控制系统的设计与实施
《控制系统的设计与实施核心素养目标教学设计、教材分析与教学反思-2023-2024学年高中通用技术苏
《控制系统的设计与实施》导学案一、导言控制系统是摩登工程领域中至关重要的一部分，它涉及到各种各样的应用领域，包括工业自动化、航空航天、机器人技术等。
《控制系统的设计与实施》是一门涉及控制理论、信号处理、电路设计等多方面知识的课程，通过进修这门课程，学生将能够掌握控制系统的设计原理和实施方法，为将来的工程实践打下坚实的基础。
二、进修目标1. 了解控制系统的基本观点和分类；2. 掌握控制系统的设计方法和实施步骤；3. 能够运用所学知识解决实际工程问题。
三、教学内容1. 控制系统的基本观点- 控制系统的定义和分类；- 控制系统的基本组成部分。
2. 控制系统的设计原理- 控制系统的传递函数和状态空间表达；- 控制系统的稳定性分析方法。
3. 控制系统的实施方法- PID控制器的设计和调节；- 数字控制系统的设计和实现。
四、进修方法1. 听课进修：认真听讲，理解控制系统的基本观点和设计原理；2. 实践操作：完成实验任务，掌握控制系统的实施方法；3. 讨论交流：与同砚讨论进修中遇到的问题，互相进修、交流经验。
五、作业任务1. 阅读相关教材，完成课后习题；2. 设计一个简单的控制系统，并进行仿真实验；3. 撰写实验报告，总结实验过程和结果。
六、考核方式1. 平时表现：参与教室讨论，完成作业任务；2. 期末考试：考核学生对控制系统设计与实施知识的掌握水平。
七、教学资源1. 教材：《控制系统工程》；2. 实验设备：数字控制系统实验箱、PID控制器等。
八、进修建议1. 注重理论联系实际，将所学知识应用到实际工程中；2. 多与同砚交流，共同砚习、进步。
以上是《控制系统的设计与实施》导学案的内容，希望同砚们能够认真进修，掌握相关知识，为未来的工程实践做好准备。
祝大家进修顺利！。
控制系统的设计和实现
控制系统的设计和实现控制系统是一种能够对于被控制对象进行精确调节，使其达到所需要的状态和运行状态的技术和方法，广泛应用于现代工业、交通、机械、航空等领域。
控制系统的设计和实现关系到控制系统的稳定性、精度、速度等方面，对于产品的质量，生产效率和成本等有重要影响。
一、控制系统的基本结构控制系统主要由信号检测器、控制器、执行器、调节器和反馈回路组成。
信号检测器：主要用于检测被控制对象的各项参数，如温度、压力、位置、速度等；控制器：是整个系统的核心，根据检测器来的信号，发送控制信号给执行器；执行器：主要用于控制被控制对象的状态和运行速度，如电动机、气缸等；调节器：针对不同的控制对象，需要进行参数调节，以取得最佳效果；反馈回路：控制系统的一个重要环节，可以对控制效果进行反馈，并对其进行修正，以保证系统的稳定性和准确性。
除此之外，还有信号转换器、滤波器、放大器等辅助设备，来达到整个系统的优化和稳定。
二、控制系统的设计设计一个稳定、精确的控制系统，并不是易事，需要从以下几个方面进行考虑：1、选型：根据被控制对象的类型，需选用合适的控制器、执行器等设备；2、参数测量：需要准确测量被控制对象的各项参数，才能得到准确的控制信号，从而达到准确的控制；3、控制模式和控制算法：根据不同的被控制对象，采用不同的控制模式和控制算法，来达到最佳控制效果；4、系统稳定性：控制系统需要具有较高的稳定性，控制反馈回路、滤波器等设备需要达到合适的参数，保证系统运行的平稳稳定；5、易操作性：控制系统的操作应该尽可能简单，易于操作，便于管理和维护。
三、控制系统的实现一个好的控制系统，不仅仅只靠设计，实现也同样重要。
实现要从以下几个方面进行考虑：1、实时性：控制系统需要保证快速响应和准确控制，系统设计和实现中需要考虑时间因素，尤其是在传感器和执行器的选择上；2、可靠性和稳定性：所有设备需要在使用中长期稳定运行，控制系统需要能够应对各种异常情况，保证系统的稳定性和精度；3、软硬件配合：控制系统的软件和硬件需要相互配合，用合适的控制算法来控制硬件的运行。
《控制系统的设计与实施作业设计方案》
《控制系统的设计与实施》作业设计方案
一、课程背景
《控制系统的设计与实施》是一门专业课程，旨在培养学生对控制系统设计与实施的理论和实践能力。
