第四章 开环、闭环控制系统的工作过程学习任务单-2025-2026学年苏教版高中通用技术必修二

《体验开环、闭环控制系统的工作过程》学案与任务单 班级：__________　姓名：__________　小组：__________ 第一部分：学习导航（学案） 一、我们的使命 你是一名受邀的“青年工程师”。今天，我们将响应海洋研究中心王博士的求助，利用所学控制系统知识，为脆弱的海龟巢穴构建一道“智能守护线”。 二、学习目标 1. 知道：开环控制系统和闭环控制系统的基本组成。 2. 理解：能说出开环与闭环控制系统的工作过程及核心区别（反馈）。 3. 体验：成功搭建并测试一个闭环控制系统（自动补水系统）。 4. 感悟：体会技术对生态环境保护的价值，树立“科技向善”的理念。 三、核心概念（知识预备） 1． 控制系统：任何一个控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节所涉及的装置构成了一个系统。其基本框架为： 感知（传感器）→判断（控制器）→执行（执行器） 2． 开环控制系统：系统的输出量不会影响系统的控制过程。信息流是单向的。方框图：输入量→控制器→执行器→被控对象→输出量 3． 闭环控制系统：系统的被控量会通过检测装置返回到输入端，与给定量进行比较，从而影响控制过程。这个过程称为反馈。信息流构成闭合回路。 方框图： 4． 海龟巢穴自动补水系统（闭环控制） 感知/检测：土壤湿度传感器 → 感受土壤湿度，并反馈信号。 判断：继电器模块 → 比较实际湿度与设定值，做出决策。 执行：小型水泵 → 执行浇水的动作。 四、安全须知（技术规范）  1． 用电安全：接线时，确保电源处于关闭状态。完成测试后，及时关电源。 2． 器材安全：轻拿轻放。严禁水泵在无水状态下空转，以免损坏。 3． 操作安全：接通电源后，不随意触碰金属接口部分。 第二部分：任务挑战（任务单） 任务名称：搭建“巢穴自动补水卫士” 【第一步：清点与认识你的“装备”】 请在下图方框中，填写对应器材的名称 词汇参考：湿度传感器模块、继电器、水泵、电源、开关 【第二步：系统搭建 - “按图索骥”】 任务：请根据老师提供的实物接线图，将你的“装备”连接成一个完整的系统。 温馨提示：接线时，对照接口颜色和位置，做到“对号入座”。连接完成后，请举手让老师检查确认，再进入下一步。 【第三步：功能测试 - “见证奇迹”】 任务：接通电源，将湿度传感器分别插入“湿沙盘”和“干沙盘”，仔细观察水泵的反应，并如实记录在下表中。 环境条件 我的操作 观察到的现象（水泵状态） 模拟巢穴湿润 将传感器插入 湿沙 水泵：□ 启动 □ 不启动 模拟巢穴干旱 将传感器插入 干沙 水泵：□ 启动 □ 不启动 恭喜你！ 如果你的系统能根据沙子的干湿自动启停水泵，说明你已成功完成了核心任务！ 【第四步：原理分析 - “我是系统架构师”】 请结合你的实践，分析闭环控制系统的结构，在下方闭环控制系统方框图中填写对应环节的具体实现（将参考项中的合适内容填写到对应括号中）： · （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） · 词汇参考：土壤湿度传感器、继电器模块、水泵、水泵出水量、设定的湿度阈值、巢穴沙土、土壤实际湿度 【第五步：展示与交流】（如果你们小组被邀请展示） 请准备好用一两句话向全班介绍： “我们小组搭建的系统是一个典型的闭环控制系统。它的给定量是 ______，由控制器（继电器模块）设定。检测装置（土壤湿度传感器）持续监测被控量 ______，并将其反馈回输入端。比较器和控制器（集成在继电器模块中）将反馈值与给定量进行比较，然后驱动执行器 ______工作。执行器输出的控制量______直接作用于被控对象______，最终使被控量达到期望的范围。停止浇水的任务。” 第三部分：总结与展望 一、课堂回顾 通过今天的学习，我认识了开环控制系统和闭环控制系统 ，两者的核心区别在于有无反馈。 智能预警系统是一个开环控制系统，因为它报警后不再检测环境是否改变 。 自动补水系统是一个闭环控制系统，因为它能根据实际土壤湿度（通过反馈）持续调整水泵的工作状态。 二、课后任务 1． 基础任务（必做）：系统辨析 请分别列举一个生活中开环控制系统和闭环控制系统的实例（不能使用课堂上的例子），并简要说明判断理由。 开环实例：__________________理由：________________________________ 闭环实例：__________________理由：________________________________ 2． 挑战任务（选做）：我是小小设计师 为你想到的一个新应用，画一个简单的闭环控制系统设计草图，并标出它的给定量（输入）、被控量（输出）、控制器、执行器、被控对象和检测装置。 学科网（北京）股份有限公司 $