控制系统的干扰 .docx

精品名师归纳总结第四章第四节 掌握系统的干扰一、教案内容分析 ：本节是在同学对掌握系统有肯定熟识的基础上详细的阐述闭环掌握系统的干扰与反馈的辨证关系，是全书的重点章节，也是掌握系统的详细应用章节。为以后学习的掌握系统的设计等内容奠定了理论基础。本节内容在掌握和设计中起到举足轻重的作用，不仅可以使同学对闭 环掌握系统中的反馈 <feedback ）有很深的熟识，而且也为闭环掌握系统的设计与实施打好基础。本节教材主要包含三部分内容：干扰因素、反馈、功能模拟 法、黑箱法。本节是本单元的重点，也是一个难点，分析干扰因素及反馈给控 制系统带来的影响，综合了本单元前两节的学问。从模块角度看，该节融合了 该模块其次单元流程与设计，以及第三单元系统与设计的内容，掌握过程本身 的工作过程就是一个流程，闭环掌握系统大致包括掌握环节、执行环节、反馈 环节和比较环。反馈也表达了系统的环境适应性，因此，本节是本模块的综合应用。本单元是本课程学问的综合应用，综合了必修1、必修 2 的学问，讲了闭环自适应掌握，表达了技术以人为本的理念。二、教案对象分析：同学对掌握机理比较生疏，整个教案都应以案例分析为主，所举案例应力求简洁。三、目标 ：1. 学问与技能：<1）能结合案例找出影响简洁掌握系统运行的主要干扰因素，并作分析。<2）熟识闭环掌握系统中反馈环节的作用。<3）熟识闭环掌握系统的工作过程。<4）明白功能模拟方法和黑箱方法在掌握系统中的应用。2. 过程与方法：用方框图分析生活中常见掌握系统，通过实践、嬉戏、争论、分析、讲授法、问题教案法、小组争论法、设计教案法等方法使同学懂得反馈在闭环掌握系统中的作用，明白功能模拟方法和黑箱方法在掌握系统中的应用。结合案例分析影响简洁掌握系统运行的主要干扰因素及克服方法。3. 情感态度价值观：通过学习，联系生活，能详细问题，详细分析，能在生活中应用反馈原理，调剂自身的心理、学习与生活。培育同学的观看才能，体验学习乐趣。渗透安全训练、德育训练、环保等训练。四、教案重难点：1. 教案重点：干扰因素。反馈与闭环系统的工作原理。开环掌握系统与闭环掌握系统的选用。2. 教案难点：干扰因素的判定。闭环系统的工作原理。功能模拟方法、黑箱方法。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结五、教案概述：通过人们熟识的例子来说明在掌握系统中除输入量以外能引起被控量变化的各种因素都是掌握系统的干扰。用方框图分析生活中常见掌握系统，通过实践、嬉戏、争论、分析等方法使同学懂得反馈在闭环掌握系统中的作用。3 课时。六、教案器材：水塔水位掌握模型 1 套、一次性杯子、乒乓球、烘箱等。七、教案过程：引入：做一个简洁的调查：每天上学骑自行车的感受？乘车的感受等？在送乘飞机出行时，为什么不能说祝你一路顺风.<活跃课堂气氛，激发同学的求知欲。）大部分同学应当是有风的影响，从而联系到本节课的内容：干扰因素，同时乘车也有干扰，而且不论是骑自行车仍是乘车干扰因素不止一个，有主要的，有次要的。这节课我们就争论争论闭环掌握系统的干扰与反馈。第三节闭环掌握系统的干扰与反馈新课教案：一）什么是干扰因素：1. 干扰因素的概念：在掌握系统中，除输入量 <给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰<interference）因素。案例一：逆风中骑自行车。脚踩的力自行车行使的速度给定量被控量可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结案例二：飞机飞行。风逆风、顺风、上坡路 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结结论：在掌握系统中，干扰因素肯定有，可能有一个，也可能有如干个。扩展争论：生活中仍有哪些例子说明“闭环掌握系统的干扰是存在的，是不行防止的”？可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结立刻行动：在电冰箱的温度掌握系统中，以下情形是否属于影响其温度掌握的干扰因素？<1）开电冰箱门。外面热气进入冰箱将会引起箱内温度变化，属于干扰因素。<2）电冰箱所在房间的温度从 20变到 32 属于干扰因素。<3）把热菜或热饭放入电冰箱中。属于干扰因素。<4）在冰箱外放一盆冷水。严格说这也会引起环境温度的变化，但这种变化一般有利于冰箱实现目标，不属于干扰因素。扩展争论： 通过分析，增加对电冰箱的明白，进而明白生活。摸索： 在下表所列掌握系统中，可能存在哪些干扰因素？ 掌握系统干扰因素可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结自动扶梯的升降掌握系统利用滑轮组提升重物的掌握系统扶梯承载的重力、电机输出电压的波动、齿轮间的摩擦力等。