4.4控制中的干擾教案-高中通用技術粵科版必修技術與設計2

通用技術必修技術與設計2第四章控制及其設計第四節(jié)控制中的干擾教學背景黨的二十大報告指出，“教育、科技、人才是全面建設社會主義現(xiàn)代化國家的基礎性、戰(zhàn)略性支撐。必須堅持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力，深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略”。通用技術是一門與科學技術息息相關的學科?；仡櫲祟惖陌l(fā)展歷程，從石器時代、青銅時代、蒸汽機時代直到當今的信息時代，技術進步改變著人類的生活和生產(chǎn)方式。我們的生活、工作、生產(chǎn)處處都要用到技術，例如我們手中拿的圓珠筆和鋼筆就是多次技術改造的結果，使我們足不出戶就可以了解世界的電視機也是技術發(fā)明的成果。認識技術、善用技術，已成為現(xiàn)代人必須具備的素質。教學目標：知道什么是控制中的干擾。了解簡單的干擾現(xiàn)象及其對控制功能的影響，了解克服干擾的基本方法。經(jīng)歷將基礎知識應用于技術實踐和創(chuàng)新的過程，同學們會養(yǎng)成實事求是、精益求精的習慣，能運用規(guī)范的技術語言和設計制作方法去解決一些實際的技術問題。教材分析本節(jié)課在前面知識的基礎上，講述控制中的干擾。要求學生知道在控制系統(tǒng)中，干擾是客觀的存在的，了解避免干擾的方法。能結合案例分析找出影響簡單控制系統(tǒng)運行的主要干擾因素，找到盡可能避開或抑制干擾因素對控制系統(tǒng)影響的辦法。學生情況干擾是普遍存在的，高中學生能對簡單的控制實例干擾因素進行分析，但是關于如何克服于擾因素對控制系統(tǒng)的影響，對學生來說比較困難。教學重難點:重點:知道什么是干擾，能分析控制系統(tǒng)的干擾因素。難點:掌握克服干擾因素對控制系統(tǒng)的影響方法。教學策略:本節(jié)課教學主要由教師通過實物圖片和多媒體手段設置學習情境，并加以引導，讓學生在過程中自主探究、自主建構設計原則知識并形成能力。教學準備:展示用的圖片、其他技術產(chǎn)品、多媒體課件。教學過程:情景導入:老師：本節(jié)課我們學習通用技術必修技術與設計2第四章控制及其設計第四節(jié)控制中的干擾。人在踩踏自行車的時候，自行車的行駛速度會被各種干擾因素所影響。例如，逆風情況下自行車的行駛速度會降低，路面凹凸不平或者上斜坡時也會便其速度減緩等，所有這些干擾因素都會使自行車行駛速度偏離期望值，那么如何克服這些干擾呢?為此，某自行車生產(chǎn)廠家在自行車的援沖、抗震、變速等方面做了改進，使得自行車能夠輕松應對平路、上下坡、土路、頂風等復雜路況和天氣，使人們的出行更加快速和省力?？刂葡到y(tǒng)的抗干擾設計，能盡量減少控制系統(tǒng)運行過程中各種干擾帶來的控制誤差。導學思考你還想到了哪些干擾因素對控制系統(tǒng)造成影響的例子?如何克服這些干擾呢?一、干擾對控制功能的影響在實際的控制系統(tǒng)中，常常會有一些變化不定的因素對系統(tǒng)的行為造成不良的影響,這種有害的因素，我們稱其為“干擾”。當我們考慮干擾對控制系統(tǒng)的影響時，開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖如圖435、圖436所示。干擾會使被控對象產(chǎn)生錯誤動作。具體的理論分析比較復雜，這里我們只討論一些較為簡單的情況。例如，電冰箱的溫度控制系統(tǒng)在正常工作情況下可以保持冰箱內(nèi)的溫以穩(wěn)定在設定的范國內(nèi)，但當我們打開冰箱門取物時，由于外部的溫度與冰箱內(nèi)的溫度不同（一般是外部溫度高于內(nèi)部溫度），會使冰箱內(nèi)的溫度突然變化，這個變化對于電冰箱的溫度控制系統(tǒng)就相當于一個干擾。在射箭的過程中，雖然運動員已經(jīng)瞄準了靶心。但箭射出去后，如遇突然吹來的側鳳，箭的飛行肯定會受到影響，因此變化不定的風對射箭就是一種干擾。