4.3 简单控制系统的设计 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 第三节 简单控制系统的设计 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： 能进行简单的控制系统的设计，并制作一个简单的控制装置、能够对设计方案进行优化。 能正确阅读所设计的项目电路图、元件图，并形成良好的设计习惯。 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 本节内容是对本章知识的具体应用，要求学生掌握控制系统设计的基本流程。然后利用前面所学知识根据实际需要设计一个简单的控制系统，在理论的指导下进行实例设计。要求学生熟悉所用到的材料的属性和常用工具的使用方法。 学生情况 由于学生对电子电路比较陌生，不太了解电子元器件的特性，对于电子电路图和电路的焊接也不熟悉，因此需要教师在实践活动开始前，先进行相关知识的讲解。 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:制订设计项目的方案。 难点:根据制定的方案，进行项目的实施。 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 第三节 简单控制系统的设计。 饮水机是人们日常生活中常见的设备，一般的饮水机设计筒洁、操作简单，实用性高。但有些饮水机的设计没有考虑到儿童在使用时，可能会误操作将热水阀门打开而导致被烫伤的情况。 某公司的饮水机设计师为了解决这个问题，为饮水机多加了一个开关，这个开关称为热水锁，在取热水时，必须先按热水锁，然后再打开热水网，饮水机才能出热水。关闭热水网后，热水锁自动复位，下一次取水重复上述动作。由于增加了取热水的操作环节，大大降低了由于儿童误操作造成的伤害。可见，一个简单的控制，也可解决很多实际问题。 导学思考 观察身边的事物，你能设计一个简单的控制系统，从而改善系统的功能吗? 一、控制系统设计概论 控制系统设计是工程设计的一个特例，所以我们前面学习的设计基本原则仍然适用。 第一步，确定控制目的。如速度控制系统是为了达到理想的速度，温度控制系统是为了获得合适的温度等。 第二步，确定系统的被控量，即控制系统要控制什么。一般情况下，系统的控制目的就是系统的被控量。如速度控制系统的被控量是速度，温度控制系统的被控量是温度。但有些控制系统的控制目的与系统的被控量可能不同，如为了控制某种化学反应的反应速度，我们可能控制的是反应时的温度；为了减少（控制）高速公路上的交通事故，我们可能控制的是公路上的车速。所以，在明确控制目的的同时，要认真分析为达到控制目的,我们实际需要控制什么量，就是被控量的确定。 第三步，明确系统各项指标。如控制的精度要求、控制的适应性要求（涉及是自动控制还是手动控制）及系统的造价等。 第四步，根据前面的要求和参数，确定控制系统的结构。我们可以根据需要选择开环或闭环控制系统。执行器的选择与被控对象有关，如对电机进行速度控制的系统，由于被控对象就是电机，所以执行器可以是继电器，如在温度控制系统中，产生温度的部件可能是电热丝、灯泡甚至燃气装置。这些都可以作为产生热量的被控对象，对应的执行器可以是继电器或燃气控制阀等。 第五步，建立系统各环节的模型。大型、复杂的控制系统分析和仿真都依赖于模型的建立，对于简单的控制系统可直接通过实验检验系统的性能。 第六步，确定待调参数。不管是对模型进行仿真还是进行系统实际实验，我们都要找出最能影响系统性能的一些参数作为仿真或实验时观察、调整的对象，通过对它们的调整，使系统达到最住的性能。 第七步，测试系统的性能。如果通过调节待调参数使系统达到了期望的性能，设计工作就结束；否则，就要修改设计，包括改进系统结构甚至放宽指标要求等。图4-29