通过本课程的进修，学生将掌握控制系统的基本原理、设计方法和实施技术，以及掌握相关工具和软件的应用。
二、课程目标
1. 理解控制系统的基本原理和结构；
2. 掌握控制系统的设计方法和实施技术；
3. 能够运用相关工具和软件进行控制系统设计和仿真。
三、作业设计方案
1. 作业一：控制系统基本原理分析
要求学生选择一个实际的控制系统案例，分析其基本原理和结构，包括传感器、执行器、控制器等组成部分，并撰写一份报告。
2. 作业二：控制系统设计方法钻研
要求学生选择一个控制系统设计方法，如PID控制、模糊控制等，进行深入钻研，并结合实例进行分析和讨论。
3. 作业三：控制系统实施技术实践
要求学生选择一个控制系统实施技术，如PLC编程、MATLAB/Simulink仿真等，进行实际操作和实验，并撰写实验报告。
4. 作业四：控制系统设计与仿真综合实践
要求学生结合前三个作业的内容，选择一个实际案例进行控制系统设计和仿真，包括系统建模、控制器设计、仿真调试等环节，并撰写一份综合报告。
四、评分标准
1. 作业一、作业二、作业三分别占总成绩的20%，满分分别为80分；
2. 作业四占总成绩的40%，满分为100分；
3. 考核方式包括作业报告评分和实验操作评分。
五、作业提交要求
1. 作业报告要求格式规范，包括封面、目录、正文、。
管理控制系统的设计与实施
管理控制系统的设计与实施随着企业的规模扩大和业务的复杂化，管理控制系统的设计与实施变得尤为重要。
一套有效的管理控制系统能够帮助企业更好地监测和控制各项业务活动，提高效率，降低风险，促进企业的可持续发展。
下面将从基本原则、关键要素以及实施过程等方面探讨管理控制系统的设计与实施。
一、基本原则设计和实施管理控制系统需要遵循以下基本原则：1. 目标导向：系统的设计应该以实现企业的战略目标为导向。
通过明确目标，并将其转化为可衡量的指标和具体行动，可以更好地监测和评估业务的执行情况。
2. 协同性：一个好的管理控制系统应该能够将各个部门和岗位的目标和行动协调起来，促进团队合作和信息共享。
通过建立协同机制和沟通渠道，可以避免信息孤岛和资源浪费。
3. 灵活性：管理控制系统需要具备一定的灵活性，以应对外部环境的变化和业务的调整。
通过建立灵活的指标体系和决策流程，可以更好地适应市场竞争和发展需求。
二、关键要素一个完整的管理控制系统应该包含以下关键要素：1. 目标设定：明确企业的战略目标和绩效指标。
目标应该具备可操作性和可衡量性，并与企业的长期发展目标相一致。
2. 指标设计：建立一套科学合理的指标体系，用于监测和评估业务活动的执行情况。
指标应该具备可靠性、准确性和时效性，能够真实反映业务的运行状况。
3. 数据采集与分析：建立起高效、准确的数据采集和分析机制，确保数据的质量和可靠性。
通过数据的分析和挖掘，发现问题和优化机会，为决策提供支持。
4. 决策流程：建立明确的决策流程和权责制度，确保决策的合理性和有效性。
决策过程应该公开透明，有据可查，便于监督和改进。
5. 反馈与学习：建立良好的反馈机制和学习机制，及时纠正错误和改进方法。
通过不断地学习和调整，提高管理控制系统的效能和适应性。
三、实施过程管理控制系统的设计与实施是一个系统工程，需要经过以下几个步骤：1. 环境分析：首先，需要对企业内外环境进行分析，了解企业的竞争对手、市场需求和法规政策等影响因素。
控制系统的设计与实施
控制系统的设计与实施控制系统的设计与实施是指根据一定的目标和需求，通过确定适当的输入和输出以及设计合理的控制算法，来实现对一定系统或过程的控制。
控制系统的设计与实施涉及到多个方面的内容，包括系统模型建立、控制策略选择、控制器设计、系统仿真验证和实际实施等。
本文将从这些方面逐一展开，并探讨其中的关键要点。
首先，进行控制系统的设计与实施前，需要建立系统的数学模型。
系统的数学模型可以是差分方程、微分方程、状态空间模型等形式，它描述了系统的动态特性和性能指标。
对于复杂系统，可以使用系统辨识等方法来获得模型。
模型的准确性将直接影响到控制系统的效果，因此在建立模型时需要充分考虑系统的实际情况，采集足够的实验数据，并确保所选用的模型具有一定的适用性。
其次，根据系统的模型和控制目标，选择合适的控制策略。
