控制系统的设计与实施
教 材：（凤凰国标教材）普通高中课程标准实验教科书 通用技术（必修2） 文档内容：控制系统的设计与实施
章 节：第四单元 控制与设计 第四节 控制系统的设计与实施 课 时：第2～3课时
一、教学目标
1. 了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，采用逆推法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； 3. 学会简单控制系统的调试运行，提出改进方案。
二、教学重点
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。
三、教学难点
调试运行，提出改进方案。
四、教学方法
讲授、讨论、小组实践。
五、设计思想 1. 教材分析
在前3节对开环控制系统和闭环控制系统工作过程和原理介绍的基础上，本课主要使亲历一个完整的控制系统设计和模型制作过程。重要的是让学生亲历设计的过程，知道怎样通过分析被控对象的基本特性，确定被控量、控制量，形成控制系统的设计框图，对于开环控制系统和闭环控制系统的制作和实施，课标有着不同层次的要求，对于开环要求能制作一个完整的简单的控制装置，对于闭环控制系统。要求学生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. 学情分析
学生对控制系统已经有了基本了解，对系统设计的各环节以及模型或原型制作的基本方法有所熟悉。 设计制作中具体技术和专业知识（如电子、电路及机械控制知识等）有所欠缺，给控制的设计和实施带来了一定的困难。
六、教学资源准备
多媒体课件、电饭锅若干、干簧管一只（常开）、发光二极管一只、导线若干条、微型开关二个（常开、常闭）。
七、教学过程 （一）引入：
教师与学生一起回顾开环控制和闭环控制的相关知识，为下面的新知识讲授打下伏笔。 （二）新课
◇ 设计项目一：衣柜自控灯的设计（直接引入题目，便于学生积极思考。） 设计要求：开门灯即亮，关门就会自动熄灭。
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1. 衣柜自控灯设计分析
自控灯的控制工作过程：灯安装在衣柜内，开门灯即亮，关门就会自动熄灭。
被控对象——灯泡 被控量——灯泡亮/灭 控制量——开关通与不通 控制方案——开环控制系统
元器件——开关、电源、灯泡…… 干扰: 电压的波动
影响: 电流波动、灯光闪烁
讨论：通过改变什么，实现灯的亮与灭？
2. 方案构思：选择开环控制系统实现自控灯的控制要求。 确定了确定控制系统的设计方案后，画出必要的电器线路图，选择适当型号的元件和配件，进行组装、调试。
3. 方案的呈现：学生根据给定的材料，呈现小组方案。
4. 分组实践：根据设计方案和已给材料（各种电子开关、灯泡、双金属片等），组装衣柜自控灯模型。 5. 展示与点评：展示部分小组作品并调试。 6. 拓展与延伸
提问：这类控制设计方案，除了用在衣橱上，还可以用在哪里？ （门窗、橱柜、抽屉、保险柜……）
如果把被控对象换成电铃，那么它又可做成什么？（防盗报警控制系统） 如果把执行器开关换成声控开关的话，它又可做成什么？（声控灯） 如果把执行器开关换成光控开关的话，它又可做成什么？（光控灯） ……
◇ 设计项目二：以普通电饭锅的限温、保温控制为例，体验简单的闭环控制系统。 分组完成：
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1. 观察普通电饭锅的内部结构，了解各元件的作用 2. 分别画出普通电饭锅的限温、保温控制的方框图 3. 普通电饭锅的限温、保温控制设计分析
八、教学反思
在本节课的教学中，分别以衣柜自控灯设计、普通电饭锅的限温和保温控制分析这两个设计活动为主线，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。在这样一个体验过程中，学生才可能对教学目标有一个全面理解和认识。
活动中，学生遇到一些问题，比如：在我所给的材料中，对有些材料（如开关、双金属片等）比较陌生；学生在比较权衡完毕后，还会对原来的方案进行进一步的改进；学生在对控制系统电路连接调试中灯泡不亮等等。整节课的课堂氛围好，学生兴趣高，能按时完成任务。
附：普通电饭锅控制原理资料
电饭锅是利用发热板，在铝质锅的底部煮饭。发热板内藏电热线，这电热线是由自动开关控制。 发热板的中央有一圆孔，孔内有一感温软磁，它借着弹簧向上顶贴着锅底。这是一种纯铁氧体。它在100℃或以下时，可以被永久磁铁吸引。但当升至103℃时，则失去磁性，不再受永久磁铁吸引。
当按下开关按键，开关横杆把磁铁向上顶贴着感温软磁。这时，发热线接通，开始加热。
当锅内的饭沸腾后，锅内的水就渐渐减少。当水开始蒸干，锅内的温度就由100℃上升。当升至103℃时，感温软磁就不受磁铁吸引，开关的杠杆因弹簧的弹力及本身的重力而下降，压使接触点分开，发热线就断电。同时，接通另一保温电路，保持饭的温度在70℃左右 .
普通自动恒温式电饭锅的外壳和内锅一般用冷轧钢板和薄铝板模压成型，内锅底部呈球面状，与电热盘上表面吻合，电热盘是电饭锅的核心部件，它主要由铝盘和电热管两部分组成，环形金属管状电热元件浇铸在铝盘之中便制成电热盘。
普通自动恒温电饭锅的控制主要依靠磁钢限温器和热双金属片恒温器。磁钢限温器是电饭锅的限温元件，安装在电热盘的中心处，其作用是在饭煮熟后自动断电，以免饭被煮焦。插上电源，由于双金属恒温器所控制的触点在温度低于保温温度时处于常闭状态，加热器就工作（发热），指示灯亮；按下开关按钮，磁钢限温器所控制的触点闭合，电饭锅开始煮饭，当温度达到感温磁钢的居里点温度时，紧贴锅内底的感温磁钢失去磁性，结果永磁体因自身的重量及弹簧的弹力作用自行跌落，使磁钢限温器所控制的触点自动跳开；同时因为双金属恒温器的常闭触点在高于65℃时也处于断开状态，因此加热器断电而停止工作，指示灯熄灭，表明锅内米饭已煮熟。加热器断开后，其余热足以将饭菜焖至喷香可口的程度。随着饭温的下降，当低于65℃时，双金属恒温器的常闭触点自动复位闭合，于是加热器又通电工作，锅内的饭又开始升温；但当高于65℃时，该触点又断开。如此循环，就使锅内的米饭温度始终保持在65℃上下，此时指示灯时亮时灭，以示保温。
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高中通用技术 控制系统的设计与实施6教案 苏教版必修2