滑轮组的摩擦力、电机电源的波动等、绳子和滑轮，重物的重力。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结蔬菜大棚的温度掌握外部环境温度的变化、大棚保温材料的保温性能产生变化等、植物排放的二氧化碳，温室效应。案例分析： 电视机的工作。从同学看电视的经受来分析，引导，让同学从电视内容中走出来，关注电视的相关技术与掌握。.电视机显现画面紊乱的现象往往是由于受到外界磁场干扰。.比如：近距离摆放的电冰箱、空调器、电风扇、日光灯等等。他们就是电视机正常工作的干扰因素。.克服这些干扰的方法就是将家用电器远离电视机放置。2. 克服干扰的基本方法A、排除干扰在飞机上不能使用通信工具B、减弱干扰电器在使用时远离其它电子设备C、提高掌握系统性能采纳闭环掌握系统3. 干扰因素的特点：<1）干扰既存在于闭环掌握中，也存在于开环掌握中。声控灯开环掌握，除输入的声音外，其他声音就是其干扰因素。空调房的温度掌握属于闭环掌握，室外环境温度的变化就是它的干扰因素。<2）通常，干扰因素都是作用在掌握对象上，其作用是破坏掌握系统的平稳使被控量偏离平稳值。<3）通常，干扰因素不止一个。如自行车速度掌握的干扰因素除逆风外，仍可能有路面状况 <斜坡、粗糙度）。<4）在进行掌握系统设计时，必需对可能存在的干扰进行全面的调查和分析，假如干扰比较常常和严峻，对掌握目标影响产生严峻的后果，就必需考虑抗干可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结扰措施，保证掌握系统的正常工作。假如可能存在的干扰不是很严峻，对系统正常工作影响不大，就可以忽视。由于任何抗干扰措施的实现，都意味着系统结构的复杂和成本的增加。<5）对干扰的利用，是指有意对掌握系统施加干扰，使掌握系统无法达到掌握的目标，而不是掌握系统本身需要干扰。例如：打狂犬疫苗、军事演习中对敌方信息指挥系统进行电磁波干扰。立刻行动：生活中哪些干扰因素是可以利用的？如何进行利用？答：火盆。冬天冷了，可以在室内放火盆，这样可以使室内温度上升。二）反馈1. 什么是反馈 <feedback ）？案例引入 p110：投篮的工作过程许宁在体育课上练习立定投篮时，发生了这样的情形：第一次投掷，由于用力太大，篮球遇到了篮板上弹了回来，没有命中。其次次投掷，他吸取了第一次的体会，减小了用力，但用力过小，篮球没有遇到篮圈。第三次投掷，他吸取了前两次投掷的体会，最终投中了。在这里，可以将人看作掌握系统，眼睛把接收到的篮圈位置以及实际投掷位置等信息输送给大脑，经大脑分析和加工处理后，发出指令，指挥手投掷篮球，直到投篮命中。<）请判定以上过程是开环，仍是闭环掌握？<）画出系统的方框图。<）假如有风，请判定风可能对投篮产生的影响，许宁可以怎样克服这些影响？同学活动：<1）回忆系统掌握的工作方式，依据题意进行判定。答案：闭环。<2）画出系统的方框图。篮圈的位置+大脑-掌握手执行篮球 被控对象）篮 球 实 际投掷的位置眼睛<检测装置）<3）考虑可能的风向，及其影响。顺向风：许宁应减小投掷力气。 逆向风：应增大投掷力气。侧向风：转变投掷角度。在上例中：假如没有眼睛的观看和检测，投篮的反馈就无法形成。 引出结论 ：掌握系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程就是反馈 <feedback ）。生活中的反馈： 反馈掌握是一种在方案执行一段时间或终止后进行的事后掌握，主要为下一步方案的实施总结体会，但它却常常是治理掌握工作的主要形式。例如投诉与反馈、留言反馈、看法反馈、环境反馈、教案活动、超市反馈可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结调查表、市场信息反馈系统、工作总结、产品性能检验、现代酒店掌握方法等。 嬉戏 ：在黑板上画两张大脸，“四官俱全”，没有眼睛。然后请一个同学上来“填”眼睛，闭着眼睛画，位置不对, 也不好看。睁着眼睛画，美丽。 分析缘由 ：将两次画的过程来分析。画出其掌握框图，得出它们的掌握类别。1. 闭着眼睛画：人脑掌握手画眼睛：人脑手眼睛。掌握过程中，没有反馈环节，不能对掌握结果加以修正、调剂。是个单程的掌握流向。这是开环掌握。2. 睁着眼睛画： 阅读p110 ：汽车速度掌握利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法， 称为反馈方法。2. 反馈方法立刻行动：分析 “穿针引线” 的动作过程，并补充一个适当的事例填写下表。人脑掌握手画眼睛，在此过程中，眼睛可以把手的位置及画的成效准时反馈给大脑，使得大脑精确精细的掌握手去画好眼睛。