控制策略是指实现系统控制的方法和思路，常见的控制策略包括比例-积分-微分（PID）控制、模糊控制、自适应控制等。
每种控制策略都有其特点和适用范围，因此需要根据具体的控制需求选择合适的策略。
选择合适的控制策略不仅能够提高系统的控制性能，还可以减少系统的开发成本和实施难度。
然后，在确定了控制策略后，需要设计控制器。
控制器是实现控制策略的核心部分，它根据输入信号和系统反馈信号，计算出控制输出，从而驱动被控对象实现期望的控制目标。
常见的控制器设计方法包括经典控制理论、现代控制理论和智能控制等。
在控制器设计时，需要考虑系统的稳定性、快速性、精度等性能指标，并采用一定的调节方法进行参数整定，以获得最优的控制效果。
接下来，进行系统仿真验证。
通过系统仿真可以模拟系统的工作过程，评估控制系统的性能和稳定性，并对控制策略和控制器的设计进行优化。
系统仿真可以使用专业的仿真软件，如MATLAB/Simulink等，或者自行开发仿真平台。
在仿真过程中，可以考虑不同的工作情况和干扰条件，以验证系统的鲁棒性和适应性。
最后，进行实际的实施。
在进行实施前，需要对控制系统的硬件和软件进行选型和集成。
控制系统的设计与实施
抽水马桶水箱的自动控制系统的设计
讨论 在上述案例中，如果要节约用水，减少水箱每次 冲水的量，你能设计哪几种方案？
设计项目3：设计闭环控制的自动升旗装置
分析被控对象 的主要特征
控制系统的 方案选择
明确控制的目的
确定被控量、 控制量
控制系统 的设计
控制系统调试、 运行和评价 系统的成本分 析
实施控制系统所需 的设备、元件等
设计分析： • 从设计要求来看，这是一种自动控制，因此选择闭 环控制系统。 • 被控对象是抽水马桶的水箱，被控量是抽水马桶水 箱水位的高度，控制量是进水管的水流量（进水 量），水箱水位的高度与进水量之间呈线形关系 • 主要干扰因素是水箱的出水流量。
方案构思： • 采用浮球作为水位高度的检测装置。 当水箱的水位低于水箱的某个高度 时，出现了水位差（给定的水位高 度与实际水位高度之差），这个信 号通过浮球、连杆机构传给进水阀， 使进水阀打开，从而水箱进水；当 水箱水位达到水箱的某个高度时， 水位差为零，进水阀关闭。 • 波动冲水旋钮，使出水阀打开，水 箱冲水。与此同时，进水阀打开， 水箱进水，知道指定水位时，进水 阀关闭。
控制系统的设计与实施
设计项目1：自动升旗装置
发现问题与明确问题 设计分析 设 计 的 一 般 过 程 制定设计方案
方案构思 制作模型或原型
测试、评估、优化
编歌播放的时间内，控制国旗匀速上 升到旗杆的顶端；
２、选择恰当的控制方案； ３、安全、节能、低成本。
设计分析
分析主要的 干扰因素 。。。 。。。
小结
1、控制系统的设计遵循设计的一般过程，但有其特殊性。 2、控制系统的设计思路是：明确控制目的——了解被控对象的 基本特性——分析被控量和控制量——确定执行器和控制器— —确定控制类型——选择元器件——制作、安装、调试、 评价 优化。 3、设计的一般原则是指导控制系统设计、实施的准则。 4、设计过程应综合运用技术的思想方法，力求有所创新。
《控制系统的设计与实施作业设计方案》
《控制系统的设计与实施》作业设计方案第一课时一、背景介绍：控制系统是摩登工程领域中不行或缺的部分，它卖力监测和控制系统的运行，以实现系统的稳定运行和优化性能。
因此，控制系统的设计与实施是工程领域中的重要课题之一。
本次作业设计旨在通过深度探究控制系统的设计与实施，培育同砚的设计能力和实践能力。
二、作业设计目标：1. 熟识控制系统的基本原理和设计方法；2. 精通控制系统的实施步骤和关键技术；3. 提高同砚的动手能力和创新认识；4. 培育同砚的团队合作能力和表达能力。
三、作业设计内容：1. 同砚将分成若干小组，每组确定一个控制系统设计项目，包括选题、方案设计、实施规划等内容。
2. 同砚需要对所选题目进行综合探究，包括文献调研、技术分析等，撰写设计方案书；3. 同砚需要按照设计方案书中的内容，实施所选题目标控制系统设计，并记录实施过程；4. 同砚需要依据实施结果，总结阅历和教训，撰写实施报告；5. 同砚将在教室评比中展示设计方案书和实施报告，由老师和同砚进行评审。
