三、閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程任務二辨析反饋在控制系統(tǒng)中的作用一、教學目標1.通過案例分析，理解傳感裝置在閉環(huán)控制系統(tǒng)中的作用。2.結合閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程，分析反饋和干擾現(xiàn)象及其基本原理。 二、教學重點、難點理解傳感裝置在閉環(huán)控制系統(tǒng)中的作用。結合閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程，分析反饋和干擾現(xiàn)象及其基本原理。 三、教學方法講授法，演示法，任務引導法 四、教學過程1、情境導入2、新課學習技術體驗搭建抽水控制系統(tǒng)模型體驗目的:通過搭建抽水控制系統(tǒng)模型，感受反饋在控制系統(tǒng)中的作用。情境展示:為了避免暴雨季雨水收集池中溢出的雨水白白浪費，陳展打算為雨水收集池增加一個器水箱，當雨水收集池的水位達到溢出口位置時，潛水泵把雨水收集池中的水抽到蓄水箱中，為廁所沖刷之用。當收集池的水位降低至池高度的14時，潛水泵就停止抽水。問題分析:該裝置要實現(xiàn)當水位達到一定高度時潛水泵開始抽水，水位降低到某位置時潛水泵停止抽水，其核心部件足什么?活動準備:材料:雨水收集池、沖廁省水箱、潛水泵、水管、電極式水位傳感器、控制電路模塊等。工具:鋼絲錯、活動扳手、十字螺絲刀、多用電表等。主要過程:1.搭建模型，如圖4-32所示，將雨水收集池、沖廁蓄水箱、潛水泵、電極式水位傳感器、控制器、水管等依次連接。2.測試。(1)向雨水收集池注水，當水位達到溢水口時，潛水泵啟動，抽水到?jīng)_廁蓄水箱(2)當雨水收集池水位降到池高度的1/4時，潛水泵停止抽水。思考:1.觀察雨水收集池的水位高度與圖4-32抽水控制系統(tǒng)模型水泵工作狀態(tài)，填寫下表:雨水收集池水位高度潛水泵工作狀態(tài)水位達到溢水口時 水位降到池高度的1/4時 2.采用單一傳感器如何實現(xiàn)該水位控制? 電極式水位傳感器是該控制系統(tǒng)中的檢測反饋裝置，檢測水位信號并將其返回到輸入端，當水位達到或低于雨水收集池高度的1/4時，停止抽水。反饋在自動控制系統(tǒng)中，將輸出量通過檢測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋。利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統(tǒng)的輸出來調(diào)整系統(tǒng)的行為，使系統(tǒng)沿著預期的目標運行。例如，普通電水壺將水加熱至沸騰時，需要人工關閉電源，而自動保溫電水壺在壺內(nèi)溫度達到設定值時自動切斷電源，這就是運用反饋實現(xiàn)自動控制的結果。在帶有反饋的控制系統(tǒng)中，既存在由輸入端到輸出端的信號前向通路，也包含從輸出端到輸入端的信號反饋通路，兩者組成-一個閉合的回路。因此，帶有反饋的控制系統(tǒng)就是前面所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在工程中，反饋控制是自動控制中不可缺少的形式。 馬上行動花房恒溫自動控制系統(tǒng)花房恒溫自動控制系統(tǒng)可以對溫度、土壤濕度和光照進行控制。請?zhí)顚懴卤恚瓿傻?/span>-行花房恒溫自動控制系統(tǒng)的控制參數(shù)，并完成第二、三行其他控制系統(tǒng)的控制參數(shù)。自動控制系統(tǒng)輸入量檢測裝置輸出量花房恒溫自動控制    拓展閱讀常用傳感器及其特點傳感器是一種檢測裝置，能檢測到被測量的信息，并能將感受到的信息按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示記錄和控制等要求:通常，根據(jù)傳感器感知功能可將其分為溫度傳感器、光傳感器、壓力傳感器、磁性傳感器、濕度傳感器、聲音傳感器等。傳感器的特點包括:微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的重要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，使物體變得“活”起來。根據(jù)傳感器的基本感知功能，通常將其分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。 干擾因素在控制系統(tǒng)中， 除輸入量(給定值)以外，引起被控量變化的各種因素都可以視為干擾因素。有的干擾因素是環(huán)境造成的，如冬天使用電飯鍋做飯比夏天更加費電;有的干擾因素是人為原因所致，如當電飯鍋在保溫狀態(tài)時，頻繁地打開鍋蓋并將冷的食物放入鍋中等。在控制系統(tǒng)中，干擾因素可能有一個，也可能有若干個。如戰(zhàn)士在大風大雨中進行射擊練習，風和雨都是子彈命中準確度的干擾因素。對于大多數(shù)控制系統(tǒng)，在工作過程中必須克服干擾，使被控量穩(wěn)定。