检测到花盆内土壤湿度达到要求时 关闭 不洒水 思考： 电磁阀的开启与关闭取决于来自什么装置的信号？ （参考答案：湿度传感器） 用方框图表示土壤湿度控制系统的工作过程： 在系统的输入量和输出量之间，除了从输入端到输出端之间，除了有从设定温度到实际温度的信息传递，还有一条从输出端返回到输入端的反馈环节，它们形成了一条闭合回路。 我们把系统的输出量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。 2. 闭环控制系统 由恒温箱控制系统的工作过程，引出简单闭环控制系统方框图： 输入→传感器→控制器→执行器→被控对象→输出 检测装置 特征：系统的输出量影响控制过程， 输入量到输出量之间的信号是循环传递， 存在反馈环节和比较环节。 3、牛刀小试：分析电冰箱的温度控制系统 引导学生分析并得出土壤湿度控制系统的工作过程及控制方框图。 由特殊到一般，引导学生归纳出闭环控制系统的工作过程的一般表达。 教师引导学生通过案例分析，概括出用方框图描述控制过程的步骤。 通过巩固练习，了解学生知识点掌握情况。 任务一：解析闭环控制系统工作过程 当冰箱内新放入物品，或受环境影响，冰箱内温度升高时，热敏装置（温度监测装置）感受到这个实际温度，并以电量形式输给控制电路，在与设定温度相比较后，输出一个温差电量，这个温差电量经放大后，拖动电机转动，带动压缩器工作，增加制冷量，使箱内温度降低，随着箱内温度的降低，温差电量随之减小，直至为0，压缩器停止工作，箱内温度回到设定温度。 思考：电冰箱温度控制是开环控制还是闭环控制？该控制系统的的方框图是怎样的？试着画一画。 4 任务二：辨析反馈在控制系统中的作用 1.闭环控制系统中的反馈 反馈： 在自动控制系统中，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