四、作业设计流程：1. 组队阶段：同砚自愿组队，每组3-5人，确定控制系统设计项目；2. 方案设计阶段：同砚分工合作，完成设计方案书；3. 实施阶段：同砚按照设计方案书的内容，实施控制系统设计；4. 报告撰写阶段：同砚依据实施结果，撰写实施报告；5. 评审阶段：同砚在教室上展示设计方案书和实施报告，老师和同砚进行评审。
五、作业评分标准：1. 设计方案书的完备性和新颖性（30%）；2. 实施过程的规范性和效果（30%）；3. 实施报告的逻辑性和表达能力（20%）；4. 团队合作能力和创新认识（10%）；5. 教室展示的表现和回答问题能力（10%）。
六、作业设计要求：1. 同砚需要重视理论与实践相结合，力求在设计与实施中发挥创新和表达能力；2. 同砚需要乐观参与团队合作，保证作业的顺畅完成；3. 同砚需要按时完成作业，并按照要求提交设计方案书和实施报告；4. 同砚需要恪守学术诚信，不得抄袭他人作品。
第四单元第四节《控制系统的设计与实施》教学案例（通用5篇）
第四单元第四节《控制系统的设计与实施》教学案例（通用5篇）第四单元第四节《控制系统的设计与实施》篇1高中通用技术技术与设计2 (苏教版)第四单元控制与设计第四节控制系统的设计与实施（第一课时）教学案例天津市崇化中学刘东环一、：（一）教学目标：1.知识与技能：了解简单的被控制对象的基本特征，画出系统方框图，形成初步设计方案2.过程与方法：通过案例式的探讨和实践改良的技术活动，提高分析能力，培养探究精神，学习权衡的思想。
3.情感、态度与价值观：（1）通过对控制系统的设计与实施的分析，体会产品设计中人性化的设计思想。
（2) 培养认真严谨的态度，进而树立“以人为本”的设计理念。
（3) 通过多种形式的教学活动，提高学生学习技术课的兴趣。
（二）教学重点、难点：1.教学重点：设计一个控制系统应明确的问题；对控制系统的基本要求；控制系统设计的思想方法。
2.教学难点：设计一个控制系统应明确的问题的分析；控制系统设计的思想方法。
（三）教学策略：提出一个生活中时常会遇到的问题，在学习和阅读了相关内容后针对这一问题的设计要求进行具体设计并制作成模型，在学生自己设计和制作的过程中达到突破难点，实现教学目标的目的。
本节书从理论上讲内容较难，学生理解起来比较困难，为了能有较好的课堂效果，设计如下：（1）通过一些具体的生活中例子对比来导入有关控制的设计方法，从而引入课题。
（2）教师根据课本中的案例，引导学生解决问题，提高学习的自主能力。
（3）寻找一些贴近学生生活实际和典型的《电吹风》《电暧气》（有开环与闭环两种）等案例，利用媒体教学手段增加课堂气氛，帮助学生在快乐、轻松的氛围中掌握知识。
（4）老师起到引导的作用，学生为主体，在学生掌握的基础上，课堂交给学生。
让学生进行设计。
（四）学情分析：学生对一些产品有一定的使用经验，这些经验有成功的，也有失败的，通过控制系统的分析与设计，使学生对一定的实践经验和生活经历，上升到一定的理论认识，对失败的使用经验，能从控制与设计的角度重新的认识。
煤矿生产自动化控制系统的设计与实施
煤矿生产自动化控制系统的设计与实施煤矿生产自动化控制系统是指将现代的自动化、信息化技术应用于煤矿生产过程中，实现对生产过程的实时监控、数据处理和控制调节的系统。
煤矿生产自动化控制系统的设计与实施对于提高煤矿生产效率、保障矿工安全、降低事故风险具有至关重要的作用。
一、煤矿生产自动化控制系统的设计1. 系统需求分析在进行煤矿生产自动化控制系统的设计之前，首先需要进行系统需求分析。
这个阶段主要包括与煤矿企业的合作方进行需求洽谈、对煤矿生产过程进行详细了解，明确系统设计的目标和功能。
2. 系统架构设计根据需求分析结果，进行系统架构设计。
系统架构设计包括硬件架构和软件架构。
硬件架构设计主要考虑所需传感器、执行器、控制器等设备的选型和布置；软件架构设计主要考虑系统的总体运行逻辑和各个模块之间的通信与协调。
3. 网络通信设计煤矿生产自动化控制系统具有分布式的特点，各个子系统之间需要进行数据通信和协作。
因此，在设计过程中需要考虑网络通信的问题，包括网络拓扑结构的设计、通信协议的选择等。
4. 人机界面设计人机界面是煤矿生产自动化控制系统与操作人员之间的桥梁，直接影响到系统的易用性和操作效率。
