系统的基本控制方式（教学课件）信息科技六年级

第二单元 系统与运算 系统的基本控制方式 第一课 六年级 目录 CONTENTS 课程导入 01 简单直接的开环控制 02 及时有效的反馈 03 自动智能的闭环控制 04 挑战自我 05 硕果累累 06 课程导入 同学们都玩过“贴鼻子"的游戏吗? 该游戏两人一组，一人指挥蒙眼玩家把"鼻子”贴在五官图的正确位置。粘贴完毕后，两人共同查看结果。 “贴鼻子”游戏 讨论 游戏中的蒙眼玩家是如何完成“贴鼻子"的呢? “贴鼻子”游戏要求蒙眼玩家依靠自己的感受和同伴的提示来完成任务，这是一个复杂的控制过程。它要求玩家持续通过感官接收信息，以指引和调整动作。 类似的活动还包括骑自行车和运动会中的平衡木等项目。同时，控制过程也包括一些相对直观简便的操作，如感应式水龙头和机械式微波炉的操作等。 因此，每种控制方式都在其应用领域发挥着重要作用，而应用领域的多样性正是控制手段多样化的原因。 课程导入 骑自行车 感应式水龙头 机械式微波炉 简单直接的开环控制 场景一 在现实生活中，有很多控制需求比较简单，使用简单的控制方式即可达到目的。 感应式水龙头 目前，很多公共场所都采用了感应式水龙头。当我们把手靠近它时，水会自动流出。 说一说:感应式水龙头和普通水龙头有什么不同? 使用感应式水龙头洗手时，会出现突然停水再出水的情况，这是为什么? 讨论 感应式水龙头是一种利用感应技术实现自动开关水流的设备。 它通过内置的传感器感知人体或物体，从而控制水流的启闭。 简单直接的开环控制 场景一 我们可以将上述控制过程绘制成方框图表示。 简单直接的开环控制 场景一 感知物体靠近 控制电路 机电装置 水龙头 出水 感应式水龙头的出水控制相对简单，只需控制水龙头是否出水，无需考虑根据使用者需要自动调整出水量大小的问题。因此，该控制过程是单向的。 像这类简单、单向的控制方式，被称为开环控制。由开环控制实现的控制系统，则被称为开环控制系统。 开环控制具有简单、稳定、可靠的优点，广泛存在于很多自动控制过程中。然而它的缺点是控制精度较低，且不具备自动纠正偏差的能力。 系统方框图是一种用来描述系统各部分之间关系的图形表示方法。 其中，每个方框表示系统中的一个组件或子系统，单向箭头表示信号的流动方向。 简单直接的开环控制 场景一 输入量 控制器 执行器 被控对象 输出量 因此，开环控制系统方框图可以以此表示。 开环控制系统方框图中各部分的含义如下。 输入量:控制系统工作的信息，如各种传感器数据、开关等。 控制器:处理输入信息，并发出控制命令的部分，如控制电路等。 执行器:接收指令，对被控对象进行控制的部分，如电动机等。 被控对象:系统中需要被控制的部分，如水龙头、感应门等。 输出量:系统所要达到的输出效果信号，如出水，门开、关等。 使用系统方框图，在下方空白处绘制微波炉的控制过程。 小试身手 简单直接的开环控制 输入量 设定时间/火力档 控制器 操作面板+控制电路 执行器 磁控管/转盘电机 被控对象 炉腔内的食物 输出量 食物加热后的状态 及时有效的反馈 在“贴鼻子”游戏中，蒙眼玩家的每一步动作都是在其平衡控制和同伴的话语指导下完成的。 畅所欲言 根据你玩“贴鼻子”游戏的感受，说说图中各部分是如何进行感知和控制的，并转换成计算机术语，将输入、计算、输出填写到适当的括号中。 输入 输入 输入 输出 输出 计算 “贴鼻子”游戏转换成系统控制方式，可分为输入、计算和输出三个部分。其中手、脚既属于输入部分，又属于输出部分。输入部分通过耳朵、手、脚感知环境信息后，传递给大脑进行计算和判断。随后，大脑指挥输出部分做出动作，并根据信息不断调整动作，直至完成游戏。 