开环控制系统的工作过程和方式[一]
高中通用技术苏教版(2019)必修2教学案 开环控制系统的工作过程
第四单元控制及其设计第2节开环控制系统的工作过程[学习目标]（1）简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程（2）闭环控制系统的基本组成（3）简单的闭环控制系统的方框图（4）控制器和执行器的作用[课前预习]1、控制的含义2、控制的分类3、控制的应用（1）、人们按照自己的，通过一定的，使事物向，这就是控制。
（2）、理解一个控制现象，要明确、和。
如汽车方向驾驶，控制对象是，控制目的是，控制手段是。
（3）、按照执行部件的不同，控制分为、和。
[课堂导学]【任务一】——理解控制系统【技术体验】搭建雨水收集池水位报警装置工作过程分析：一、控制系统1、 含义：任何一种控制的实现，都要通过若干个环节共同实现，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统，称为控制系统。
2、控制系统通常又分为 控制系统和 控制系统。
【任务二】——分析开环控制系统工作过程【技术体验】搭建定时浇水控制系统模型二、开环控制系统1、含义：控制系统的 不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。
2、开环控制系统的方框图输入量：控制系统的给定量，即控制系统为达到设定目标所需要的输入信号，作用于控制对象或系统输入瑞，并可便系统具有预定功能或预定输出的物理量。
输出量：控制系统所要控制的量，使系统要达到的设定目标，表现于控制对象或系统输出端，并要求实现自动控制的物理量。
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。
执行器：接受控制器输出的控制信号，产生具体的控制效果，使输出量产生预期的改变，是控制系统实现目标达成的主要工作部件，直接对被控对象进行控制的装置或元件。
控制量：执行器的输出信号，一般也可为执行器所做的功的形式。
被控对象：控制系统中所要控制的装置或生产过程3、简单的开环控制系统工作过程控制器接收到输入信号，命令执行器工作，执行器做功输出控制量，使被控对象状态变化，从而输出既定目标。
实例说明：火灾报警控制电路基本组成如下面方框图所示：【学生活动】1、用方框图说明下列开环控制系统的工作过程，并注明方框图中的各个环节的具体内容以及输入量、输出量和控制量。
开环控制的工作原理
开环控制的工作原理
开环控制是一种基本的控制系统方法，其工作原理是通过设定一个固定的控制输入，使系统按照预定的路径和速度运行，而不考虑系统的实际输出情况。
具体来说，开环控制由以下几个步骤组成：
1. 设定目标：首先确定所需的目标值，即系统需要达到的状态或输出。
2. 设定控制输入：根据系统的特性和目标值确定适当的控制输入。
控制输入可以是电压、电流、力矩等，具体取决于被控制的系统类型。
3. 运行系统：将设定的控制输入应用到系统中，使系统开始运行。
4. 无反馈监测：在开环控制中，没有反馈机制用于监测和调整系统的实际输出，而仅仅依靠预设的控制输入。
尽管开环控制方法简单直接，但由于缺乏反馈，系统不能对外部干扰或内部变化做出实时调整，容易引起系统误差和不稳定。
因此，开环控制常常被用于简单的系统或者作为其他更高级控制方法的预处理。
总之，开环控制是基于预设输入和目标值的一种控制方法，通过固定的控制输入来驱动系统运行，但缺乏对系统实际输出的监测和调整。
控制系统的工作过程和方式(教学案例)
控制系统的工作过程和方式(教学案例)引言控制系统是现代工程中不可或缺的一部分，它可以通过对输入信号进行处理和反馈来实现对系统状态的控制和调节。
在本教学案例中，我们将详细介绍控制系统的工作过程和方式，并通过一个实际案例进行讲解，帮助学生更好地理解控制系统的原理和应用。
控制系统的基本原理控制系统的基本原理可以简单概括为：通过对输入信号进行处理和反馈，实现对输出信号的控制和调节。
具体来说，控制系统通常包括以下几个基本要素：1.输入信号：输入信号是控制系统中的参考信号，它可以是一组预设值或输入变量。
2.处理单元：处理单元接受输入信号，并根据预先设定的控制算法进行运算和处理。
处理单元可以是一个简单的逻辑电路，也可以是一个复杂的控制算法。
3.输出信号：输出信号是经过处理和反馈后的结果，它可以控制和调节系统的状态和行为。
4.反馈单元：反馈单元接收输出信号，并与输入信号进行比较，从而产生一个反馈信号。
反馈信号可以用来调节处理单元的运算和处理过程，实现对输出信号的准确控制。
5.传递函数：传递函数描述了输入信号和输出信号之间的关系，它是控制系统设计和分析的基础。
传递函数可以通过数学模型或实验测量来确定。
控制系统的工作过程和方式控制系统的工作过程可以分为以下几个步骤：1.设置输入信号：根据系统要求和控制目标，设置输入信号的数值或变化规律。
2.处理输入信号：处理单元接收输入信号，并根据预先设定的控制算法进行运算和处理。
3.生成输出信号：处理单元根据输入信号的处理结果生成输出信号，并将其送往系统中。
4.反馈调节：反馈单元接收输出信号，并与输入信号进行比较，从而产生一个反馈信号。
反馈信号可以用来调节处理单元的运算和处理过程，实现对输出信号的准确控制。
5.循环迭代：根据反馈信号的调节，处理单元重新处理输入信号，并生成新的输出信号。
这个过程将一直循环迭代，直到系统达到期望的控制状态或目标。
控制系统的工作方式可以分为开环控制和闭环控制两种方式：开环控制开环控制是一种基本的控制方式，它没有反馈信号，无法准确调节输出信号。
控制系统的工作过程与方式
