4.2 开环控制系统的工作过程（教学课件）通用技术苏教版2019必修2

4.2 开环控制系统的工作过程 苏教版（2019）必修《技术与设计2》 高中通用技术 目录 一 学习目标 二 课堂导入 三 技术探究 四 课堂小结 五 拓展延伸 六 课堂练习 学习目标 一 通过技术体验活动，理解控制系统的含义，熟悉简单开环控制系统的基本组成和工作过程，理解其中控制器、执行器等的作用，辨析开环控制系统的特征。 会用方框图表达简单开环控制系统工作过程。 二 课堂导入 陈晨设计了雨水收集系统，但是每逢雨季，雨水收集池的水位就会随着雨水的不断注入而升高，当水位升到一定高度时，雨水就从溢水口溢出排放出去，造成了雨水资源的浪费。 三 技术探究 理解控制系统 任务一 三 技术探究 搭建雨水收集池水位报警装置 体验目的：通过搭建雨水收集池水位报警装置，感受控制系统的工作过程。 情境展示：当雨水收集池水位达到溢出高度时，需要报警提示，让家人及时用掉一些水。 问题分析：在连接水位报警装置时，声光报警器应该安装在什么位置？ 活动准备： 材料：警示灯、蜂鸣器、电极式水位传感器、继电器、水池等。 主要过程： 1. 搭建水位报警装置。 （1）读懂水位报警控制系统流程图（图4-15）和水位报警系统 示意图（图4-16）。 （2）使用现有材料，根据水位报警系统示意图搭建报警装置。 三 技术探究 搭建雨水收集池水位报警装置 主要过程： 2. 测试水位报警装置，填写下表： 测试动作 警示灯状态 向水池中注入水，使水位达到报警高度 将水池中的水放出部分，使水位低于报警高度 亮 灭 三 技术探究 三 技术探究 思考： 1. 如果把电极式水位传感器改为干簧管传感器，该装置需要如何改动？ 2. 已经有报警装置，为什么还要留溢流孔？ 1.电极水位传感器用干簧管传感器代替，导线与干簧管两端相连，可放于最高水位处。用发泡胶让传感器磁铁浮于水面，随水位的变化而上下移动，到达最高水位时就可触动干簧管，实现水位报警。 2.报警装置只能提供达到水位的消息，它与溢流孔没有关系。溢流孔是当水池中的水满后，让多余的水沿设定方向流出，防止流到别处。 三 技术探究 上述报警控制装置中，水位是该控制装置的输入，通过水位传感器将信息传送到控制器；当水位达到报警值时，控制器输出信号到报警器，发出声光报警。这样一个系统称为控制系统。 控制系统 任何控制都要通过若干个环节来实现，这些环节所涉及的装置构成了一个系统，称为控制系统。控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系。 水位 输入 水位传感器、控制器、报警器 声音、灯光 输出 三 技术探究 控制系统与一般意义上的系统相比，其特点有哪些？ 具有自身的目的性。 具有较强的环境适应性。 三 技术探究 分析开环控制系统工作过程 任务二 三 技术探究 搭建定时浇水控制系统模型 体验目的：通过搭建定时浇水控制系统，体会开环控制系统的工作过程。 情境展示：家中阳台上种植的植物，有的喜欢潮湿，有的喜欢干燥。对于如芦荟这类喜欢干燥的植物，若采用花盆下方接水盘长时间泡水的方式，易导致芦荟烂根。因此，当家人外出时，就需要根据植物的需水性定时给植物浇水。 问题分析：在搭建阳台植物定时浇水控制系统时，浇灌6盆植物与浇灌10盆植物，其回流管的流量是否一样？ 活动准备： 材料：电子定时器、电源、水泵、进水管、出水管、 回流管、水桶、滴箭等。 主要过程： 1. 按照示意图4-19连接好各部件。 三 技术探究 搭建定时浇水控制系统模型 主要过程： 2. 通电，检查各滴箭是否正常滴水。 3. 调节出水量：调节好每个滴箭的滴水量。 4. 设置电子定时器参数：浇水时长和周期。 思考：若要远程控制该浇水系统，应该怎样调整控制系统？ 若要远程控制该浇水系统，就要具有网路控制功能的装置代替定时控制器，如采用网络控制器、无线WiFi控制开关等。 三 技术探究 三 技术探究 控制系统的方框图  将时间设定到定时浇水控制系统的定时器中，到了设定时间就自动接通水泵，开始往水管里抽水，通过调节定时器通电时长，控制滴到植物土壤中的水量。这一控制系统的工作过程可用图4-20来描述。 开环控制系统  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。对于开环控制系统，可用如图4-21所示的方框图来描述。 三 技术探究 输入量即控制系统的给定量，如设定时间； 输出量（被控量）即控制系统所要控制的量，也是控制系统的输出信号，如浇灌的水量； 被控对象即控制系统中所要求控制的装置或生产过程，如出水管； 执行器即直接对被控对象进行控制的装置或元件，如阀门； 控制器即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件，如控制电路； 控制量即执行器的输出信号，如流过水管的水量。 三 技术探究 1. 