4.2 控制系统的组成和工作过程课件-2025-2026学年人教版高中通用技术必修二

——4.2控制系统的基本组成和工作过程 项目教学 基于开环和闭环控制下的泳池注水系统 1 声控机器人 声控机器人 什么是控制系统？ 控制系统的概念： 一个控制过程的实现，往往要经过若干环节，这些环节构成了一个系统，所以我们可以把它看作是一个控制系统。 5 想一想：日常生活中你见过哪些控制系统？ 项目学习目标 问题解决 学科知识 分析典型案例,熟悉开环控制系统和闭环控制系统的组成和工作过程，理解其中控制器、执行器等的作用。 学生运用控制原理分析生活中常见的控制案例，通过手扫感应灯、光控感应灯、水位报警器、烟雾报警器、自动降温系统等小实验切身体验开环系统和闭环系统的工作过程，培养学生分析问题、解决问题的能力。 学科思维 通过技术问题的解决，增强学生对技术知识的自信心，激发学生关注日常生活中技术问题的热情，为今后的职业选择和生涯规划作准备。同时培养学生的人文素养，使学生理解“技术是为人的需求和愿望”这一目的性，既回顾了已学知识，又加强了知识点的联系。 03 01 02 项目情景：游泳池定时注水控制系统 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 小明的爷爷在家建造了一个游泳池，但每次注水都需要浪费爷爷两个小时的时间，才能把泳池注满水，小明用学过的知识很快帮爷爷解决了这个难题。 小明发现，在游泳池注水控制系统中，如果进水管单位时间的水流量一定，那么游泳池水位的高低与进水的时间一一对应。我们可以利用定时器来控制进水阀门的开启与关闭。 实验演示： 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 实验演示： 0小时 2小时 1小时 两小时 定时器 阀门 游泳池 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 1、本实验中输入量、输出量分别是什么？ 2、能否用一个流程图来表示该控制系统的工作过程？ 注水时间 游泳池水位 定时器 进水阀门 （输出）游泳池的水位 （输入）设定注水的时间 像这种输入量到输出量之间的信号是单向传递的控制系统我们称为开环控制系统 游泳池 思考： 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 知识点讲解一、开环控制系统 控制器 执行器 被控对象 输入量 输出量 2.开环控制系统框图的一般表示 1.概念：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响的系统。 定时器 设定注水的时间 进水阀门 游泳池 游泳池的水位 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 3.开环控制系统基本组成与工作过程 ①输入量——控制系统的给定量;②输出量——控制系统所要控制的量; ③控制器——对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件; ④执行器——直接对被控对象进行控制的装置或元件; ⑤被控对象——控制系统所要控制的装置或生产过程。 ⑥控制量——执行器的输出信号，一般是影响被控量变化的因素; (输出量≠控制量，输出量=被控量) 控制器 执行器 被控对象 输入量 输出量 (被控量) (给定量) 控制量 4.特征： （1）系统的输出量仅受输入量控制，但输出量不会影响输入量。 （2）输入量到输出量之间的信号是单向传递（所以抗干扰能力差）。 （3）输出量与输入量往往是不同性质的量。 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 1、自动门开关 控制电路 电动机 自动门 人热辐射发出的信号 门开或闭 （转动） 生活中的开环控制系统 控制器 执行器 被控对象 输入量 输出量 控制量 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 生活中的开环控制系统 2、走廊声控灯 控制器 执行器 被控对象 输入量 输出量 声电传感器 触点延时开关 楼道灯 有无声音 灯亮或灭 （电流） 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 探梦科技：分组体验不同的开环系统，说一说他们的工作过程。 （1）情景模拟 项目情景：游泳池自动注水控制系统——改进版 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 有一天小明的爷爷外出回来，发现临走前设置好的系统，泳池里的水还不到一半，这是什么原因呢？小明排查后，发现控制系统并没有出现任何问题。你们觉得会是什么原因呢？ 小明给物业打电话，才知道在爷爷外出的这段时间，停水了半个小时，但因为定时器设定了两个小时，虽然设定的时间到了，游泳池的水还没有达到预期的水位。 