二控制系统的工作过程与方式学习目标节次考试内容考核要求考试属性控制系统的工作过程与方式①简单开环控制系统的基本组成和工作过程必考＋加试c②闭环控制系统的基本组成 b③简单的闭环控制系统的方框图 c④控制器和执行器的作用 c一、控制系统控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系．二、开环控制系统1．概念：输出量不对系统的控制产生任何影响的控制系统。
2．特征：系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递．3．方框图：输入量―控制器执行器――→控制量被控对象→输出量输入量：控制系统的给定量。
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。
执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件。
控制量：执行器的输出信号。
被控对象：控制系统中所要求控制的装置或生产过程。
输出量：控制系统所要控制的量。
三、闭环控制系统的基本组成1．概念：系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统。
2．基本组成：与开环控制系统相比，闭环控制系统多了检测装置、比较器(检测装置有的开环系统也有)。
3．特征：系统的输出端与输入端信号之间存在一个回路——反馈回路。
4．简单的闭环控制系统的方框图5．检测装置：检测输出量(被控量)并将其返回到输入端。
6．比较器：将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值，往往和控制器集成到一起。
四、开环控制系统与闭环控制系统的比较1．开环控制系统输入量到输出量之间的信号是单向传递的，它对输出量的控制精度较低，但它具有结构简单、成本低、容易实现等优点。
2．闭环控制系统的输入量和输出量之间还有一个反馈环节，它们形成一条闭合回路。
它对输出量的控制精度较高，但它结构复杂、成本高，主要用在要求较高精度和高可靠性的控制中。
例1(2016·浙江4月学考)根据消防要求，仓库、图书馆等场所都要安装火灾自动报警系统。
当烟雾探测器检测到的烟雾浓度超过设定值时，电子开关被接通，报警器发出声光信号进行报警。
开环控制系统的工作过程和方式[一]
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4.2 .1 《开环控制系统的工作过程与方式》教学设计【整体设计说明】（一）本节在单元中的地位本课教学内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”的第二节“控制系统的工作过程与方式”的第1课时。
从总体上看，“控制与设计”这个单元按照控制的手段——控制系统——控制系统的设计这样的思路来组织教材内容。
上节课让学生对控制手段和控制应用有所了解，下节课要让学生进一步学习闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程，因此，本课教学非常关键，是承上启下的核心内容。
（二）学生学情分析学生对“控制”一词并不陌生，经常提到控制温度、控制时间、控制音量、控制亮度、控制电流等。
在生活、学习中，学生对控制形成了或多或少的感性认识，这些认识仅限于表面现象，对控制系统的组成和工作过程并没有进行过深入思考和研究。
但学生毕竟也经常进行控制操作，对控制有一些体会，在物理等学科中学习了电子、传感器基础知识，具有观察和使用简单控制系统的生活体验，这些知识和经验在教学中为学生寻找教材以外的案例提供了条件，为学生配合教师教学提供了可能。
（三）本节整体教学思路开环控制系统的基本组成与工作过程对后面的闭环控制和控制方案的设计至关重要，所以这节的教学一定要落实到位，使学生真正吃透和理解。
要达到这样的效果，教师必须引导学生对典型实例详细分析，使学生对实例中的控制过程和原理有一个清晰的认识，然后再引导学生从中抽取出控制系统的基本组成：传感器、控制器、执行器、被控对象，各个组成部分的功能和作用学生自然也明白了。
对于控制系统的基本组成的作用，学生一般不难理解，但对于它们的工作原理，学生可能会存在许多问题，也极有可能在课堂教学中提出这些疑问。
对于疑问的学生，教师要给予表扬和鼓励，这是学生技术素养提高的一个具体表现，培养学生的质疑的教学的一个重要方面。
教师要不失时机地进行正确引导，同时在备课过程中应注意相关内容的学习和准备。
在“技术与设计1”中曾提出“技术是综合知识的结晶”。
控制系统的工作过程与方式
必修2 技术与设计 2
根据示意图及描述，分析自动扶梯系统控制过程，在方框图 中“______”处填写相应的内容。
【解析】 控制系统的题目要注意控制过程原理的描述和控 制过程示意图，然后再结合控制方框图，就比较容易找出各 组成装置和信号量。 【答案】 ①检测传感器检测到是否有人的信号 ②电动机和传动装置 ③扶梯 ④运行速度
泳池； (4)_执__行__器___：即直接对 被控对象进行控制的装置或元件，如进
水阀门； (5)_控__制__器___：即对输入信号进 行处理并发出控制命令的装置或
元件，如控制电路 ；
(6)_控__制__量___：即 执行器的输出信号，如流过阀门的水 量。
栏目 导引
必修2 技术与设计 2
2．闭环控制系统的基本组成 概念：闭环控制系统是系统的输出量返回到输入端并对控制 过程产生影响的控制系统。由概念可知，控制系统的输出量 对控制产生影响是判断工作方式(闭环 or 开环)的准绳。例： 供水水箱的水位自动控制系统、加热炉的温度自动控制系 统、花房温度控制系统、家用电饭锅保温控制系统、家用电 冰箱温度控制系统等。 基本组成：与开环控制系统相比，闭环控制系统多了检测装 置、比较器。同样，从控制三要素入手，先根据目的找对象， 明确输出量，接着逆向找到执行器和控制器，再看是否有检 测输出量的检测装置(没有检测输出量的肯定是开环控制)， 然后判断这个检测量是否返回到输入端对控制产生影响，有 影响的才是闭环控制。