掌握过程中有反馈环节可以把掌握结果反馈给人脑，掌握流向形成了闭合回路。这是闭环掌握。事例输入检测装置输出“穿针引线”线的位置人的眼睛线与针孔对准投掷飞镖靶的位置眼睛飞镖实际投掷的位置 期望值>能扑灭蜡烛的机器打开机器人的开光敏、力敏传感找到蜡烛、并将其扑人关器灭可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结电冰箱温控器设定温度温度传感器制冷后冰箱内温度 演示 ：反馈的工作过程：当人准备要拿桌子上的水杯时，人第一要看到自己的手与杯子之间的距离，然后确定自己手的移动方向，手始向水杯移动。同时人的眼睛不停观看手与杯子的距离 <该距离就是输入与输出的差值），而人脑<掌握器）的作用就是不停掌握手移动，以排除这个差值。直到手拿到杯子为止，整个过程也就终止了。从上面的例子可以看出，由<负）反馈形成的偏差是人精确完成拿杯子动作的关键。假如这个差值不能得到的话，整个动作也就没有方法完成了。这就是眼睛失明的人不能拿到杯子的缘故。 教具演示 ：水位自动掌握系统接通电源后，电机工作，水泵出水，当水位升到A 点水位传感器位置时， 电机停止工作。当水位由 A 点降止 B 点以下时，电机又开头工作，这样往复， 达到了自动掌握储水器中的水位。 同学争论 ：请同学们相互争论一下这个水位自动掌握系统的工作过程，试用系统框图来描述。 <引导同学归纳出水塔水位掌握系统框图，着重推导信息反馈与比较环节的框图表达。） 老师总结 ：简洁的闭环掌握系统的方框图，懂得其中的掌握器、执行器等环节的作用，熟识反馈环节的作用。3. 闭环掌握系统的工作过程闭环掌握系统就是系统的输出端与输入端之间存在反馈回路，输出量对控可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结制过程产生影响的掌握系统。闭环掌握系统是通过反馈环节克服干扰因素而使系统达到稳固。 核心 ： 通过反馈来削减被控量 输出量 >的偏差。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结给定值比较器 干扰干扰干扰干扰可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结掌握执行被控器器对象反馈环节被控量可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 案例分析 ：阅读书上案例p112 供水水箱的水位自动掌握系统P112 摸索：在水箱的水位掌握系统中，掌握量仍可以有其他挑选吗？为什么？答：不能，由于我们主要为了实现水位的自动掌握，那么掌握量只能是水量。 摸索设计 ：家用抽水马桶是一个典型的闭环掌握系统的水位掌握。<链接下节课用水位检测，掌握电路，电磁阀来改进为自动掌握，设计闭环掌握系统方框图，并用头脑风暴法获更多节水掌握制造性设想。） 闭环掌握系统的特点 :1>系统输出量对掌握作用有直接影响。2） 有反馈环节，并应用反馈减小误差。3） 当显现干扰时，可以自动减弱其影响。 图片展现 ： 烘箱<饮水机）P113 摸索：在加热锅炉的温度掌握系统中，可能有那些干扰因素，系统如何克服干扰使炉温稳固在给定范畴内？干扰因素有加热炉外的环境温度变化、加热器的电压波动、炉壁自身温度、炉内空气温度等。第一用热电偶来代替温度计来测量温度的值，然后对温度的比较，当小于恒温箱给定时，就增大加热装置的电流。相反当大于恒温箱给定时，就减小电流。这样恒温箱就能保持给定的温度。 加热炉的温度自动掌握系统的结构图：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结摸索与分析在显现干扰的情形下，开环掌握系统和闭环掌握系统哪种受干扰的影响小？为什么？闭环掌握系统受影响较小，由于闭环掌握系统能不断修正掌握成效。4. 闭环与开环掌握系统的比较：闭环掌握：反馈掌握，偏差掌握，可以抑制内、外扰动对被量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。开环掌握：顺向作用，没有反向的联系，没有修正偏差才能，抗扰动性较差。结构简洁、调整便利、成本低。在精度要求不高或扰动影响较小的情形下，这种掌握方式仍有肯定的有用价值。 提问回答 ：开环掌握系统闭环掌握系统能否自动调整和补偿 掌握精度结构否是适用场合低高简洁复杂精度要求低、精度要求高、高牢靠稳固性 补充 ：起增强输入信号作用 正反馈。起减弱输入信号作用 负反馈。正反馈不能进行掌握，会使系统的偏差越来越大。只有负反馈掌握系统才能完成自动掌握的任务。 