控制系统的工作过程和方式(教学案例)

第一篇：控制系统的工作过程和方式(教学案例)

教学目标分析 知识目标：

1、熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程。

2、熟悉闭环控制系统的基本组成，理解其中的控制器、执行器的作用。

3、掌握控制过程的一般描述方法。行为目标：

通过分析和比较，了解开环控制与闭环控制系统各自的控制特征及其之间的差别。情感目标：

使学生感觉、体验控制设计的一般思想方法和技术方法，激起学生设计的欲望，培养学生富于想象、善于批判、勇于创新的个性品质。能力目标：

学生学习本课后可以对简单的开环控制系统和闭环控制系统的工作过程进行分析，并能对一些控制系统提出改进意见。教学内容分析：

本节内容是本章的第二节，第二、第三节是本章的第二教学单元，是本章的教学重点，应将本节视为重点中的重点。教材从学生熟悉自行车行驶的速度控制和电风扇的风速控制开始，在根据学生的知识水平引入游泳池注水系统控制以及改进游泳池注水系统控制，从而达到对开环控制和闭环控制的分析和对比的目的。再者根据开环控制和闭环控制的工作过程分析，让学生掌握分析控制系统工作过程的方法。重点难点 重点：

通过具体控制系统案例的分析，培养学生的分析控制系统的能力，能说清楚简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成，以及它们是如何实现控制的。难点：

开环控制系统和闭环控制系统的分析和对比。学情分析

学生学习了第一节控制手段和应用，理解控制的含义，但对什么是开环控制什么是闭环控制是空白，这就需要通过多个案例进行对比才可以让学生掌握开环控制和闭环控制以及它们的组成和工作过程。在本主题中，根据课程标准的要求，以及限于学时以及高中学生现有的知识水平，对控制系统中的控制器、执行器、传感机构和被控对象等环节只限定于一般性的理解，不作进一步的要求，不去探讨其内部的工作过程，只了解其输入和输出之间的关系就可以。教学策略

节课根据教学内容的特点及教学目标上的要求,我主要采用了教师讲授、学生阅读、实物演示、讨论交流等教学方法，运用多媒体展示等教学手段。让学生自主思考，教师充分引导，发挥学生的主体主动性。通过多媒体展示案例，实物案例，学生分析案例，教师点拨，让学生自主思考，以及分组讨论，然后形成结论，最后教师总结，并点明本节课的知识点。本节课主要是通过师生互动与交流来达成。教学过程

（一）导入新课 组织学生游戏：

（1）在墙上贴一张画有娃娃脸轮廓的头像，参加游戏的同学在画前3米的地方蒙上眼睛，然后走向头像，并用手中的画笔给画添上鼻子或眼睛。（2）不蒙眼睛的情况下，画鼻子或眼睛。点评：（1）画得东倒西歪，很有意思。（2）画得又准又好。师：两种工作过程一样吗？ 生：不一样。

师生总结区别：不蒙眼睛时，我们可以调整自己前进的路线和画笔的落点，反之，由于看不到目标，我们无法对前进的路线和画笔的落点进行调整。

师：我们这节课一起学习两种不同的控制系统以及它们的工作过程。

（二）进行新课 案例分析：

(1)电风扇的风速控制：（师生共同分析）

通过改变电机的转速来控制实现，给电风扇设定风速档位，电机就以一定的转速带动扇叶转动，输出预定的风速。

风速控制是该控制系统的输入，扇叶转速是该控制系统的输出（一个档位对应着一个风速）

(2)自动门控制系统(p103)(教师讲授)工作过程：

1、当有人到达门前某一距离时，传感器感知，并发出“有人”的信号；

2、控制器接到传感器传来的信号后，经变换放大后传给电动机（这里的电动机叫做执行器，也称为驱动器）

3、电动机根据传来的开门信号转动,门被打开(这里的门叫做被控对象，也称为被控对象)

4、控制器保持开门信号延时（如10s）后，自动发出关门信号，电动机反转，门重新关闭。

(3)游泳池注水控制系统（师生共同分析）

如果进水管单位时间的水流量一定，那么游泳池水位的高度和进水时间是一一对应的，我们就可以通过设定注水时间，使游泳池的水位达到希望的高度。

小结：三个例子的共同点：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。

例子：蒙上眼睛，用手中的画笔给画添上鼻子或眼睛

十字路口的红绿灯定时控制系统

控制系统展示：自制的恒温箱控制系统 观察

师：如何工作的？

生：给恒温箱输入设定温度，通电后，日光灯发光，使恒温箱的温度达到设定温度，当温度超过设定温度，恒温箱的双金属片断开，温度下降，温度低于设定温度，恒温箱双金属片连接，温度上升。这样，可以使恒温箱保持设定的温度。

师：该控制系统跟前面三个例子的工作过程是否一致？控制系统的输出量是否对控制系统的工作过程产生影响？

老师引导，学生讨论分析，恒温箱的工作过程：

师：这种控制系统称为闭环控制系统：我们把系统的输出量返回到输入端并对控制系统过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。