汽车的 测速
பைடு நூலகம்超速汽
速度 雷达 ―→ 电脑 ―→ 摄像头 ―→车信息
测速雷达测量车速，经判断超速后，电脑控制摄像 头，将超速车辆的信息记录下来
栏目 导引
控制 控制 系统 类型
开环控制系统
开环控制系统：相对较低，一般结构简单， 适用于控制精度要求不高而系统本身元 件又比较稳定的场合。 闭环控制系统：控制精度高，设计比较麻 烦，结构也相对复杂，成本较高，适用 于要求高精度和高可靠性的场合
闭环控制系统与开环控制系统的比较
控制系统
反馈
控制精度
结构
成本
应用范围
闭环
有反馈
精度高
结构复杂
成本高
高精度、 高可靠、 系统本身 不稳定的 应用领域 控制精度 要求不高 本身很稳 定的应用
开环
无反馈
精度较低
结构简单
成本低
判断以下控制系统是开环控制系统还是闭环控制系统
比较器：将给定量与所测的被控量进行比较，求出偏差值 控制器：将这一偏差值进行运算处理，并向执行器下达指令 执行器：根据指令对被控对象进行控制，从而使被控量稳定 在一定范围内。
闭环控制系统
我们把系统的输出量返回到输入 端并对控制过程产生影响的控制系 统称为闭环控制系统。
闭环控制系统的特点： （1）系统输出量对控制作用有直接影响。 （2）有反馈环节，并应用反馈减小误差。 （3）当出现干扰时，可以自动减弱其影响。
红外传感器
控制电路
电机
控制量
红外装置检测人体 热辐射发出的信号 转动 门的开启 或关闭
控制电路
电机
自动门
输入
控制器
执行器
被控对象
输出
楼道声光控灯控制系统
光线强弱、 声音 （输入） 声电、光 电传感器 触点延 电流 灯 时开关
灯亮、灭 （输出）
(2010)泉州市闽台缘博物馆广场安装了随着 音乐起伏而变化的音乐喷泉，它是控制技术 的一种具体应用。其工作过程是由“声–电转 换装置”将起伏的音乐强度转换为随之而变 化的电信号，这种电信号驱动电动机带动水 泵转动。音乐信号强，水泵转速快，喷头压 力就大，喷出的水柱就高；反之，喷出的水 柱就低。音乐信号的强弱与喷泉的水柱一一 对应。
开环控制系统与闭环控制系统-PPT课件
特点
1、有反馈； 2、会调整； 3、被控量会被控制在一定的值——结果稳 定； 4、“结果”会影响“结果”； 5、给定量与被控量是可比较的同一种性质 的量。
系统辨识
辨识的定义 L. A. Zadeh曾给辨识下过这样的定义： “辨识就是在输入和输出数据的基础上，从 一组给定的模型类中，确定一个与所测系统 等价的模型。” 三要素： 输入输出数据（辨识的基础） 模型类（寻找模型的范围） 等价准则（辨识的优化目标）
比较器
给定量 （设定的温度） 控制器 （电子或微机 控制装置） 控制量 （电压）
执行器 （加热器）
被控对象 （加热炉）
被控量 （炉内温度）
检测装置 （热电偶）
加热炉的温度自动控制系统
其他闭环控制系统应用实例
值得一提的是，复杂的闭环控制也未必都属于自动控 制。汽车的驾驶就是一个常见的实例：汽车沿着道路行 驶，必须有人的操控，从控制的角度看，属于人工控制， 这时我们是将人与车作为一个整体，看成一个系统。驾 驶员通过操控方向盘、油门、刹车等机构，控制车辆行 驶的状态；同时，驾驶员还通过视觉，查看车辆与前方 道路或障碍物的位置关系信息，根据这一信息不断修正 自己的操作，使车辆按照预定的路线轨迹行驶。在这一 过程中，驾驶员通过视觉获取的信息就是反馈量，因此 属于闭环控制。
热交换器闭环和开环辨识的模型误差分别为0.1392和 0.0189。闭环模型误差虽然比开环辨识大一些，但数 值仍然很小，因而两者都可以用于过程的动态控制。
实验结果表明，对系统进行闭环辨识，可以得到与 开环辨识相近的过程模型且不会引起过程输入输出 大的波动，也不会危及闭环系统的稳定性，因而是 最适宜于工业生产过程应用的闭环辨识实验调节。
ˆ (k ) z
辨识算法
开环电子控制系统和闭环控制系统
游泳池注水控制系统
定时器进水阀门游泳池
设定注水时间 水流量 游泳池水位
(输入)
(输出)
• 自动门的控制系统
• 控制电路 电机 自动门
• 红外线信号
转动 门的开启或关闭
列举你所知道的开环控制系统：
1、红绿灯定时控制系统。 2、防盗报警控制系统 3、火灾自动报警系统 4、公园音乐喷泉自动控制系统
家用电冰箱的闭环电子控制系统
比较器
输入
控制(处理) 输出
预置温度 调节装置
(电子电路) (微型电脑）
(继电器)
被控对象 (冷藏室)
反馈
检测 温度传感器
动画
输入：根据冰箱内放置食物的保存要求，预先设
置一个恰当的冷藏温度。
控制(处理)： 由电子电路组成,核心部件是一个微 处理器——微型电脑。能对预置设定的温度 和输出中检测到的电信号进行比较、分析和 判断，并发出命令。
——当电冰箱内温度回升并超过设定温度时，电 子控制电路又发出指令，使电磁继电器接通压缩 机工作电路电子控制系统和闭环电子控制 系统的例子。
开环电子控制系统：电熨斗、电子门铃、电子调光台
灯、电子手表、程序控制洗衣机、 带遥控电视机
闭环电子控制系统：空调机、电冰箱、智能电饭 煲、现代化农业温室
输入量:如游泳池的设定时间;输出量:游泳池的水位
例: 电子门铃的开环电子控制系统
• 输入: 用手按动按钮开关,输入一个触发信号 • 控制(处理): 音乐集成电路经过触发后工作,产
生一组载有”音乐”的电信号. • 输出: 扬声器将电信号转变为音乐声. • 特点: 输出的音乐声的变化对系统的控制状
态并不产生影响,即不存在反馈.