负反馈掌握系统最大的特点：检测偏差，订正偏差P114 立刻行动：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结就开环掌握系统与闭环掌握系统的联系与区分，设计一个图表。答：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结闭环掌握系统联系区分掌握精度低、结构简洁，用于掌握精度要求不高而系统本身的元可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结开环掌握系统都用于掌握件又比较稳固的场合。掌握精度高，麻烦，复杂，用于要求高精度和高牢靠性的场合。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结三）掌握系统的分析方法1. 功能模型法请大家观看下面图 1、图2, 对比人工恒温箱掌握系统与自动恒温箱掌握系统的方框图，我们发觉：两者的掌握器、执行器及检测装置的详细结构不同，但 两者在功能和行为是相像的，都能实现恒温箱的恒温掌握。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结给定温度+-大脑肌体恒温箱眼睛实际温度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 1 人工恒温箱掌握系统方框图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结给定温度+-比较电路电机恒温箱热电偶实际温度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2 自动恒温箱掌握系统方框图这种以功能和行为的相像性为基础，用“模型”模拟“原型”的功能和行为的方法，就是功能模拟法。功能模拟方法是一种整体性争论方法，功能模拟法为仿生学、人工智能、价值工程供应了科学方法。你能列举功能模拟法的案例吗 <相关资料请参阅同文件夹内“有关功能模拟方法的资料.doc ”）？同学活动：积极摸索相关案例。探究：功能模拟方法对技术设计有何意义？答：可以通过模拟，进行技术设计，从而使有些不易实现的技术设计得以设计胜利。2. 黑箱方法老师讲授：同们学听说过“大脑之谜”吗？这可是在科学争论史上长期以来没有得到圆满解答的难题。思维到底是怎样从物质中产生出来的？大脑功能的详细活动机制又是什么？要解答这一系列问题可不是一件简洁的事。人们可以用物理上的分割法，争论物质的结构和属性。也可以用化学分解和合成的方法来明白不同物质的成分。但这些方法，对争论大脑的思维功能却鞭长莫及，由于即使按这些方法的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结要求，将大脑打开，解剖分析，也只能是对失去思维功能的大脑物质的熟识。这样，在科学争论面前，大脑的思维过程就是一个只见其外观和表现，而无法深化其内在明白其机制的难题。它就像一个不能打开的箱子一样，里面的一切对于我们来说都是黑乎乎的，一无所知，我们称之为黑箱。所谓黑箱方法，指的是当一个系统内部结构不清晰时，利用外部观看和试验方法，获得系统 <即黑箱）的输入输出特性。再依据这种信息，在不打开“黑箱”的情形下，争论其功能和属性，探究其构造和机理的一种科学方法。通过对系统的输入与输出的关系的争论，进而推断出系统内部结构及其功能的方法。黑箱方法供应了一种不必打开黑箱就可以争论其内部结构和功能的方法。黑箱方法的道理并不神奇，在我们的日常生活中，人们都在自觉或不自觉的运用这种方法。人们虽然不懂得电视机内部构造和机理，却知道按哪个开关打开它，调整哪些开关可以得到清晰稳固的画面成效等。这些都是我们运用黑箱方法的详细表达。黑箱方法最典型的应用是中医看病。中医看病，主要是通过“望、闻、问、切”等外部观看作出诊断，开方抓药。有时遇到疑难杂症没有把握时，可以先投以摸索性的药物，观看病人的反应，并随时增减药物，观其疗效，一旦抓住病症就大胆对症下药。这种从人体的输入特点入手，实施“辩证论治”的方法正是黑箱方法的精髓所在。老师提问：你能举出黑箱方法在生活中应用的案例吗？同学活动：列举黑箱方法的案例，领悟黑箱方法的含义及应用。夏天买西瓜，可以通过“看瓜形、看瓜色、听瓜声、测弹性”来判定西瓜的生熟。