4.2 控制系统的组成和描述 教案-2023-2024学年高中通用技术粤科版（2019）必修 技术与设计2

通用技术 必修 技术与设计2 第四章　控制及其设计 第二节 控制系统的组成和描述 教学背景 党的二十大报告指出，“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略”。 通用技术是一门与科学技术息息相关的学科。回顾人类的发展历程，从石器时代、青铜时代、蒸汽机时代直到当今的信息时代，技术进步改变着人类的生活和生产方式。我们的生活、工作、生产处处都要用到技术，例如我们手中拿的圆珠笔和钢笔就是多次技术改造的结果，使我们足不出户就可以了解世界的电视机也是技术发明的成果。认识技术、善用技术，已成为现代人必须具备的素质。 教学目标： 熟悉简单开环控制、闭环控制的基本组成和工作过程，了解反馈的基本原理。 理解控制系统中控制器、执行器和被控对象等的作用，能用方框图对一个控制系统进行表达， 能够分析简单的被控对象的基本特征，确定被控量、控制量。 经历将基础知识应用于技术实践和创新的过程，同学们会养成实事求是、精益求精的习惯，能运用规范的技术语言和设计制作方法去解决一些实际的技术问题。 教材分析 通过对第一节的学习，我们已经了解了手动控制、自动控制、智能控制、开环控制和闭环控制的基本概念，本节主要是把各种形式的控制系统的结构组成进行描述，从而概括出控制系统由控制器、执行器、被控对象、控制量、被控量、反馈环节等这些环节组成，用方框图的形式把开环控制系统和闭环控制系统表述出来。 学情分析: 学生在前面的学习中已经了解了控制的应用，初步认识了开环控制系统和闭环控制系统。但是学生仍缺乏从技术上辨析开环控制系统和闭环控制系统的能力。对一个具体控制案例，很难准确判定控制器执行器和被控对象等环节。 教学重难点: 重点:理解控制器、执行器、控制量、被控对象、被控量。 难点:确定控制器、执行器、被控对象。 教学策略: 本节课教学主要由教师通过实物图片和多媒体手段设置学习情境，并加以引导，让学生在过程中自主探究、自主建构设计原则知识并形成能力。 教学准备: 展示用的图片、其他技术产品、多媒体课件。 教学过程: 情景导入: 老师：本节课我们学习通用技术 必修 技术与设计2第四章控制及其设计 第二节控制系统的组成和描述。 对卫星进行控制的任务是由测控站完成的，测控站直接对卫星等航天器进行跟踪测量、遥测、遥控和通信等，它将接收到的测量、遥测信息传送给航天控制中心，根据航天控制中心的指令与航天器通信，并配合控制中心完成对它们的控制。除此之外，测控站也可根据设定的程序独立实施对航天器的控制。 测控站的设备包括外测系统、遥测系统、遥控系统、通信系统、电视系统、时间统一系统、计算机系统以及其他辅助设备等。可见，对卫星等航天器的控制是由一个非常庞大的控制系统完成的。 其实，我们的生活中也存在很多不同的控制系统，不同的控制系统有不同的组成、结构和控制过程，以达到不同的控制目的，如电灯控制系统、交通控制系统等。 导学思考 测控站控制系统由哪些部分组成? 它是如何工作的? 你能按照绘制流程图的方法对测控站控制系统进行表达吗? 一、控制系统的组成 一个控制过程的实现，往往要经过若干个环节，这些环节构成了一个系统，所以我们可以把它看作一个控制系统。 通过前面的学习，我们知道控制系统是多种多样的。为了方便对控制系统进行分析和描述，可用方框图的形式描述一个控制系统。在单次射箭和骑自行车的例子中，如果将人也看作系统中的一部分，则可分别用图4-3、图4-24描述它们的控制过程。 在图4-24中: 期望值（即基准量，又叫给定量）——道路的方向 大脑——比较器和控制器 肢体——执行器 自行车（主要是指车头）——被控对象 行驶方向——被控量 眼睛（包括神经传输系统）——反馈环节 比较图4-23和图4-24可以发现，后者在结构形式上比前者多了一个将实际行驶方向反馈到输入端的反馈环节，即人的眼睛。正是由于有了眼睛这个反馈环节，才能保证骑车人使自行车始终行驶在正确的道路上。由于反馈环节的存在，使图4-24在信号的流动上形成一个闭合回路，这也是该类控制被称为闭环控制的原因，反馈环节是闭环控制的必要条件。 图4-23和图4-24都是对一个具体的控制实例进行的描述。控制系统具有多样性，如果将每个控制系统都用这样的方法来描述，每个方框图的具体内容会有很大的不同，这会给人们分析和描述控制系统带来很多不便。能不能用一种更统一的形式表示各种控制系统呢? 立即行动 如果将你的身体看成是一个控制系统，在你从书架上章一本书的过程中，身体各部位分别发挥了什么作用（表4-2）? 如果还需要去搬一张凳子，结论会有什么变化? 表-2 拿书时与身体各部位的作用 控制系统 发挥对应作用的身体部位 发出命令