控制系统的设计与实施

1、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

2、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：

3、（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

4、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

5、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！ 八、教学过程：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

6、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度 时，进水口停止进水

7、。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

8、同学观看。通过实物元件展示的，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

9、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

10、设计一些控制系统。小结1、明确控制目的、控制对象；2、理清楚干扰因素、被控量和控制量；3、选择经济、易于实现的手段来实现。 学生自主归纳总结通过小结，巩固知识，同时培养学生的归纳总结能力。九、板书设计4.4 控制系统的设计与实施一、控制系统设计的一般思路二、水箱注水自动控制系统的设计三、控制系统的设计实施案例十、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