在设计过程中，需要考虑界面的布局、控件的选择、操作方式的合理性等，以提高操作人员的工作效率和操作的准确性。
二、煤矿生产自动化控制系统的实施1. 硬件设备采购与布置根据系统设计的要求，进行硬件设备的采购与布置。
这包括传感器、执行器、控制器等设备的采购以及设备的安装和调试。
2. 软件开发与集成进行软件的开发与集成，包括编写控制逻辑、设计数据库、编写数据采集与处理程序等。
在开发过程中，需要进行严格的测试与调试，确保软件的可靠性。
3. 系统联调与优化完成各个子系统的调试后，进行整体系统的联调与优化。
这个阶段主要是对系统进行整体运行测试，发现并解决软硬件之间的兼容性问题、数据通信问题等。
4. 系统运行与监控系统实施完毕后，进行系统的运行与监控。
四《控制系统的设计与实施》
在以上问题都确定后： （1）要根据实际设计对控制精度的要 求以及条件的可行性来确定是用开环 控制系统还是闭环控制系统来实现所 要最终达到的目的。 （2）画出控制方框流程图。 （3）画出必要的设计图纸（控制电路 设计或系统结构设计）和实施图纸， 撰写设计说明书等。
2）开环控制系统的设计
电风扇控制系统的设计： 被控对象——电风扇， 被控制量——电风扇输出的风速， 控制量——电机的转速。 设计的目的有： 一是有定时关闭电风扇。 二是有不同的风速。 三是又定时，又有不同的风速。
案例分析：抽水马桶水箱的自动控 制系统的设计。 这个案例是闭环控制系统设计的实 例，用以说明闭环控制系统设计的过 程与方法，体现控制系统设计的一般 思路。
讨论：在上述案例中，如果要节约用 水，减少水箱每次冲水的量，你能设 计哪几种方案？
水箱一次的冲水量实际上是随水箱的横截面积 和水位设定高度而变化的， 即：冲水量=水箱的横截面积×设定高度 因此，要减少每次冲水量，应该从减少水箱横 截面积和设定高度入手。
设计的一般思路是什么？
发现与明确问题
制定设计方案
控制也需要设计。
制作模型或原型
测试评估及优化
产品的使用与维护
第四单元
控制与设计
第四节 控制系统的设计与实施
1、控制系统设计的一般思路: 我们知道在设计的一般过程中， 首先要发现和明确问题，那么在对控 制系统进行设计时我们要明确那些问 题呢？
1）要设计好一个控制系统，需要做到： （1）明确这个系统要达到的目的是 什么？ （2）所要控制的对象是什么？ （3）被控对象有哪些重要特征？被 控量和控制量分别是什么？ 被控对象的特征往往难以直接得到， 通常是通过了解被控对象的输入与输 出之间的关系来分析它的基本特性， 从而确定控制器的运算方式。
工业自动化控制系统设计与实施
工业自动化控制系统设计与实施随着科技的不断发展，我国工业生产已经逐渐进入自动化时代。
工业自动化控制系统作为现代工业生产的核心，不仅提高了生产效率，降低了生产成本，而且大大提高了产品质量，保障了生产安全。
本文将从工业自动化控制系统的设计和实施两个方面展开论述，为大家介绍这一技术的关键环节。
一、工业自动化控制系统设计1.需求分析在进行工业自动化控制系统设计之前，要进行需求分析。
需求分析主要包括对生产工艺、设备性能、生产环境等方面的深入了解。
通过对生产过程中的各个环节进行梳理，明确自动化控制系统的功能需求、性能需求和可靠性需求等。
2.系统架构设计（1）输入/输出（I/O）部分：负责接收生产过程中的各种信号，如温度、压力、流量等，并将控制信号输出给执行器。
（2）控制器：根据预设的控制策略对输入的信号进行处理，相应的控制信号。
（3）执行器：接收控制器的信号，对生产过程进行实时调整，如调节阀门开度、电机转速等。
（4）监控与维护系统：对整个自动化控制系统进行实时监控，发现异常情况及时报警，便于操作人员及时处理。
3.控制策略设计控制策略是工业自动化控制系统的核心，直接关系到系统的性能和稳定性。
设计控制策略时，需要充分考虑生产过程中的各种因素，选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
4.系统仿真与优化在设计完成后，需要对工业自动化控制系统进行仿真，以验证控制策略的有效性。
通过仿真实验，可以发现设计中的问题，进一步优化控制参数，提高系统的性能。
