4.5 控制系统方案的初步设计学历案-2025-2026学年地质版高中通用技术必修二

第五节 控制系统方案的初步设计 1.学习目标： （1）学会分析简单的被控对象的基本特性，明确输入量和输出量之间的关系 （2）分析控制系统又那些干扰因素，输出与干扰因素有何关系。 （3）能根据控制系统的基本要求，确定被控量、控制量等基本环节及其工作过程，形成初步的控制系统设计方案。 （4）通过对实例的演绎与归纳的训练，培养学生工程思维和创新设计等核心素养。 2.评价任务： (1)完成检测作业5 (2)完成声控灯、温室大棚框图设计 3.教学过程： 教学 过程 教学活动 学生 活动 复习 导入1 1、什么是控制系统的干扰？ 2、举例说明闭环控制系统中的干扰的例子 讨论 回答 导入2 在很多公共场合都使用了声控灯，如进入楼道后只要发出一定的声响，电灯就会自动点亮，过一段时间电灯又会自动熄灭。这种灯的控制系统是什么构成的？又是如何设计的？ 控制系统设计的一般思路 1.了解被控对象的基本特征 2.确定被控量与控制量 3.确定控制系统构成方案 （ 闭环控制利用反馈作用，可以使被控量的误差做到很小。） 4.绘制系统框图 思考 设计 分析1 声控灯系统： 1. 声控灯原理： 声控灯已经广泛应用在居民楼的楼道中,它给人民的生活带来很多的方便。当你对着声控电路拍手或喊叫时,电路中的继电器会动作,如果用它控制小灯,可以使小灯工作几秒钟,然后自动关闭。 2. 声控灯的组成： 声传感器 控制器 常开接点 灯泡 3. 对比常规灯和声控灯的控制原理： 常规灯 开 有电流 灯亮 关 无电流 灯灭 声控灯 有声 有电流 灯亮 无声 无电流 灯灭 4.确定控制系统的各组成部分和组成量： 被控对象-----灯泡 被控量--------电流 控制量--------接点的通与不通 输入量--------声响 4. 确定控制系统的种类和控制要素： 无需反馈：开环控制系统 系统构成要素：声传感器 控制器 常开接点 5. 控制系统框图： 棚室温度控制系统： 1、了解被控对象的基本特性： 输出量---棚室温度：c(t) 输入量---棚室设定温度：r(t) 干扰---室外冷环境：f(t) 学生思考讨论 设计 分析2 2.确定被控量与控制量： 被控量----室温 控制量----电磁阀的开度x(t) 3.确定控制系统的种类和控制要素： 感温元件----反馈 控制系统：闭环控制系统 4、控制系统框图： 控制系统方案初步设计方法： 引导问题: (1)面对控制系统方案设计任务时,从哪儿入手? (2）控制系统中，一般由许多环节组成，你首要关注的是什么? (3）需要了解对象的基本特性吗? (4)控制系统中有许多变量,做假设时，首先要确定其中哪些变量呢? (5）选用开环控制或闭环控制的考虑根据是什么?(6）绘制控制系统框图，要注意表达哪些内容? 学生思考讨论 方法总结归纳 设计方法要点: 从分析入手，解析对象特性。 首先关注:传感器/控制器/执行器/对象/反馈诸环节。(注:“”表示“或者”的意思，以下相同。 确定:输入量/控制量/被控量、输出量/反馈量/偏差量。 选用:越简单好用越好;控制精度/抗干扰性/经济性……的考虑。 注意:系统构成的类型/组成环节之间的关系/各种量间的关系/信息流通。 学生总结 技术 实践 命题： 亮度可调台灯的原理性电控初步方案设计 设计目的: 应用调压原理，采用简单的原理性电路，使灯泡亮度可调。 设计内容及要求: (1）解析对象基本特性。 指亮度可调台灯在正常工作时，对象的输出信号和输入信号间的关系;与主要干扰参数间的关系。 (2）确定被控量、控制量。 (3）选用开环控制或闭环控制。注意:要简述选用的根据。 (4)绘制控制系统框图。 设计的提示: (1)考虑到仅是原理性设计，电路要尽可能简单。比如，采用可变电阻，通过改变电阻的大小调节灯泡的亮度。 (2）选择电路元件，包括灯泡、可变电阻等，进行必要的电路计算。 (3）分析这种简单的原理性方案，可能会出现什么问题，原因是什么。 讨论 总结 控制系统设计的一般思路： 1.了解被控对象的基本特征 2.确定被控量与控制量 3.确定控制系统构成方案 （ 闭环控制利用反馈作用，可以使被控量的误差做到很小。） 4.绘制系统框图 学生思考总结 4.检测与作业 1、自动升旗简易控制装置的设计： 利用所学知识设计一套能实现自动升旗的简易控制装置的模型。 设计要求： （1）在国歌播放的时间内，控制国旗匀速上升到旗杆的顶端。 （2）选用成本低、易于获取的元件、设备和材料制作模型。 2、设计并制作学校自来水龙头自动控制装置。 3、设计并制作可伸缩的晾衣控制装置。 基本功能： 利用手摇装置或电动装置将晾衣绳连同衣物移到室外，下雨时将它整体收回室内 5. 学后反思 对于控制系统的设计，是学生学以致用的首要环节，是会控制案例的分析在此基础上的深化。 — 1 — 学科网（北京）股份有限公司 $