及时有效的反馈 游戏中，蒙眼玩家通过感知手脚动作和接收感官信息，以及队友的提示，获得完成游戏所需的反馈。 这些反馈信息直接影响蒙眼玩家的决策，并引导他们进行必要的调整。 及时有效的反馈 反馈机制实质上是一个“评估一对比一修正”的循环过程。在这个过程中，系统的输出被重新引入并作为输入的一部分，同时以某种形式改变原始输入，进而对系统的整体功能产生影响。反馈机制在我们的日常生活中极为常见。 组内讨论:表中所列的生活场景中的反馈信息是什么?起到了什么作用? 及时有效的反馈 小试身手 生活场景中的反馈信息及其作用 场景 反馈信息及其作用 过独木桥 打乒乓球 在线购物 反馈信息：身体的平衡感、脚下的触感、视觉上的位置判断等。 作用：帮助我们不断调整身体姿态和步伐，保持平衡，避免失足掉落，确保安全通过。 反馈信息：球的飞行轨迹、落点、对手的动作、球拍击球的手感等。 作用：帮助我们判断来球方向和速度，及时调整站位、挥拍角度和力度，以准确回球，提高竞技水平。 反馈信息：商品评价、销量数据、客服回复、物流信息、支付成功 / 失败提示等。 作用：帮助消费者判断商品质量和商家信誉，调整购买决策；同时帮助商家了解用户需求和满意度，优化商品和服务。 空调可以调节室内温度，它内置温度传感器和控制系统，自动调节冷、暖强度，保持室内温度始终在设定值附近，为人们提供舒适的室内环境。 自动智能的闭环控制 场景二 感应式水龙头 畅所欲言:查阅相应资料，组内讨论:空调是如何实现降温或升温的? 讨论 小试身手 自动智能的闭环控制 空调内置的温度传感器不断检测室内的实际温度，并将温度结果反馈到控制器中，并与设定的温度作比较。当房间实际温度低于设定温度时，其压缩机继续工作，反之则暂停工作。 设定温度 控制器 压缩机 吹风 冷风或热风 与设定温度比较 实际温度 反馈 空调的温度控制不再是一条单向路径，而是形成了一个封闭的环路。 这被称为闭环控制系统，也被称作有反馈控制系统。在系统中，可通过引人输出量的反馈信号，构成一个闭环回路。这个回路能够实时监控系统的实际输出，并将其与预期的输出进行比较，然后根据比较结果调整控制输入，以此实现对系统的精确调节和稳定控制。 自动智能的闭环控制 输入量 控制器 执行器 被控对象 输出量 比较器 反馈 使用系统方框图，描述电热水器的控制过程，并绘制在下方空白处。 小试身手 自动智能的闭环控制 设定温度 控制器 加热管 水箱 加热或保温 与水箱内的实际水温进行比较 温度传感器 反馈 开环控制系统和闭环控制系统应用的场景不同，组成结构、性能特点等也各不相同。 小试身手 自动智能的闭环控制 开环控制系统和闭环控制系统的特点 开环控制 闭环控制 组成结构 结构相对简单，由控制器、执行器、被控对象组成 结构相对复杂，由比较器、控制器、执行器和被控对象等组成，具有反馈回路 性能特点 响应速度快，成本较低，抗干扰能力差，控制精度低 抗干扰能力强，控制精度高，稳定性好，成本较高 应用场景 用于对控制精度要求不高，不需要实时校正的场合 广泛应用于对外界环境要求比较高，需要实时校正的场合 答案：D 1.下列控制系统中，属于闭环控制系统的一项是( )。 A. 自动门 B. 红绿灯定时控制系统 C. 普通家用日光灯 D. 电冰箱温度控制系统 解析：要判断是否为闭环控制系统，关键看系统是否将输出量（实际结果）反馈回输入端，与设定值比较后调整控制过程。 挑战自我 挑战自我 2.表中的控制系统采用了哪种控制方式?是如何控制的? 硕果累累 序号 评价内容 评价等级 优 良 一般 1 理解开环控制系统和闭环控制系统的概念 2 知道反馈的意义和作用 3 能识别生活中的开环控制系统和闭环控制系统 4 小组合作学习效果 5 同学间互帮互助情况 谢谢 下节课见！ Thanks！ $