正方：扩音机是一个开环电子控制系统。 反方：扩音机是一个闭环电子控制系统。
控制系统的工作过程与方式
控制系统的工作过程与方式高中通用技术程•《技术与设计2》模块第四单元控制与设计第二节控制系统的工作过程与方式（第1时）一、教学目标◇通过生活中实例的分析，理解控制系统的含义◇掌握开环控制系统的基本组成和工作过程◇学会开环控制系统方框图的画法◇逐步形成理解和分析简单开环控制系统的一般方法二、教学内容分析开环控制系统教学内容，是后节闭环控制系统学习的重要基础。
“控制系统”和“开环控制”，均是本单元的重要概念。
生活中不乏简单控制系统的应用，人们对此往往象看待日出日落一类自然景色般的习以为常。
本部分内容的学习，正是要引导学生，从技术的角度、用控制的思维看周围的存在，分析其道理。
本教学内容，从学生生活经验出发，从实例分析入手，归纳出对控制系统的一般认识，以及根据控制系统方式分类的开环控制系统和闭环控制系统两类，并侧重对开环控制系统的工作过程、方框图、重要参数进行分析。
本要解决的重点、难点分别是：开环控制系统的工作过程分析用方框图描述开环控制系统的工作过程三、学习者分析学生已具有电学、力学的基础知识、系统的基本概念，具有信息传递的基本知识和体验，具有观察和使用简单控制系统的生活体验，所有这些知识和经验储备，一是为教学中师生共同寻找教材以外的案例进行分析归纳，提供了学习行为的保障，二是为开环控制系统试验操作提供顺利进行的可能。
四、教学策略◇心理学家罗杰斯认为，学生的自发性与主动性是学习的动力。
教师要强调技术学习的需要、愿望、兴趣与技术学习的材料的内在联系，建立开放的堂气氛，教师作为学习的参与者参加学习的活动。
本教学中，多采用问题解决这一学习活动为主线，通过激发学生的认知内驱力和自我提高内驱力，以引导学生有计划地达到解决问题的目的。
◇先行组织者策略，选择与学习开环控制系统有包容性、概括性的引导性材料，以建立新、旧知识经验之间的联系，逐步加强学生对开环控制系统工作过程和方框图的理解和应用能力。
控制系统的工作过程与方式
《控制系统地工作过程与方式》教案设计方案一、教案目标分析＜一）通过学生周边实例地分析，理解控制系统地含义•＜二）掌握开环控制系统地基本组成和工作过程，学会开环控制系统方框图地画法•＜三）对学生进行技术思想和方法地指导，使学生获得大智慧•二、教案内容分析本课教案内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”地第二节“控制系统地工作过程与方式”地第1课时.从总体上看，“控制与设计”这个单元按照控制地手段一一控制系统一一控制系统地设计这样地思路来组织教材内容.上节课让学生对控制手段和控制应用有所了解,下节课要让学生进一步学习闭环控制系统地基本组成和简单地工作过程，因此,本课教案非常关键，是承上启下地核心内容.课程标准规定，通用技术课程地主要教育目标是培养和提高学生地技术素养，而技术素养中技术思想和方法又占有极其重要地地位.本课教案除了继续加深对技术与设计地知识深度和技能程度外,更是培养技术思想和方法地很好地平台和载体.我们知道,生活中有许多简单控制系统地实例，因此,本课教案要从学生生活经验出发，从实例分析入手，归纳出对控制系统地一般认识，了解两类控制系统，即开环控制系统和闭环控制系统,特别是要对开环控制系统地工作过程、方框图、重要参数进行分析.本课要突出地重点是：对控制系统和开环控制系统地理解以及用方框图描述开环控制系统地工作过程.本课要突破地难点是开环控制系统地工作过程分析.三、学习对象分析学生已具有电学基础知识和系统、控制等基本概念，具有观察和使用简单控制系统地生活体验,这些知识和经验为教案中为学生寻找教材以外地案例提供了条件，同时也为电灯、亮度可调灯、声控灯等开环控制系统实验操作地顺利进行提供了可能.四、教案策略分析＜一）让学生地自发地、主动地学习.本课教案中以“芝麻芝麻”声控制开门控制系统等问题解决为主线，激发学生地认知，引导学生自发地、主动地解决问题.＜二）创设情境.引导学生分析生活中地开环控制系统工作过程和方框，加强学生工作过程和方框图地理解和应用能力＜三）通过“闭上眼睛写字”等实验让学生体会开环控制系统输入与输出地关系和工作过程•五、教案资源准备多媒体教案设备、PPT课件、电灯、亮度可调灯、声控灯电路材料等六、教案过程教师：本节课我们学习控制系统和开环控制系统【板书】：控制系统开环控制系统＜一）教师引导学生活动1、“搜集我们周围使用控制技术地实例”活动情况交流引入：回顾一下，上节课我们学习了控制，什么是控制？控制是人们为了使事物向期望地方向发展所采取地什么？手段•改革开放以后，技术飞速发展，人民生活水平有了很大地提高•我们地社会，我们地家庭地许多产品运用了控制技术•上节课我布置同学们搜集周围使用控制技术地实例，同学们能不能把你搜集到地控制技术说一下？请几个学习活动小组组长汇报“搜集我们周围使用控制技术地实例”活动情况•可以使用电子稿•第10组搜集地是《阿里吧吧和四十大盗》故事中地“芝麻开门”.故事里面主人公阿里吧吧对着门说一声“芝麻芝麻，开门吧！”，门就开了，这是个用声音控制开门地例子•教师：这是一个富有想象力地故事，这个故事出自哪部名著？技术发展到今天我们能把它变成现实吗？由上述实例引导学生归纳控制系统概念2、控制系统用以完成一定控制任务地元、部件地组合.控制系统地输入输出之间有一定地对应关系控制系统老师：不管什么控制系统都是为了实现人地意图•同学们面对自然现象，不要怨天尤人，要增强人对自然现象地控制意识•问题提出：这些控制系统是怎样组成地？他们地工作过程是怎样地？输入输出之间有怎样地对应关系？