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结黑箱方法应用的例子观看运算机的基本性能入输出需 要 了 解 的情形运行应用程序运算机的反应计 算 机 的 基本性能可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结测定钢材的硬度技术试验钢的性能情形钢的硬度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结况买西瓜看 瓜 形 、 瓜 色， 听瓜声、测弹性颜色深、声音脆， 弹性好好瓜争论人脑图像分析脑电波的反应视觉的传递中医看病望、闻、听、切明白情形对 病 情 作 出判定选购电视机图像、声音、外壳清晰度、散热的情电视好坏可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结老师小结掌握论：新时代的科学技术革命构筑了那一高耸入云的摩天大厦，而支撑这片大厦的擎天柱就是系统论、信息论和掌握论，简称为三论。掌握论争论的对象是包括人在内的生物系统和各种非生物系统<如工程系统、化工系统、通讯系统、经济系统等），它横跨各个学科，超出了学科的局限性，为各门学科找到了共同的内涵，掌握论享有“交叉科学”、“边缘科 学”和“横断科学”的美称。功能模拟方法、黑箱方以及反馈方法都是掌握论的主要方法。探究：请同学们自由分组，每组3到6人，收集整理掌握方法的有关资料，可以是我们已学过的反馈方法、功能模拟方法、黑箱方法中的一种，也可以向大家介可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结绍新的掌握方法，并用 PowerPoint 做成课件，下节课请每个小组派代表展现沟通小组的成果，时间为三到五分钟。同学活动：利用课余时间，收集整理资料，完成课件，尝试用自己的眼睛熟识掌握方法，感受掌握方法带来的新变化。四）探究性学习展现：同学活动：请各小组同学派代表，展现沟通小组成果。老师活动：总结、评判同学作品，勉励同学在生活和学习中主动尝试应用掌握方法解决问题。五）小结一）什么是干扰因素二）反馈三）掌握系统的分析方法四）探究性学习展现练习：1. 花房温度掌握的要求基本属于恒温掌握。因此，它的温度掌握系统通常应设计为闭环掌握。其参考方框图如下：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结设定温度+误差放大装置增降温装置花房实际温度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结检测装置简要工作过程：测温装置测量花房实际温度，将其转换为与设定温度量纲相同的信号并与之比较得到误差信号，误差放大装置将误差信号放大后去推动增降温装置，实施增温或降温，使花房温度向设定温度趋近，直至误差被排除。冬季设定温度为 18，夏季设定温度为 25。2. 在可调光台灯中，人手调剂台灯旋钮实际上是在转变台灯内部可变电阻的阻值。依据电路原理，电压肯定，转变电阻，电路中的电流也随之转变，因此灯泡的亮暗也随之变化。假如人调剂旋钮是为了获得某一认定的合适的亮度，这时“人”作为某些环节加入到了掌握过程之中，那么这时的掌握就是一个人工掌握。其掌握过程是： 人眼检测台灯的实际亮度反馈到大脑，与认定的合适亮度进行比较，假如台灯亮度较暗，大脑就会发出指令，让手旋动旋钮，使灯泡亮度增大。反之，就减小亮度。这种掌握可能会反复进行，直至台灯亮度中意为止。方框图如下：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结大脑期望亮度 +手旋钮灯泡实际亮度可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结眼睛当人感觉灯光暗时，通过调剂台灯的旋钮使其变亮。当感觉灯光过强时，通过调剂台灯的旋钮使其变暗。人眼的观看相当于检测环节。3. 帆板是靠风推动帆来行驶的，要使帆板速度最快，必需转动风帆，使之具有最大的迎风面积。由于风向是不定的，因此这是一个随动掌握。人对风向的观看相当于这一掌握系统中的检测环节。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其掌握过程为：人同时观测风向<由风标显示）和风帆的角度，经过大脑的判定，假如风帆的角度不符合风力最大的要求，就大脑指挥运动员转动风帆，使 之达到要求。在这个系统中，风帆是掌握对象，风帆角度是被控量，风向是输 入量。只不过这个输入量是一个随时间而变化的未知函数。假如要将帆板的掌握构建成成一个闭环自动掌握系统，就既要安装风向测量装置，又要安装风帆角度测量装置，并使二者同步。两个测量装置将测得的结果同时输入到运算掌握装置中，在这里得到误差信号，仍得增加一个依据误差信号去转动风帆的执行机构，以实现帆船的自动掌握。八、教案反思本节课涉及掌握论的相关内容，特别是第三节功能模拟法和黑箱方法，同学懂得起来有肯定难度，因此，在课堂听讲之余，支配同学利用课余时间主动进一步明白掌握论，学会自己去明白新事物。可编辑资料 - 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