4.4 控制系统的设计与实施 教学设计-2023-2024学年高中通用技术苏教版（2019）必修《技术与设计2》

教学设计 课程基本信息 学科 通用技术 年级 高二 学期 春季 课题 控制系统的设计和实施 教学目标 1. 了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，采用逆推法画出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计的方案。 2. 能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置； 3. 学会简单控制系统的调试运行，提出改进方案。 教学内容 教学重点 根据开环控制系统的设计方案，制作一个控制装置； 或者能根据简单闭环控制系统的设计方案进行实施或模拟实施。 教学难点 调试运行，提出改进方案。 教学过程 1. 走进情境：我们知道陈晨为了避免下雨天雨水浪费，设计了雨水收集池系统，但是随着雨水增多，雨水收集池的水位不断升高并溢出，形成浪费，故陈晨想要设计水位报警系统和自动抽水系统，当水位升至溢水口时,声音报警装置启动，同时水泵开始向位于高处的蓄水箱抽水。当雨水收集池的水位降到水池高度的1/4时,应停止抽水制作模型的一般步骤 2.学生用过自学教材终结归纳系统设计的要素 1、系统要达到的目标是什么？ 2、控制的对象是什么？ 3、被控对象的特性是什么？ 4、被控量和控制量分别是什么？ 外界的主要干扰因素有哪些？ 怎样的方案既达到目的、又经济、易于实现？ 2. 那么针对上面提出的这些问题具体该如何解决呢？ 1、开、闭环的确定 选择开环控制还是闭环控制，可根据对控制精度的要求以及条件的可行性而定； 2、 控制器的确定 通过了解被控对象的输入与输出之间的关系来分析被控对象的基本特性，从而确定控制器以及控制器的运算方式； 3、被控量与控制量的确定这是确定控制方案的关键，对于简单控制系统，需要控制的量往往被确定为被控量，而控制量应选择可控的、对抑制干扰因素和保持系统稳定有明显作用的量； 4、干扰因素的确定一个控制系统中可能存在若干个干扰因素，需要分析主次，找出对系统影响最大的干扰因素； 5、执行器、检测器的选择：这两者的确定有以下两个依据，一是要被控量和控制量的需求，二是要控制的条件。 3.任务一、开环控制系统设计，开环控制系统的设计相对比较简单，在明确设计要求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可考虑具体控制系统的设计方案。 例：以普通电风扇风速控制系统的设计为例 被控对象——电风扇 被控量——电风扇输出的风速 控制量——电机的转速 4.技术体验，高二（3）班负责学校国旗的升旗仪式，他们决定利用所学知识设计一套自动升旗控制装置的模型。 同学们需要解决的问题是： 1、 在播放《义勇军进行曲》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该控制。 3、选用成本低、易于获取的元件、设备和材料制作模型。 我们对该系统进行设计分析 请大家根据设计要求完成任务学习单上的任务，并且一位同学回答 被控对象—— 国旗 被控量—— 上升的速度 控制量—— 电机的转速 5.视频展示 6.控制系统设计需要注意以下几点 1、控制系统的设计需要先确定被控量和控制量； 2、根据输入、输出关系判断开环、闭环； 3、明确影响设计的主要因素； 4、确定控制系统的方案并制作出原因和模型 学科网（北京）股份有限公司 $$