二、工业自动化控制系统的实施1.设备选型与采购根据系统设计要求，选择合适的设备，如PLC、DCS、传感器、执行器等。
在设备选型过程中，要充分考虑设备的性能、价格、稳定性等因素。
设备选型完成后，进行采购。
2.现场安装与调试现场安装主要包括设备的安装、管线的布设、控制柜的搭建等。
安装完成后，进行设备调试，确保各部件正常运行，满足生产需求。
3.系统集成与调试系统集成主要包括控制策略的实现、监控系统的搭建等。
电气工程中的控制系统设计与实施
电气工程中的控制系统设计与实施在电气工程中，控制系统是一个重要的组成部分，它能够对设备、机器或者过程进行监控和管理，以实现各种功能和目标。
控制系统的设计和实施对于电气工程的成功与否至关重要。
本文将探讨电气工程中的控制系统设计与实施的相关内容。
一、控制系统的基本概念控制系统是一个由传感器、执行器、控制器和通信网络等组成的复杂系统。
传感器用于获取被控对象的相关信息，而执行器则负责根据控制器的指令执行相应的操作。
控制器则是控制系统的核心，其通过对传感器获取的信息进行处理和分析，并向执行器发送指令，以实现对被控对象的控制。
通信网络用于传输信息，实现控制系统各个组成部分之间的互联互通。
二、控制系统的设计原则1. 系统目标明确：在控制系统设计之初，需要明确系统的目标和要求，包括控制对象、控制方式以及控制精度等方面的要求。
只有明确了系统的目标，才能够有针对性地进行设计。
2. 模型建立与分析：在设计控制系统之前，需要对被控对象进行建模，并进行模型分析。
通过对被控对象的特性和行为进行深入研究，可以选择合适的控制策略和方法，并为控制系统的设计提供指导。
3. 硬件选型和布局：控制系统的硬件选型和布局直接影响系统的性能和可靠性。
在选型过程中，需要考虑到被控对象的特点以及实际应用场景的要求。
同时，布局合理和接线整洁也是保证控制系统稳定运行的重要因素。
4. 软件编程和调试：控制系统的软件编程和调试是保证系统正常运行的关键环节。
在编程过程中，需要按照规范进行代码编写，并对系统进行全面的功能测试和调试工作，以排除潜在的问题和风险。
三、控制系统的实施步骤1. 系统需求分析：在控制系统的实施之前，需要进行系统需求分析。
通过与用户充分沟通和了解用户的需求，确定系统的功能和性能要求，以便为后续的设计和实施提供指导。
2. 系统设计与编码：基于需求分析的结果，进行系统的设计和编码。
设计阶段包括硬件选型、软件架构设计等，而编码阶段则是实现设计结果的具体过程。
控制系统的设计与实施
四控制系统的设计与实施学习目标节次考试内容考核要求考试属性控制系统的设计与实施控制系统方案的设计必考＋加试 c一、控制系统设计必须考虑的基本问题1．明确控制的目的。
2．分析被控对象的主要特性。
3．确定被控量和控制量。
4．分析主要的干扰因素。
5．方案选择。
6．调试、运行和评价。
7．系统的成本、元件、设备分析等。
二、开环控制系统的设计1．明确设计要求。
2．明确被控对象、被控量和控制量。
3．考虑具体控制系统的方案。
三、闭环控制系统的设计1．控制精度必须符合要求，系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内。
2．控制系统必须是稳定的。
3．要有较好的抗干扰性能。
例1如图1所示为某校学生设计制作的自动取汤机，能保持汤的温度在一定范围内。
按一下取汤按钮，就自动落下一只碗，并放出一定量的汤在碗中。
在该自动取汤机的温度控制系统中，不需要的器件是()图1A．温度传感器B．加热器C．温度控制器D．定时器答案 D解析本题考查控制系统的组成和设计，控制系统的组成部分一般包括比较器、控制器、执行器、被控对象、检测装置。
分析该温度自动控制系统，温度传感器起到检测的作用，温度控制器起到控制器的作用，加热器起到执行器的作用，定时器在温度控制过程中不起任何作用。
例2如图2所示的镜子，内置红外测温装置可以测试人的体温，并在镜面的显示屏上显示出体温的数值。
如果测得的体温过高，还会发出声音报警。
请回答下列两题。
图2(1)体温报警系统的控制手段和方式属于()A．自动、开环控制B．人工、开环控制C．自动、闭环控制D．人工、闭环控制(2)以下部件与体温报警系统的声音控制无关的是()A．红外测温装置B．喇叭C．显示屏D．发声芯片答案(1)A(2)C例3声控灯适用于多种场合，如在公共楼道里安装声控灯既方便，又安全。