这个也就是本节课地教案内容，下面我们来进行探究•3、探究<1）耿雨虹同学为组长地学习活动小组把电子稿拷贝到电脑里面并且通过教室里地多媒体教案系统放映在大屏幕上•【大屏幕】“搜集我们周围使用控制技术地实例”学习活动卡由耿雨虹同学讲解：控制目地、控制对象、控制系统地组成<2）要求学生分别画出电灯、亮度可调灯、声控灯地电路图，马上行动，找3个同学到黑板上画.<3）连接线路并进行实验找3个组<1、3、5组）同学按照电路图分别连接电灯、亮度可调灯、声控灯地电路•连接线路后进行实验•教师提示学生在接通电源前务必要进行检查•可能有地同学感到奇怪，徐老师怎么教起物理来了，我今天要教大家地不是串联电路，而是控制系统.<二）教师引导学生对常规灯与声控灯进行对比研究1、不同点和共同点教师：下面我们来探究一下它们地不同点，科学家地一个特点就是善于发现事物地不同点.电灯中电流与开关操作之间地关系，可以表示为：常规灯：关（开关>——无电流,灯灭.开（开关>――有电流,灯亮.照明用地常规灯，具有几种状态？两种，点亮与熄灭.对应开关有几种状态？两种，开和关.开一一有电流，灯亮,关一一无电流，灯灭.对于亮度可调灯来说，可以表示为：亮度可调灯：关（开关 >——无电流,灯灭开（开关>――有电流,灯亮电阻减小——电流增大，亮度增加对于声控灯来说，开关通过声传感器来操纵声控灯：无声--- 无电流，灯灭.有声有电流,灯亮.老师：不同点在哪里？引导学生：不同点输入量、输出量不同，它们地组成不同.老师：同学们，我们来比较一下，它们地共同点在哪里？谁来归纳它们地共同点？科学家地另一个特点就是善于归纳共同点，我们知道,牛顿名言：“我之所以比别人看得更远，是因为我站在巨人地肩膀上.”牛顿三定律就是牛顿在前人实验地基础上归纳出来地.引导学生：＜共同点）输出与输入之间存在一种单向地逻辑关系有输入才有输出，有付出才有收获，输入是因，输出是果,输入和输出是因果关系.共同点在哪里？引导学生：共同点表现在技术上可以看成控制系统，可以使用相同地方框图来描述.老师：能使用相同地方框图来表示吗？引导学生：用下面地方框图表示.12、进一步探究一一由声控灯控制系统到一般控制系统方框图老师：控制系统是怎样工作地？我们来探究一下声控灯控制系统地组成画出控制过程方框图由具体到抽象：在这个控制系统中控制器、执行器、被控对象分别是什么？引导学生：控制器、执行器、被控对象分别是声传感控制器、常开（断开〉接点、灯泡.【板书】：1教师对学生进行技术思想和方法地指导，使学生获得大智慧：由声控灯控制系统到一般控制系统方框图由具体到抽象地一个重要地思想和方法.开环控制系统方框图是对开环控制系统工作过程地总结和概括，如果说我们学习声控灯控制系统方框图只学到一个案例，那么,我们理解了开环控制系统方框图就等于学习了无数个同类型案例.如何让学习变成一件很快乐地事情？同类型题不需要做成百上千道，有数道练习就可以了，重要地是掌握做这一类型题地方法.3、教师结合声控灯控制系统引导学生归纳开环控制系统概念：提问：声控灯控制系统输出量对系统地控制产生影响吗？没有.控制系统地输出量不对系统地控制产生任何影响.这种控制系统就叫做开环控制系统.＜三）知识迁移——由抽象到具体请写出“芝麻开门”声控开门系统地控制方框图，有兴趣地同学课后可以制作模型，把神话变成现实.谁不懂写，请举手.当你明确“芝麻开门”声控开门系统是开环控制系统之后方框图你可以把开环控制系统方框图拿出来，想一想,控制器、执行器、被控对象分别是什么?引导学生写出:＜四）小实验：闭上眼睛写“控制系统”四个字.徐老师是在教小学生吗？不是•要求学生体验输出、输入、控制器、执行器、被控对象分别是什么•输入量：老师地指令输出量：所写地字引导请你写出“闭上眼睛写字”地控制过程方框图•对比开环控制系统地方框图分析：大脑一一控制器，手一一执行器，笔一一被控对象我们说闭上眼睛写字就是开环控制•请同学们课后去实验：睁开眼睛写“控制系统”四个字•思考：闭上眼睛写字与睁开眼睛写字地区别在哪里？为什么？以色列地“定点清除”，能够把炮弹打到几千公里以外地行驶地汽车，这是为什么？是不是炮弹长了“眼睛”？对了，正是炮弹长了“眼睛”，这不是普通炮弹，而是导弹•导弹打得准是因为它具备了自动修正地能力•睁开眼睛写字是否具备自动修正地能力？从而提出新问题：在控制系统中如何才能具备自动修正地能力？这就是我们下节课程要学习地闭环控制系统＜五）练习1生活中还有哪些开环控制系统？2、要求学生应用一般开环控制系统方框图在以下控制系统中任选公共汽2个画出其控制方框图车车门控制系统•红绿灯定时控制系统.防盗报警系统•火灾报警系统•音乐喷泉控制系统•闹钟定时控制系统.自动烘手机控制系统游泳池注水控制系统七、【板书设计】：1学生画地电灯、亮度可调灯、声控灯地电路图八、教案反思开环控制系统在生产、生活中具有重要意义，本节课通过对开环控制系统中控制过程地分析，帮助学生理解控制系统和开环控制系统，并学会应用简单地开环控制方法来解决问题，使学生地逻辑思维品质得到了发展.本节课不是从概念入手，讲什么是控制系统，什么是开环控制系统，工作过程如何、框图如何画等,而是从实例入手，通过做实验，与学生共同分析、归纳，从而得出开环控制系统工作过程.本节课对学生进行技术思想和方法地指导，从而使学生获得大智慧•课堂上从学生寻找生活中开环控制事例到学生动手实验再到开环控制系统特征和框图地归纳环环相扣，设计流畅,学生始终参与全程教案活动，能引导学生思维步步深入,从提出问题、分析问题到解决问题，符合高中学生认知规律•本节课为下节课“闭环控制系统”地教案埋下了伏笔，为后续课程地学习打下了良好基础•。
开环控制系统及工作原理
开环控制系统及工作原理
开环控制系统是指在控制过程中，输出变量不会对控制过程产生反馈调节的一种控制方式。
它的工作原理是系统在运行过程中，通过开环控制器将输入信号转换为输出信号，并不断修正控制器的输出信号，以达到对被控制对象进行控制的效果。
