简单控制系统的设计教案

简单控制系统的设计

【教材分析】

普通高中通用技术课程《技术与设计2》第4章，控制与设计的内容。通过学习控制系统中的控制目标，控制的过程，和控制的机理，控制与设计的知识，有助于我们运用简单的控制方法解决现实生活中遇到的相关问题，发展学生良好的逻辑思维品质。

【教学目标】

1.知识与技能：理解控制的含义及其在生产和生活中的应用，了解手动控制，自动控制，熟悉简单的开环闭环控制系统的基本组成，和简单的工作过程，并能够分析典型的案例。了解控制系统的设计，对整个设计产生的重要影响，了解简单的被控制对象的基本特征，能确定被控量控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制设计方案。

2.过程与方法：通过案例分析，学会多角度的思考问题，发展辩证思维能力。

3.情感态度与价值观：培养对控制系统设计的兴趣和想象力，理解控制系统技术设计在艺术中的魅力，提高审美情趣。

【教学重难点】

能根据开环控制系统的设计方案，制作一个控制装置，或者能根据简单闭环控制系统的设计方案，进行实施或模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。

【教学课时及地点】

两课时。一课时在教室学习理论，一课时在实验室实践活动。【教学过程】

引入。通过上一节的学习，我们知道，任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节就构成了一个系统，称为控制系统，控制系统通常又分为开环控制系统和闭环控制系统，其中闭环控制系统在日常生活和生产中，有着广泛的应用。

新课讲授。

简单控制系统设计概论。控制系统是一项大而专业的工程，光概论都是一本厚厚的书，今天我们只作为入门了解一下简单控制系统的涵义和设计步骤。简单控制系统其实就是单回路反馈控制系统，仅对一个被控变量进行控制，特点是结构简单、投资少、易于调整、易于运行，因此适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓、控制质量要求不太高的场合。

控制系统设计的一般步骤如下：

一、确定控制的目的。

二、确定系统的被控量，即控制系统要控制什么。一般情况下，系统的控制目的就是系统的被控量，但有些控制系统的控制目的与系统的被控量就可能不同。

三、明确系统被控量应达到的精度指标。

四、选定控制系统的结构。

五、建立系统各环节的模型。

六、确定待调参数。

七、分析、实验系统的性能，若达到期望则设计工作结束；否则，就要修改设计，包括改进系统结构甚至放宽指标要求等。

活动一：广告牌的设计

（1）明确设计目的：在占地面积不变的情况下，展示多幅广告，提高广告的展示效果。

（2）确定被控量及设计指标：控制广告牌的翻转或移动，把滚

筒转动的角度或圈数定为系统的被控量。广告牌的尺寸大小，造价预算都影响设计指标。

（3）确定系统结构：手动？自动？开环？闭环？根据实际情况来确定。

（4）选择实现方法：使用电动机可以实现自动翻转。还能当出

现一幅完整的画面时，暂停一会儿，然后再启动电动机转到下一幅，所以还需要一个计时器以及精确计算出出现一幅完整画面的时间。

（5）部件模型及主要参数的确定：定时控制器，继电器，广告牌的尺寸，电动机的转动时间t=(h+πr)/(2πr*n)

（6）验证、完成设计。

（7）评估作品。

活动二：光控百叶窗的制作

（1）明确设计目的：能模拟百叶窗天亮自动开启，天黑自动关闭的功能，同时也能手动开启或关闭百叶窗。

（2）确定被控量及设计指标：电动机转动的位置，什么时候启

动和停止转动。

（3）确定系统结构：开环的自动控制系统。

（4）选择实现方法：使用光敏电阻，利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻，入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。

（5）部件模型及主要参数的确定：限位传感器、光敏传感器

（6）验证、完成设计。

（7）评估作品。

注意事项：请勿用手扭转叶片或电机，否则电机将永久性损坏；实验完毕后，请拔下电源，取出电池，把器材拆解还原装入器材盒中；注意保持实验模型清洁，以便多次使用。

思考与总结：

1.百叶窗人工控制系统的组成？以及工作过程？

2.光控百叶窗自动控制系统的组成？以及工作过程？

3.光控百叶窗自动控制系统相对人工控制的优点在哪里？

4.画出百叶窗手动控制、自动控制系统的方框图。

【教学反思】在本节的教学中，以广告牌的设计和百叶窗的设计两个案例为主线，让学生在针对实际问题进行控制设计的实践中去领会控制系统设计的一般方法，活动过程中，学生以小组为单位在进行设计分析时，亲身经历对多方案进行比较、权衡、选择的过程以及一个控制系统的制作、安装、调试、改进的全过程，在这样一个过程中，学

生才可能对教学目标有一个全面理解和认识。活动中也存在一些问题，学生对器材很陌生，有些电路调试不通等。总的来说，整节课的学习氛围较好，学生兴趣高，能按时完成任务，但仍有不足之处，如果要在本基础上增加一制作环节，提前给学生一点时间让他们自己准备材料他们可能会把作品完成得更加完美。