声控灯一般由声传感器、控制器和电子开关等组成。
其中整个控制过程为：声传感器检测到的人的声音(一般为人的脚步声)后，把声音信号转变为电信号传给控制器，控制器通过分析判断后向执行器发出指令，执行器接收到控制器指令后工作，灯泡亮。
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控制系统的设计与实施
一、教材分析：
本节课内容为本节的最后一节，是本节、本章、本书的最后一个课时。
在前面的学习中，学生已经了解了结构、流程、系统、控制与设计的关系。
设计是技术的重要组成部分之一，而且《技术与设计2》大部分都是围绕着设计这个主题来展开的。
本节可以说是这单元的“应用”部分，让学生了解控制系统设计的一般思路比较关键，只有这部分内容理解了，才能有效的进行下一个内容——控制系统的设计与实施案例。
在控制系统的设计与实施案例中，重点要让学生会分析和选择案例，并最终会设计。
二、学情分析：
在《技术与设计1》中，学生对设计的一般过程已经有了一定的了解。
但已有的设计基础更多的是停留在结构设计和外形的设计上，对功能的设计还有待提高。
同时在生活中对一些产品有一定的使用经验，这些经验有成功的，也有失败的，通过控制系统的分析与设计，使学生对一定的实践经验的生活经历，上升到一定的理论认识，对失败的使用经验，能从控制与设计的角度重新的认识。
三、学习目标：
1.知识与技能：
1）了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计的方案。
2）能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置；或者根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行提出改进方案。
2.过程与方法：
通过案例式的探讨和实践改良的技术活动，提高分析能力，培养探究精神。
学习权衡的思想。
3.情感态度价值观：
（1）通过对控制系统的设计与实施的分析，体会产品设计中人性化的设计思想。
（2) 培养认真严谨的态度，进而树立“以人为本”的设计理念。
（3) 通过多种形式的教学活动，提高学生学习技术课的兴趣。
四、教学重难点：
1.教学重点：
（1）控制系统设计的一般思路，了解简单的被控对象的基本特性，确定相关的量，会画方框
图。
（2）能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置并学会调试运行，提出改进方案。
2.教学难点：
闭环系统的设计；被控量和控制量的确定。
五、教学策略：
本节书从理论上讲内容较难，学生理解起来比较困难，为了能有较好的课堂效果，设计
如下：
（1）通过一些具体的生活中例子对比来导入有关控制的设计方法，从而引入课题。
（2）教师根据课本中的案例，引导学生解决问题，提高学习的自主能力。
（3）寻找一些贴近学生生活实际并在前三节课已经分析过的案例，采用元件展示，学生设计
连接的步骤，最后请学生代表上台连接成一个闭环控制系统。
主要以“水箱注水的自动控制
系统的设计”的案例贯穿整堂课。
由于自动升旗控制的设计，难度相对高些，但比较实用，所以最后结合学生玩电动车的经验，将这一案例作为补充介绍的例子，意在启发学生在平时生活中要细心发现可利用的废旧材料，进而设计出使用的物品。
六、教学准备：
两套水箱自动注水控制系统的套件、矿泉水桶、桶装水抽水器、自动升旗控制系统模型。
七、学法设计
引导学生进行“问题式学习”，通过尝试——发现，探索——研究的过程来掌握本节课的知识，在老师的帮助下，把生活中的经验逐步与控制系统联系起来，通过动手实践、改造，亲身体会这种控制实施方法，体验成就感！
环节教师活动学生活动设计思路
创设情景
引入新课图片展示：
提问：此图所反映的现象应用了什
么原理？
总结：虹吸原理的应用使对水的流
动控制不需要能量，这是一种从高
往低处流的现象，那么如何使水从
低往高处流呢？
实物演示：使用桶装水抽水器抽水。