在开环控制系统中，输入信号通常是指用户对系统的设定值，也可以是其他外部因素的影响。
控制器接收输入信号后，将其转化为一个或多个输出信号，然后通过执行器或执行机构将输出信号传递给被控制对象。
被控制对象是指需要被控制的系统或设备，其状态会受到输出信号的影响。
工作过程中，开环控制系统并不能通过反馈手段对输出信号进行实时调节，因此其控制对象可能会受到外界干扰或内部变化的影响，导致输出与设定值之间存在偏差。
这意味着开环控制系统并不能保证输出信号与设定值完全一致。
开环控制系统的特点是简单且成本低廉，适用于对准确性要求不高或受控过程稳定的情况。
但同时，由于其无法对控制效果进行实时调节，对系统的可靠性和稳定性要求较高，因为一旦发生偏差，无法及时纠正。
总的来说，开环控制系统通过将输入信号转化为输出信号，并不断修正输出信号的方式来实现对被控制对象的控制。
尽管开环控制系统存在一定的局限性，但在适用的条件下仍然具有一定的实用性。
《技术与设计2》控制系统的工作过程与方式
游泳池注水控制系统方框图：
定时器 进水阀门
（1）定义：控制系统的输出量不对系统的控制 产生任何影响，这种控制称为开环控制系统。
浙江省兰溪市第三中学 陈永新
（2）特征：系统的输出量仅受输入量控制，输 入量到输出量之间的信号是单向传递。
自动门的控制系统
列举你所知道的开环控制系统。 开环控制系统的方框图
输入量
控制器 执行器 控制量 被控对象
输出量
水泵抽水控制系统 普通家用电饭煲的煮饭控制
通电信号 开关
加热盘
温度
内锅
温度升高 （煮饭）
浙江省兰溪市第三中学 陈永新
玩具活动猴的控制
1.宾馆、酒店的自动叫醒服务控制系统。 2.火灾自动报警控制系统。 客人 信息 烟雾 信号
设置电 脑程序
计算机
电话机
铃声 叫醒 报警 信号
浙江省兰溪市第三中学 陈永新
简单闭环控制系统的方框图
给定量 + 比较器 控制器 控制量 被控 执行器 对象
-
被控 量
检测装置
P106判断下列控制系统是否属于闭环控
制系统，画出方框图。
希罗的自动门
祭坛 点火
+
比较器
-
水罐 重锤
旋转
转动轴
检测装置
庙门
庙门 开启 关闭
浙江省兰溪市第三中学 陈永新
区别开环、闭环的游戏：在黑板上画了一个没有
1.分析典型案例，熟悉简单的开环控制 系统的基本组成和简单的工作过程。 2.熟悉闭环控制系统的基本组成，能画 出一个简单的闭环控制系统的方框图， 理解其中的控制器、执行器的作用。
浙江省兰溪市第三中学 陈永新
自行车行 驶的速度是如 何控制的？
开环控制系统的工作过程 课件(共23张PPT) 高中通用技术苏教版(2019)必修《技术与设计2》
1、某学校铃声控制系统的工作过程是:电脑根据设定的时间顺序,发出电
信号给功率放大器,使音箱发出铃声。关于该控制系统的说法中,不正确的
是( ) A.控制器是电脑
D
B.执行器是功率放大器
C.被控对象是音箱
D.输出量是功率放大器发出的电信号
2、如图所示为公共厕所人体感应自动供水系统示意图。当探头检测到
有人进入厕所,控制器控制电磁阀打开,向水箱供水。该供水控制系统的
第四单元
控制及其设计
第二节 开环控制系统的工作过程
复习
1.什么是控制？
人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手 段，使事物向期望的目标发展。
2.控制的三要素：
控制的对象、控制目的、控制手段
复习
3.控制的分类：
（1）控制过程中人工干预的情形来分： 人工控制
自动控制
机械控制
（2）按执行部件的不同来划分：
控制器
执行器
被控对象
其工作过程是由 “声－电转换装置”将起伏的音乐信号转换为随之 而变化的电信号，从而驱动电动机及水泵转动。音乐声信号强， 水泵的转速就快，喷泉的压力就大，喷出的水柱就高。反之，喷 出的水柱就低。音乐信号的强弱与喷出水柱的高低一一对应。
控制器
执行器
被控对象
音乐信号 （输入）
声-电转 换装置
触点闭合
声音报警
控制系统
水位 输入
水位传感器、控制器、报警器 水位控制系统方框图
声音 输出
任何控制都要通过若干个环节来实现，这些环节所涉及的装置构成了 一个系统，称为控制系统。控制系统的输入与输出之间有一定的对应关 系。
【任务二】分析开环控制系统工作过程 【技术体验】搭建定时浇水控制系统
举例叙述开环控制系统的基本组成和工作过程
举例叙述开环控制系统的基本组成和工作过程开环控制系统是一种控制系统，其中输出不会对系统的输入进行监控或调整。
它使用预定的输入信号，通过预先设定的控制策略来驱动系统，并期望系统将输出符合预定的要求。
开环控制系统通常具有简单的结构和低成本，适用于一些不太复杂或要求精度不高的控制任务。
一个典型的开环控制系统包括四个基本组成部分：输入，控制器，执行器和反馈。
下面将详细介绍各个组成部分和开环控制系统的工作过程。
第一部分是输入。
输入是一个给定的信号或指令，作为控制系统的输入。
它可以是一个预定的数字或模拟信号，代表所需的控制操作。
例如，一个温度控制系统中的输入可以是所需的目标温度。
第二部分是控制器。
控制器是一个决策装置，根据输入信号采取操作来控制系统。
控制器可以是一个简单的开关或模拟电路，也可以是一个复杂的计算机程序或算法。
它根据预定的控制策略将输入信号转换为合适的控制操作。
第三部分是执行器。
执行器是负责执行控制操作的设备或机构。
它接收来自控制器的信号，并将其转换为实际的物理动作。
例如，在温度控制系统中，执行器可以是一个加热元件，根据控制器的操作指令调节加热功率。
最后一个部分是反馈。
反馈用于监测和评估系统的实际输出，并将此信息反馈给控制器。
反馈可以是通过传感器收集的实时数据。
