4.4 控制中的干扰 教案-2023-2024学年高中通用技术粤科版（2019）必修 技术与设计2
2024-01-26 18:49:01 学考宝 作者：佚名
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通用技术 必修 技术与设计2
第四章 控制及其设计
第四节控制中的干扰
教学背景
党的二十大报告指出，“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略”。
通用技术是一门与科学技术息息相关的学科。回顾人类的发展历程，从石器时代、青铜时代、蒸汽机时代直到当今的信息时代，技术进步改变着人类的生活和生产方式。我们的生活、工作、生产处处都要用到技术，例如我们手中拿的圆珠笔和钢笔就是多次技术改造的结果，使我们足不出户就可以了解世界的电视机也是技术发明的成果。认识技术、善用技术，已成为现代人必须具备的素质。
教学目标：
知道什么是控制中的干扰。
了解简单的干扰现象及其对控制功能的影响，了解克服干扰的基本方法。
经历将基础知识应用于技术实践和创新的过程，同学们会养成实事求是、精益求精的习惯，能运用规范的技术语言和设计制作方法去解决一些实际的技术问题。
教材分析
本节课在前面知识的基础上，讲述控制中的干扰。要求学生知道在控制系统中，干扰是客观的存在的，了解避免干扰的方法。能结合案例分析找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素，找到尽可能避开或抑制干扰因素对控制系统影响的办法。
学生情况
干扰是普遍存在的，高中学生能对简单的控制实例干扰因素进行分析，但是关于如何克服于扰因素对控制系统的影响，对学生来说比较困难。
教学重难点:
重点:知道什么是干扰，能分析控制系统的干扰因素。
难点:掌握克服干扰因素对控制系统的影响方法。
教学策略:
本节课教学主要由教师通过实物图片和多媒体手段设置学习情境，并加以引导，让学生在过程中自主探究、自主建构设计原则知识并形成能力。
教学准备:
展示用的图片、其他技术产品、多媒体课件。
教学过程:
情景导入:
老师：本节课我们学习通用技术 必修 技术与设计2第四章控制及其设计
第四节控制中的干扰。
人在踩踏自行车的时候，自行车的行驶速度会被各种干扰因素所影响。例如，逆风情况下自行车的行驶速度会降低，路面凹凸不平或者上斜坡时也会便其速度减缓等，所有这些干扰因素都会使自行车行驶速度偏离期望值，那么如何克服这些干扰呢
为此，某自行车生产厂家在自行车的援冲、抗震、变速等方面做了改进，使得自行车能够轻松应对平路、上下坡、土路、顶风等复杂路况和天气，使人们的出行更加快速和省力。
控制系统的抗干扰设计，能尽量减少控制系统运行过程中各种干扰带来的控制误差。
导学思考
你还想到了哪些干扰因素对控制系统造成影响的例子 如何克服这些干扰呢
一、干扰对控制功能的影响
在实际的控制系统中，常常会有一些变化不定的因素对系统的行为造成不良的影响,这种有害的因素，我们称其为“干扰”。当我们考虑干扰对控制系统的影响时，开环控制系统和闭环控制系统的方框图如图4-35、图4-36所示。
干扰会使被控对象产生错误动作。具体的理论分析比较复杂，这里我们只讨论一些较为简单的情况。例如，电冰箱的温度控制系统在正常工作情况下可以保持冰箱内的温以稳定在设定的范国内，但当我们打开冰箱门取物时，由于外部的温度与冰箱内的温度不同（一般是外部温度高于内部温度），会使冰箱内的温度突然变化，这个变化对于电冰箱的温度控制系统就相当于一个干扰。
在射箭的过程中，虽然运动员已经瞄准了靶心。但箭射出去后，如遇突然吹来的侧凤，箭的飞行肯定会受到影响，因此变化不定的风对射箭就是一种干扰。在一个控制系统中，实际的干扰可能出现在各个环节，但为了在描述和分析控制系统时有一个统一的形式，都假设干扰是加到被控对象上，这是一种等效的方法，即如果实际干扰是加在控制器或执行器等环节，并使被控量发生了变化，那么这个干扰可以用个加在被控对象上并使被控量发生同样变化的干扰代替。