总结：上面的方法是一种手动的控
制系统，今天我们设计一个自动控
制的抽水装置。
学生思考：
（1）左图所反映
的现象应用了什
么原理？
（2）如何使水从
低往高处流呢？
通过两个提问
引出本节课的内容
讲解。
让学生在思
考中体会控制系统
的深度与趣味。
（一）控制系统设计的一般思路
新课教学
要设计好一个控制系统，应该
明确这个系统要达到的目的是什
么，所要控制的对象是什么，被控
对象有哪些重要的特性，被控量和
控制量分别是什么，外界的主要干
扰因素有哪些，选择怎么样的设计
方案能达到目的，又经济、易于实
现，如何选择设备和元件，等等。
补充知识：控制系统的设计方案，
还包括画出必要的设计图纸（控制
电路设计或系统结构设计）和实施
图纸、撰写设计说明书等。
学生边听边领
会。
阐述控制系统设计
的一般思路，为下
面的系统设计打好
基础。
（二）项目一：水箱注水自动控制系统的设计
设计要求：
当水箱的水位达到某一指定标通过实物元件展示
度时，进水口停止进水。
实物元件展示：小型水泵、微型开
关、电池组、水位开关。
活动：设计出电路连接图（5分钟
时间，每组四名学生合作设计）
展示：选取两组同学的设计作品进
行展示，请组员自我解说，其余同
学进行点评。
活动实施：请两组同学上台进行电
路的连接并演示。
（两组比拼连接的
速度与演示效果）
教师总结：设计中要注意元件连接
的牢固性与安放的位置。
设计实物图展示：
设计分析：针对两组同学的设计，
依据闭环控制系统的基本要求进行
分析：
1、闭环控制系统必须是稳定的；
2、系统的被控量与给定值之差应控
制在允许的范围之内；
3、闭环控制系统应有较好的抗干扰
性能。
观看教师实物展
示及原理介绍；
设计出电路连接
图。
两组同学上台进
行电路的连接并
演示。
其余同学
观看。
的，让学生明确设
计条件，同时也拓
展学生的知识面。
四人一组进行设
计，以同伴互助的
形式，培养学生团
结互助的品质。
新课教学（三）控制系统拓展研究
教师分析：水位开关内部结构
提问：如果改变浮球的方位，可以
开发出怎么样的控制系统？
总结：可以设计一个自动抽水控制
系统，以应对高温水箱。
二、控制系统的设计实施案例
提问：对于学校的升旗装置，是怎
么控制的呢？
讲解：我们学校的升旗系统应该是
手动控制的，下面我们一起探讨设
计一个自定控制的升旗系统。
各方案的特点：
方案A：在控制上采用机械装置，
对电子知识要求不高，但升旗和唱
国歌的启动需要人工同步，定时装
置的精度不高，容易产生不协调现
象。
方案B：此方案同样有启动不容易
同步的问题，但定时器的精度较高。
方案C：可以增加学生的知识面，
但需要补充电子线路的知识，比较
费时，课时难以保证。
方案D:升旗和唱国歌同步启动，由
于CD唱机比较普遍，器材准备较其
它方案容易。
因此：方案D实现较容易。
教师自制案例示范：
学生听讲并思
考：如果改变浮
球的方位，可以
开发出怎么样的
控制系统？
学生思考各种设
计方案并领会设
计中需考虑的各
种因素。
通过展示水位
开关的内部结构原
理图，拓展学生的
知识面。
同时提出拓展
性问题进行研究，
开拓学生的思维，
培养创新精神。
此案例作为这
节课的补充案例，
意在拓展学生的知
识面，引领学生关
注生活中的点点滴
滴，以便在今后的
生活中，发现问题，
能利用一些废旧材
料设计一些控制系
统。
小结1、明确控制目的、控制对象；通过小结，巩固知
九、板书设计
十、作业
►完成作业本：
►《控制系统的设计与实施》
►下周二上交！
十一、教学反思
（1）此控制系统的设计可很好的应用于闭环控制系统的教学。
从而摆脱课堂枯燥的图片讲解，对于提高学生的学习兴趣，挖掘学生的创造潜质起到了重要作用。
同时此控制系统为一闭环控制系统，区别于普通的抽水马桶注水的机械控制系统，是一种电子自动化的控制系统。
（2）此控制系统主要涉及到电学和力学的知识，且都是学生已经学习过的知识，但后续的开发与设计就需要学生综合运用已有的知识，体现了通用技术是一门高度综合的课程性质。
（3）以9v串联电池组为电源，同时以水为载体，试验过程比较安全；采用小型直流水泵，试验过程便捷高效。
（4）由于水的颜色与蓄水盒的颜色比较相近，对比度不明显，故可在水中加入一定量的颜料。