例如，在温度控制系统中，反馈可以是通过温度传感器获得的当前温度值。
开环控制系统的工作过程可以总结为以下几个步骤：首先，控制器接收输入信号，并根据预定的控制策略生成相应的控制操作。
例如，如果输入信号是一个目标温度值，控制器将根据当前温度和目标温度之间的差异生成一个加热功率控制操作。
然后，执行器接收控制操作，并将其转换为实际的物理动作。
例如，在温度控制系统中，执行器根据控制器的操作指令调节加热功率，并将热量输入到被控制系统中。
接下来，反馈装置监测系统的实际输出，并将此信息反馈给控制器。
例如，温度传感器测量被控制系统的当前温度，并将其反馈给控制器。
开环控制系统工作过程
开环控制系统工作过程教学设计石嘴山市光明中学朱宏【课题】：控制系统的工作过程与方式（开环控制）【教学目标】：1、知识与技能了解控制系统的含义及特征；能说出简单开环控制系统的组成部分和其工作过程；能画出一个简单开环控制系统的方框图。
2、过程与方法通过分析典型的案例，理解开环控制系统的特征和工作过程，并能用方框图进行描述；通过活动猴的制作，亲自动手实施控制，实现理论与实践的结合。
3、情感态度与价值观通过对控制的亲身体验和案例分析，增强学生对控制技术的探究能力并应用于实际的生活。
【教学重点与难点】：教学重点：开环控制系统的组成及其工作方式。
教学难点：用控制系统方框图描述开环控制系统的工作过程。
【教学策略】创设情境，引导学生分析生活中的开环控制系统工作过程和方框图。
动手试验，体会开环控制系统输入与输出的关系【课时安排】：1课时【教学过程】一、引入前一节课我们学习了控制的手段和应用，对控制有了了解，今天我们共同体验一个控制的游戏，醉汉回家（flash动画），并请大家思考：在这个控制现象中控制的对象是什么? 控制的手段是什么？控制的目的是什么？看来同学们对控制还是比较了解的，控制的对象，手段和目的是控制系统的三要素。
为了更好的了解控制，设计控制，提高人们工作的效率。
我们今天一起来学习控制系统的工作过程和方式。
板书：开环控制系统的工作过程和方式二、新课讲授（一）控制系统任何一种控制的实现，都要通过若干环节共同实现，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统，称为控制系统。
在上面的游戏醉汉回家中人，手，鼠标及醉汉共同组成了控制系统。
不管控制系统所采用的控制手段是人工控制还是自动控制，它们都有一个共同的特征：，即一个输入信号对应着一个输出信号。
如电灯、电风扇的控制系统。
请学生说出这两个控制系统工作的输入和输出。
（二）开环控制系统让学生参与游戏画人头像，请一位同学在黑板上睁着眼画一遍，再蒙上眼画一遍，并让学生说出两次不同结果的原因。
通用技术开环和闭环控制系统
精选ppt
12
水箱注水控制系统方框图：
设定 时间
控制器
水流量
水箱的水位
进水阀门
水箱
（输出）
增加反馈后水箱注水控制系统方框图
给定
比较器 +
水位
控制器
-
水流量
进水阀门
水箱
检测装置
水箱的水位 （输出）
精选ppt
13
1、定义：
系统的输出量返回到输入端并对控制过程产 生影响的控制系统称为闭环控制系统
第二节 控制系统的 工作过程与方式
精选ppt
1
一、控制系统
电风扇的风速控制是通过改变电机的转速 来实现的。给电风扇设定风速挡位，电机就以 一定的转速带动扇叶转动，输出预定的风速。 风速挡位是该控制系统的输入，扇叶转动的风 速是该控制系统的输出，一个挡位对应着一个 风速。
精选ppt
2
电风扇的控制
输入 风速挡位
控制系统
输入
输出
电风扇风速控制 调速器或档位 风扇的转速
电饭煲
电源的电信号 锅内的温度
脱粒机
电源的电信号 脱粒的量
红外线自动水龙头 人手的红外信号 水龙头的出水量
精选ppt
5
2、分类：
开环控制系统 控 （open loop control system） 制 系 统
闭环控制系统 （closed loop control system）
祭坛点火水罐重锤开启关闭转动轴旋转1家用缝纫机的缝纫速度控制系统属于开环控制系统脚踏力度脚蹬曲柄链轮中轴链条缝纫速度2电冰箱的温度控制系统属于闭环控制系统温度计温度设定温度控制制冷装置温度值检测装置比较器设定声音分贝控制电路灯泡计时器灯光时间3走道路灯的声光控制系统开环4交通路口红绿灯自动控制系统闭环设定车流红绿灯计时器红绿灯显示时间检测装置开环闭环控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响系统的输出量仅受输入量控制输入量到输出量之间的信号是单向传递系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响输出量到输入量之间的信号形成一个回路反馈回路
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4.2 .1 《开环控制系统的工作过程与方式》教学设计
【整体设计说明】
（一）本节在单元中的地位
本课教学内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”的第二节“控制系统的工作过程与方式”的第1课时。
从总体上看，“控制与设计”这个单元按照控制的手段——控制系统——控制系统的设计这样的思路来组织教材内容。
上节课让学生对控制手段和控制应用有所了解，下节课要让学生进一步学习闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程，因此，本课教学非常关键，是承上启下的核心内容。
（二）学生学情分析
学生对“控制”一词并不陌生，经常提到控制温度、控制时间、控制音量、控制亮度、控制电流等。