在一個控制系統(tǒng)中，實際的干擾可能出現(xiàn)在各個環(huán)節(jié)，但為了在描述和分析控制系統(tǒng)時有一個統(tǒng)一的形式，都假設干擾是加到被控對象上，這是一種等效的方法，即如果實際干擾是加在控制器或執(zhí)行器等環(huán)節(jié)，并使被控量發(fā)生了變化，那么這個干擾可以用個加在被控對象上并使被控量發(fā)生同樣變化的干擾代替。干擾的影響是相對的，如在戰(zhàn)爭中，為了擺脫敵方紅外制導武器的攻擊，會通過飛機釋放大量的紅外干擾彈，使紅外制導武器失去目標。思考1.開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)中哪個受干擾的影響較?。繛槭裁?2.列舉一些由于干擾的存在而使控制系統(tǒng)受到影響的例子。二、克服干擾的基本方法由于干擾的復雜性，比較全面地討論在系統(tǒng)中克服干擾的方法需要較多控制原理的知識。這里我們只對克服干抗的方法做一些原則性的介紹。由上面的分析可以看出。具有閉環(huán)結構的控制系統(tǒng)比開環(huán)結構的控制系統(tǒng)有更好的抗干擾能力。一般來說，閉環(huán)控制系統(tǒng)能不斷地修正控制效果，以減少被控量和基準量（期望值）之間的誤差。所以閉環(huán)控制系統(tǒng)比開環(huán)控制系統(tǒng)有更好的抗干擾能力。另外，從干擾的性質來說，有些干擾是可以避免的，而有些干擾是不可完全避免的，只能減少干抗造成的誤差。如風速和風向的變化對飛行中的飛機、導彈的干擾是不可完全避免的。對了這類干擾，我們只能在提高控制系統(tǒng)的性能上多下功夫；而對于有些干擾，我們可以采取消除、減弱它的方法。如果在室內(nèi)進行射箭活動，就可消除或減弱對箭飛行的干擾:一些化學反應容易受到溫度變化的影響，我們可以使它們在恒溫環(huán)境中進行。多門電冰箱（圖438)可使每個門對應一個獨立的空間，這樣在打開一個門取物時，就減小了對其他門內(nèi)溫度的影響，所以在一定程度上減少了外界溫度對冰箱其他空間溫度的干擾。可見，克服干抗的基本方法，就是要分析干擾的性質，然后對癥下藥。實踐設計項目項目1:升國旗定時控制裝置。項目2:恒溫箱的溫度控制裝置。目的及要求1.通過具體的設計制作活動，進一步理解和應用控制系統(tǒng)設計的基本思想和方法。2.繪制簡單的設計圖紙，編制設計說明書。3.若有條件，嘗試運行（或模擬）設計方案。4.盡量使用計算機輔助設計軟件進行設計。5.以小組為單位，分工合作完成。設計過程1.設計目標及要求。討論并列出具體的性能指標，如設定時間（項目1）、恒定溫度（項目2)等。2.搜集相關資料。（1）了解同類（或相關）項目（裝置）的工作原理。（2）搜集、整理相關的技術資料。3.制訂設計方案。（1）繪制簡單的設計圖紙，有條件可運用繪圖軟件繪制。（2）列出所用的元器件清單。4.收集意見，修改設計方案。5.有條件可模擬系統(tǒng)方案的實施。編寫設計說明書1.對設計項目進行簡要的定性分析。2.闡明重點考慮的因素及它們之間的關系。3.列出費用預算。4.簡要描述設計方案的實施效果。5.附上設計圖紙。評價與小結1.以班級為單位，分別對各小組的設計方案（表45）進行評價。表45設計方案評價參考編號評價指標小組自評小組互評教師評價1功能實現(xiàn)程度2元素選擇，配置的合理性3安全性4經(jīng)濟性、節(jié)能程度5美觀性6設計特色（創(chuàng)意）7設計圖紙繪制水平8設計說明書編寫水平9其他說明師生共同討論列出評價指標，并對評價指標進行的細化、完善。為各評價指標確定權重。2.比較各小組的設計方案（表46），分別列出各個方案的優(yōu)點和不足。表46各組設計方案的評價方案序號優(yōu)點不足改進建議1234討論、思考、形成小論文。每位同學組織一篇小作文，可以從不同的方面進行展開。完成后，與同學們進行討論、分享。課后作業(yè)1.單次投擲籃球和射箭的過程都屬于開環(huán)控制，但兩者對風的抗干擾能力大不相同。你認為如何才能提高開環(huán)控制的抗干擾能力?2.人在騎自行車的過程中會受到路況、風力、噪聲、刺眼的陽光、突發(fā)的事件等干擾，如何才能克服這些干擾?3.交通法規(guī)禁止開車時撥打和接聽。從控制系統(tǒng)