干扰的影响是相对的，如在战争中，为了摆脱敌方红外制导武器的攻击，会通过飞机释放大量的红外干扰弹，使红外制导武器失去目标。
思考
1.开环控制系统和闭环控制系统中哪个受干扰的影响较小？为什么
2.列举一些由于干扰的存在而使控制系统受到影响的例子。
二、克服干扰的基本方法
由于干扰的复杂性，比较全面地讨论在系统中克服干扰的方法需要较多控制原理的知识。这里我们只对克服干抗的方法做一些原则性的介绍。
由上面的分析可以看出。具有闭环结构的控制系统比开环结构的控制系统有更好的抗干扰能力。一般来说，闭环控制系统能不断地修正控制效果，以减少被控量和基准量（期望值）之间的误差。所以闭环控制系统比开环控制系统有更好的抗干扰能力。
另外，从干扰的性质来说，有些干扰是可以避免的，而有些干扰是不可完全避免的，只能减少干抗造成的误差。如风速和风向的变化对飞行中的飞机、导弹的干扰是不可完全避免的。对了这类干扰，我们只能在提高控制系统的性能上多下功夫；而对于有些干扰，我们可以采取消除、减弱它的方法。如果在室内进行射箭活动，就可消除或减弱对箭飞行的干扰:一些化学反应容易受到温度变化的影响，我们可以使它们在恒温环境中进行。
多门电冰箱（图4-38) 可使每个门对应一个独立的空间，这样在打开一个门取物时，就减小了对其他门内温度的影响，所以在一定程度上减少了外界温度对冰箱其他空间温度的干扰。可见，克服干抗的基本方法，就是要分析干扰的性质，然后对症下药。
实践
设计项目
项目1: 升国旗定时控制装置。
项目2:恒温箱的温度控制装置。
目的及要求
1.通过具体的设计制作活动，进一步理解和应用控制系统设计的基本思想和方法。
2.绘制简单的设计图纸，编制设计说明书。
3.若有条件，尝试运行（或模拟）设计方案。
4.尽量使用计算机辅助设计软件进行设计。
5.以小组为单位，分工合作完成。
设计过程
1.设计目标及要求。讨论并列出具体的性能指标，如设定时间（项目1）、恒定温度（项目2)等。
2.搜集相关资料。
（1）了解同类（或相关）项目（装置）的工作原理。
（2）搜集、整理相关的技术资料。
3.制订设计方案。
（1）绘制简单的设计图纸，有条件可运用绘图软件绘制。
（2）列出所用的元器件清单。
4.收集意见，修改设计方案。
5.有条件可模拟系统方案的实施。
编写设计说明书
1.对设计项目进行简要的定性分析。
2.阐明重点考虑的因素及它们之间的关系。
3.列出费用预算。
4.简要描述设计方案的实施效果。
5.附上设计图纸。
评价与小结
1.以班级为单位，分别对各小组的设计方案（表4-5）进行评价。
表4-5 设计方案评价参考
编号 评价指标 小组自评 小组互评 教师评价
1 功能实现程度
2 元素选择，配置的合理性
3 安全性
4 经济性、节能程度
5 美观性
6 设计特色（创意）
7 设计图纸绘制水平
8 设计说明书编写水平
9 其他
说明
师生共同讨论列出评价指标，并对评价指标进行的细化、完善。
为各评价指标确定权重。
2.比较各小组的设计方案（表4-6），分别列出各个方案的优点和不足。
表4-6 各组设计方案的评价
方案序号 优点 不足 改进建议
1
2
3
4
讨论、思考、形成小论文。
每位同学组织一篇小作文，可以从不同的方面进行展开。
完成后，与同学们进行讨论、分享。
课后作业
1.单次投掷篮球和射箭的过程都属于开环控制，但两者对风的抗干扰能力大不相同。你认为如何才能提高开环控制的抗干扰能力
2.人在骑自行车的过程中会受到路况、风力、噪声、刺眼的阳光、突发的事件等干扰，如何才能克服这些干扰
3.交通法规禁止开车时拨打和接听手机。从控制系统的角度分析拨打和接听手机干扰了控制系统的哪个环节 为什么
4.如果将某人通过电话叫对方干某事的过程看作是一个控制，那么线路中的噪声及通话双方所在环境的中杂声都有可能干扰通话效果。分析两种干扰的性质，提出克服干扰的措施。
5.如果图4-36中的“干扰”对“被控对象”以外的部分进行干扰时，闭环控制系统还能克服干扰吗
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