水位检测装置 控制器 改进方案：增加一个检测游泳池水位的装置和比较器，同时把输入量设定为“预期中的游泳池的水位”。 分析：把测量到的当前水位返回到输入端，通过一个具有计算功能的装置(比较器)，来与输入量相减，当实际水位比设定水位低时，控制器控制进水阀门继续注水;当实际水位达到设定水位时，控制器发出信号关闭进水阀门。 进水阀门 游泳池 （输出）游泳池实际水位 水流量 控制器 检测装置 + - （输入）给定水位 比较器 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 实验演示： 实验演示： 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 思考： 1、该系统中输入量、输出量是什么？检测装置检测的是哪个量？ 2、从信号传递的方向看，该系统的工作过程与原先系统有何区别？ 给定水位 、 游泳池的实际水位 实际水位即输出量 经过改进后的游泳池注水系统，增加了输出端到输入端的信息传递，即把输出量返回到输入端与给定值进行比较，构成了一条闭合回路，我们称这种为闭环控制系统。 定时器 设定注水的时间 进水阀门 游泳池 游泳池的水位 进水阀门 游泳池 （输出）游泳池实际水位 水流量 控制器 检测装置 + - （输入）给定水位 比较器 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 知识点讲解二、闭环控制系统 1、概念:系统的输出量返回到输入量并对控制过程产生影响的控制系统。 执行器 被控对象 （输出量） 控制量 控制器 反馈检测装置 + - （输入量） 比较器 2、闭环控制系统框图的一般表示 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 3.特征： （1）和开环控制系统比较，闭环控制系统多出了两个环节：检测反馈和比较环节（抗干扰能力强）。 （2）闭环系统的信号流形成闭合的回路。 电磁阀门 花盆 实际湿度 水流量 控制器 湿度检测装置 + - 给定湿度 比较器 1、智能浇花控制系统 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 生活中的闭环控制系统 2、冰箱控制系统 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 制冷元件 冰箱 （输出）冰箱内实际温度 控制器 检测装置 （温度传感器） + - （输入）设定温度 比较器 动手实践：模仿冰箱制冷的工作过程 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 风扇—实现降温 装热水杯子 电机 制冷元件 冰箱 （输出）冰箱内实际温度 控制器 检测装置 （温度传感器） + - （输入）设定温度 比较器 温控装置——检测温度 实验材料： 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 温控器在该系统中起到了开关的作用，在底座上放上平底热水杯，当温控器检测到水温大于40摄氏度时，线路就会闭合，(此过程需要大概30秒钟)电池盒提供电能带动电机转动，扇叶即可开始降温，温度小于30度时，扇叶停止工作，继续往里面倒热水，升到40度时，又开始转动，周而复始。 实验原理： 实验演示： 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 闭环系统体验活动 谈谈你的收获 泳池注水系统 项目情境 讲授新知 实践进阶 总结提升 任务探究 名称 优点 缺点 开环控制系统 结构和原理比较简单，仅有一条开放路径 控制精度不高 闭环控制系统 较高的控制精度和较强的抗干扰性能 结构较为复杂 D.商店自动门控制系统 C.棚室温度恒定控制系统 B.报警控制系统 A.电风扇的定时控制系统 1、在下面四个控制系统中,属于闭环控制系统的是( ) C D.有人否 C.门 B.红外线感应器 A.电动机 2、当门口没有人时，门是关着的；当有人来到门口时，门打开；当人离开门口后一段时间，门又关闭。在自动门控制系统中，被控对象是( ) 执行器是（ ） A C D.闭环控制系统 C.加热炉 B.实际温度 A.开环控制系统 3、如图所示是一加热炉的恒温自动控制系统，这个系统是（ ），输出量是（ ） D B D.闭环控制系统和开环控制系统都有比较器 C.闭环控制系统的抗干扰能力强 B.开环控制系统无反馈环节 A.开环控制系统的控制精度较低 4、比较闭环控制系统和开环控制系统，下列判断错误的是( ) D D.闭环控制系统的信息只能从输出端传至输入端 C.开环控制系统的信息只能从输入端传至输出端 B.信息只能从输出端传至输入端 A.信息只能从输入端传至输出端 5、下列关于控制系统工作过程的说法，正确的是( ) C 课外拓展： 故事通过两只小老鼠和两个小矮人的经历，告诉读者在面对变化时应如何积极应对。尤其是能帮助我们高中生学会适应高中生活的各种变化，告诉我们如何控制自己的心态，以乐观的态度迎接挑战。 感谢大家的聆听 2026 $