在生活、学习中，学生对控制形成了或多或少的感性认识，这些认识仅限于表面现象，对控制系统的组成和工作过程并没有进行过深入思考和研究。
但学生毕竟也经常进行控制操作，对控制有一些体会，在物理等学科中学习了电子、传感器基础知识，具有观察和使用简单控制系统的生活体验，这些知识和经验在教学中为学生寻找教材以外的案例提供了条件，为学生配合教师教学提供了可能。
（三）本节整体教学思路
开环控制系统的基本组成与工作过程对后面的闭环控制和控制方案的设计至关重要，所以这节的教学一定要落实到位，使学生真正吃透和理解。
要达到这样的效果，教师必须引导学生对典型实例详细分析，使学生对实例中的控制过程和原理有一个清晰的认识，然后再引导学生从中抽取出控制系统的基本组成：传感器、控制器、执行器、被控对象，各个组成部分的功能和作用学生自然也明白了。
对于控制系统的基本组成的作用，学生一般不难理解，但对于它们的工作原理，学生可能会存在许多问题，也极有可能在课堂教学中提出这些疑问。
对于疑问的学生，教师要给予表扬和鼓励，这是学生技术素养提高的一个具体表现，培养学生的质疑的教学的一个重要方面。
教师要不失时机地进行正确引导，同时在备课过程中应注意相关内容的学习和准备。
在“技术与设计1”中曾提出“技术是综合知识的结晶”。
笔者认为在本节内容的教学中可以予以回溯，因为作为控制系统的基本组成涉及的学科比较多，单就传感器来讲，就可能涉及光、声音、射线、压力、温度、化学成分等，回扣这一内容一是可以加深学生对“技术需要综合知识”的进一步理解，二是可以激发学生学习其他学科知识的积极性，强化通用技术课程和其他领域课程的联系。
本节课教学应当避免“纸上谈兵”。
教师可以利用学校现有的实验器材、教学设施资源，或通过自制或改制教具，尽量创造条件，利用实物展开教学。
比如：声控自动门、游泳池注水系统等。
利用这些必能起到事半功倍的效果。
本节课内容也是培养学生动手能力、探究性学习能力、分析研究能力的较好载体，比如教学中可以让学生研究控制系统的工作情况。
（四）本节教学策略
1、让学生的自发地、主动地学习。
本课教学中以案例分析为主线通过几个经典控制系统案例，激发学生的认知，引导学生自发地、主动地解决问题。
2、创设情境。
引导学生分析生活中的开环控制系统工作过程和方式，加强学生工作过程的理解和应用能力。
3、通过“活动猴”等试验让学生体会开环控制系统输入与输出的关系和工作过程。
（五）教学目标
（一）知识与技能：
1、通过引导学生对周边实例的分析，理解控制系统的含义。
2、掌握开环控制系统的基本组成和工作过程，熟悉简单开环控制的工作原理和过程。
3、知道一般控制系统的描述方法，能绘制开环控制系统方框图。
（二）过程与方法
1、使学生体验控制系统的分析过程与分析方法，培养学生科学思维能力。
2、让学生从生活经验出发，从实例分析入手，能归纳出对控制系统的一般认识。
（三）态度与情感
1、通过自动控制与人工控制的对比，使学生体验技术发明与创新对造福人类的重大意义。
2、强化通用技术与其他课程的联系，激发学生学习其它学科知识的积极性。
（六）教学重难点：
1.教学重点：
（1）开环控制系统的构成与判断。
（2）开环控制系统在日常生活中的应用和系统方框图的书写。
2.教学难点：开环控制系统的构成与判断。
（七）教学时间：1课时
（八）教学准备：
自制游泳池注水系统，自制声控门，PPT课件
【教学过程与方法】
教学
内容
教师活动学生活动设计意图
情景引入：
早上出发前时忘了关窗户，天有不测风
云，中午突然下起了雨，结果身在单位的上
班族只能眼睁睁等着雨水进入室内。
此时束
手无策，恨不得插上翅膀飞回家去关窗户。
同学们，我们能不能从技术的角度帮上班族
想想办法，解决这个难题
思考回答。
可以
设计一种自动关闭窗
户的装置
设计情境，
吸引学生注意
力。
问题提出
如果可以有这样的控制系统，这个控制
系统是怎样组成它的工作过程是怎样的输
入输出之间的对应关系又是如何呢
这个也就是本节课的教学内容，下面我
们来进行探究。
自动关闭窗户装
置
解析：假设常态下窗户是打开的，有一
个感湿器放在窗户的上部，当他感测到有雨
点是，干时期发出一个先好接通电源使电机
转动，带动窗户关闭；当不下雨时，感湿器
没有输出信号，窗户处于打开状态；感湿器、
电动机、窗户构成了一个控制系统。
问题：该控制系统的输入，输出是什么
学生听讲，思考，
回答问题。
输入：雨水。
输出：窗户的关
闭。
控制系统的概念
控制系统：任何一个控制系统的实现，都要通过若干个环节共同实现，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统，称为控制系统。
控制系统的输入与输出之间有一定的对应关系。
教学反思：
在教学设计上，不是从概念入手，讲什么是控制系统，什么是开环控制系统，工作过程如何、框图如何画等，而是对学生进行技术思想和方法的指导，通过教具引导学生认识什么是开环控制系统，使学生获得智慧：由自动门控制系统到一般控制系统方框图由具体到抽象的一个重要的思想和方法。
开环控制系统方框图是对开环控制系统工作过程的总结和概括，学生对书写控制的方框图较难掌握，因此用“逆推法”分析如何实现门的自动控制。
所有，教学难点的突破，在于前面的铺垫，以充分的铺垫作为突破口，这是教学的原则和教学艺术的一个重要体现。
在学法指导上，从学生寻找生活中开环控制事例到学生动手试验再到开环控制系统特征和框图的归纳环环相扣，设计流畅，学生始终参与全程教学活动，能引导学生思维步步深入，从提出问题、分析问题到解决问题，符合高中学生认知规律。
本节课为下节课“闭环控制系统”的教学埋下了伏笔，为后续课程的学习打下了良好基础。
不足：学生是普高学生，所以在教学内容上紧扣教材没有太多的延伸，内容设计上较浅显，缺少延伸。