用方框图说明下列开环控制系统的工作过程，并注明方框中的各个环节的具体内容以及输入量、输出量和控制量。 （1）音乐喷泉的控制； （2）公共汽车车门的开关控制，如图4-22所示。 （1） （2） 音乐 声电转换装置 水泵 水泵转速 水柱 水柱的高低 按开关 控制电路 电磁阀 推动活塞 车门 车门打开或关闭 三 技术探究 2. 列举你所了解的开环控制系统的例子，说明其控制工作过程，并画出方框图。 人手信号 控制电路 电磁阀 水龙头开关 控制器 执行器 被控对象 输入量 控制量 输出量 水龙头出水 三 技术探究 一  希罗自动门 公元1世纪，希腊人希罗建造的自动打开庙门的装置是最早利用气 压和重力为动力的自动门。如图4-23所示，祭坛点火使1中的空气膨胀， 水流入2，利用水的重力使轴3转动，将门打开。当祭坛的火熄灭时，庙 门在重锤的作用下就会自动关闭。 思考：请根据希罗自动门的开、关工作过程，将对应方框图中的内 容以及输入信号、输出信号填写完整。 点火 1、2及重锤 转轴3转动 庙门 庙门开或闭 三 技术探究 二  自动门的控制系统 为了方便人们的出入，一些医院、宾馆和银行都安装了自动门。当有人走近大 门时，大门就会自动打开，如图4-24所示。 当人走近自动门时，门上方的红外线装置检测到人体热辐射发出的红外线，控 制电路接收到该信号后，便会发出相应的指令，启动电机运转，从而带动门自动开 启（或者控制气动装置，使门向两边打开）。当门开启之后，控制电路将做出判断， 如果没有人在检测范围内，就通知电机做反向运转，使门关闭。可见，自动门的开 启或关闭只与红外线装置是否检测到人体发出的信号相对应。 思考：如果把红外线装置是否检测到人体热辐射发出的信号看作输入量，门的开启或关闭看作输出量，请根据自动门的开、关工作过程，将对应方框图中的内容以及输入信号、输出信号填写完整。 人体红外信号 控制电路 电机 门 门打开或关闭 三 技术探究 在开环控制系统中，如何理解检测装置输出的信号的作用？ 开环控制系统中的检测装置输出的信号一般作为控制系统的输入量，常用于控制器的输入信号。 四 课堂小结（思维导图） 开环控制系统的工作过程 理解控制系统 控制系统的概念 水位控制系统方框图 分析开环控制系统工作过程 定时浇水控制系统方框图 开环控制系统的概念 开环控制系统方框图 输入量 控制器 执行器 控制量 输出量 被控对象 五 拓展延伸 地动仪 张衡造于汉顺帝阳嘉元年（公元132年），是世界上第一架地震仪， 也是有史以来人类第一次运用科学手段来测定地震方向的器具。 地动仪“圆径八尺”，形似“酒尊”。东汉一尺约24厘米，以此推算，地动仪直径接近2米。地动仪有八个方位，它们分别是东、南、西、北、东南、西南、东北、西北，每个方位上均有含龙珠的龙头，在每个龙头的下方都有一只蟾蜍与其对应。任何一方如有地震发生，该方向龙口所含龙珠即落入蟾蜍口中，由此便可测出发生地震的方向。 张衡在公元132年所造的地动仪能够准确记录地震，比西方第一台地震仪（意大利人路吉·帕米里制造于1856年）早了1700多年。 汉顺帝阳嘉三年十一月壬寅（公元134年12月13日），地动仪的一个龙机突然发动，吐出了铜球，掉进了那个蟾蜍的嘴里。当时在京师（洛阳）的人们却丝毫没有感觉到地震的迹象，于是有人开始议论纷纷，奇怪地动仪不灵验。没过几天，陇西（今甘肃省天水地区）有人快马来报，证实那里前几天确实发生了地震，于是人们开始对张衡的高超技术极为信服。陇西距洛阳有一千多里，地动仪标示无误，说明它的测震灵敏度是比较高的。 六 课堂练习 1.雷达测速是交通安全管理中常用的测速手段。雷达 测速系统的输入端通常由雷达、高清摄像头和闪光灯 等部分组成。由高清摄像头配合闪光灯完成对超速车 辆的抓拍，抓拍的图片传输至指挥中心的数据 库，进行自动车牌识别，记录违法信息。请使 用方框图描述雷达测速系统的工作过程。 抓拍信号 指挥中心 数据对比 行驶的车 确定是否违法 六 课堂练习 2.如图所示，红外感应饮水机电源控制方框图，该控制系统的执行器是（    ） A．控制电路 B．继电器 C．饮水机电源 D．加热状态 B 六 课堂练习 3.下列属于开环控制系统的是（    ） A．声控灯的开、关自动控制系统 B．供水水箱水位自动控制系统 C．现代化农业温室温度控制系统 D．红绿灯自动控制（根据车流量大小改变红绿灯时间）系统 A 六 课堂练习 4.如图所示为某消防喷淋装置控制系统方框图。该控制系统的执行器是（    ） A．控制电路 B．消防水泵 C．喷淋装置 D．喷出水柱 B 六 课堂练习 5.我们把银行、宾馆的自动门说成是开环控制，其原因是（    ） A．它的主要设置是检测到人员以后会打开，才叫做“开”环控制 B．打开动作后的控制过程不再需要检测装置来参与控制过程 C．功能单一的控制系统叫开环控制 D．价格便宜的控制系统叫开环控制 B 谢 谢！ 高中通用技术苏教版（2019）必修2 12 Lavf58.29.100 Lavf60.20.100 Lavf58.46.101 $