空調(diào)的溫度控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，它能克服室外溫度變化這一干擾。當室外溫度升高時，空調(diào)監(jiān)測出干擾引起的室內(nèi)溫度變化，通過啟動壓縮機降溫來克服這一干擾，使室溫保持穩(wěn)定。 案例分析教學擴音器與干擾教學擴音器，俗稱“小蜜蜂”。在教學中使用“小蜜蜂”，既能有效保護教師的嗓子，又能保證所有學生都能聽清楚教學內(nèi)容?！靶?/span>蜜蜂”雖然優(yōu)點頗多，但也存在易受外界電磁波干擾的缺點。教師佩戴“小蜜蜂”講課的過程中，當手機接收到短信和電話時，“小蜜蜂”就會發(fā)出“嗡嗡”的噪音。是什么原因?qū)е隆靶∶鄯洹卑l(fā)出噪音呢?原因就在于手機在收發(fā)信號時信號強度較大，“小蜜蜂”射頻信號屏蔽能力不足時會收取到手機的信號脈沖，因此產(chǎn)生了射頻干擾，便發(fā)出了噪音。射頻干擾是電磁波所帶來的干擾，當兩個頻率相差不多的電磁波同時被接收機接收，就造成了干擾。因此，教師在攜帶教學擴音器講課時，為避免射頻干擾，應關閉手機。思考:查閱資料，了解飛機在起飛和降落時，乘客使用手機是否會對飛機飛行構成干擾。 在一般控制系統(tǒng)中，干擾因素是需要克服的。而在有些情況下，卻可以利用干擾因素實現(xiàn)某種目的。如在軍事演習中，紅方利用一定頻率的電磁波對藍方的信息指揮系統(tǒng)進行干擾，使之不能正常工作。但在生產(chǎn)生活中，我們需要以慎重、嚴謹?shù)膽B(tài)度對待干擾因素。 閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較開環(huán)控制 系統(tǒng)本身不能對被控量的偏差進行調(diào)整和補償。也就是說，由于某種干擾信號的作用，使輸出信號出現(xiàn)非正常狀態(tài)時，系統(tǒng)本身沒有自動糾正的能力，要進行糾正，必須借助于人工。所以，對于同一個控制問題，開環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度通常比閉環(huán)控制系統(tǒng)低。但如果控制系統(tǒng)中各組成元件的特性比較穩(wěn)定，而且外界的干擾對系統(tǒng)的影響較小，則開環(huán)控制系統(tǒng)也可以保證一定的精度。在開環(huán)控制系統(tǒng)的控制效果不佳的情況下，可使用閉環(huán)控制系統(tǒng)。 馬上行動請比較開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度、系統(tǒng)結構復雜程度、系統(tǒng)成本及其適用場合，正確填寫下表。類別控制精度系統(tǒng)結構復雜程度系統(tǒng)成本適用場合閉環(huán)控制系統(tǒng)    開環(huán)控制系統(tǒng)    黑箱方法在生活中， 有時我們需要認識的對象內(nèi)部無法打開或不便打開，這時，可以通過觀測和考察它的輸入與輸出的關系來推測其內(nèi)部的特性和功能。例如，中醫(yī)看病通過“望、聞、問、切”來了解病人的病況，最后對病情做出判斷;夏天買西瓜，可以通過“看瓜形，看瓜色，聽瓜聲，測彈性”來判斷西瓜的生熟。這些事例中，人們都沒有打開物體直接觀看內(nèi)部結構，而是通過觀察外部形態(tài)或做試驗等方法來認識事物。這種把將要研究的系統(tǒng)作為“黑箱”，通過對系統(tǒng)輸入與輸出關系的研究，進而推斷出系統(tǒng)內(nèi)部結構及其功能的方法，就是黑箱方法。黑箱方法提供了一種不必打開系統(tǒng)就可以研究其內(nèi)部結構和功能的方法。例如，通過輸入圖像、電或聲音信號，觀測、分析腦電波的輸出反應，研究人腦對視覺或聽覺信息的傳遞、變換和處理功能，得知人腦內(nèi)部結構的細節(jié)，就是黑箱方法的一種運用。 拓展閱讀醫(yī)學與“黑箱理論”在中醫(yī)發(fā)展的歷史長河中，運用了類似控制論中的“黑箱理論”的方法。它是在沒有手段和條件打開人體和疾病“黑箱”的情況下采用的，是在保持人體和疾病的整體性、運動性的前提下，通過外部聯(lián)系和變化來考察其內(nèi)在規(guī)律。中醫(yī)的脈診，就尼“思箱理論”的運用，中醫(yī)師們通過脈診病人的脈象狀態(tài)變化，以判斷病情的進程和狀況。現(xiàn)代醫(yī)學利用先進的技術手段，如解剖學、影像學、生物化學等方式研究人體，試圖把“黑箱”變“白箱”。學習反思1.閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，其特點有哪些?2.通常在什么情況下，人們需要采用黑箱方法研究控制系統(tǒng)? 3、課堂小結理解傳感裝置在閉環(huán)控制系統(tǒng)中的作用。結合閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程，分析反饋和干擾現(xiàn)象及其基本原理。 五、教學反思  

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