分组讨论交流：我们能否针对游泳池注水控制系统进行改进，改为闭环控制系统？ 对个小组的改进给予点评及肯定，经过大家的权衡，选择最好的方案：

例子：不蒙眼睛的情况下，画鼻子或眼睛；投篮过程；马桶水箱的工作过程等 师生总结开环控制系统和闭环控制系统的区别：（1）工作原理的对比：

开环控制系统：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响

闭环控制系统：系统的输出量返回到输入端并对控制系统过程产生影响（2）工作过程的区别： 开环控制系统：

闭环控制系统：多了比较环节和检测装置

（2）信息传递过程：

开环控制系统：信息路径一条：自输入端传至输出端，不存在信息逆向流动。

闭环控制系统：信息路径两条：一条自输入端传至输出端，另一条是输出端信息经反馈环节返回到输入端的比较环节，形成一个闭合的环路。

（一）本节课小结：（师生共同完成）

1、什么是开环控制系统以及开环控制系统的工作过程。

2、什么是闭环控制系统以及闭环控制系统的工作过程。

3、开环控制系统和闭环控制系统的区别。教学反思

1、在进行教学设计时我发现要设计好本节课有一定的难度，因为本课内容、案例都较为抽象，较难突破知识的重点、难点。

2、在教学中我发现教材的重组、优化是顺利、完满达成教学目标的关键，课本中的教学内容、素材必须经过优化和重组，使之更贴近学生的实际，让学生更易于理解、接受和运用。

3、通过教学实践我觉得本节课的设计，方向很正确，通过师生共同分析5个案例，尽量密切联系学生的生活实际，在课堂中引入了本学校自制的恒温箱，可以引起学生的创作兴趣和意识。

第二篇：《控制系统的工作过程与方式》教学设计方案

《控制系统的工作过程与方式》教学设

计方案

控制系统的工作过程与方式》教学设计方案

一、教学目标分析

（一）通过学生周边实例的分析，理解控制系统的含义。

（二）掌握开环控制系统的基本组成和工作过程，学会开环控制系统方框图的画法。

（三）对学生进行技术思想和方法的指导，使学生获得大智慧。

二、教学内容分析

本课教学内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”的第二节“控制系统的工作过程与方式”的第1课时。从总体上看,“控制与设计”这个单元按照控制的手段——控制系统——控制系统的设计这样的思路来组织教材内容。上节课让学生对控制手段和控制应用有所了解,下节课要让学生进一步学习闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程,因此，本课教学非常关键，是承上启下的核心内容。

课程标准规定，通用技术课程的主要教育目标是培养和提高学生的技术素养，而技术素养中技术思想和方法又占有极其重要的地位。本课教学除了继续加深对技术与设计的知识深度和技能程度外，更是培养技术思想和方法的很好的平台和载体。

我们知道，生活中有许多简单控制系统的实例，因此，本课教学要从学生生活经验出发，从实例分析入手，归纳出对控制系统的一般认识，了解两类控制系统，即开环控制系统和闭环控制系统，特别是要对开环控制系统的工作过程、方框图、重要参数进行分析。本课要突出的重点是：对控制系统和开环控制系统的理解以及用方框图描述开环控制系统的工作过程。本课要突破的难点是开环控制系统的工作过程分析。

三、学习对象分析

学生已具有电学基础知识和系统、控制等基本概念，具有观察和使用简单控制系统的生活体验，这些知识和经验为教学中为学生寻找教材以外的案例提供了条件，同时也为电灯、亮度可调灯、声控灯等开环控制系统试验操作的顺利进行提供了可能。

四、教学策略分析

（一）让学生的自发地、主动地学习。本课教学中以“芝麻芝麻”声控制开门控制系统等问题解决为主线，激发学生的认知，引导学生自发地、主动地解决问题。

（二）创设情境。引导学生分析生活中的开环控制系统工作过程和方框，加强学生工作过程和方框图的理解和应用能力。

（三）通过“闭上眼睛写字”等试验让学生体会开环控制系统输入与输出的关系和工作过程。

五、教学资源准备

多媒体教学设备、PPT、电灯、亮度可调灯、声控灯电路材料等

六、教学过程

教师：本节课我们学习控制系统和开环控制系统

【板书】：控制系统

开环控制系统

（一）教师引导学生活动

1、“搜集我们周围使用控制技术的实例”活动情况交流

引入：回顾一下，上节课我们学习了控制，什么是控制？控制是人们为了使事物向期望的方向发展所采取的什么？手段。

改革开放以后，技术飞速发展，人民生活水平有了很大的提高。我们的社会，我们的家庭的许多产品运用了控制技术。

上节课我布置同学们搜集周围使用控制技术的实例，同学们能不能把你搜集到的控制技术说一下？

请几个学习活动小组组长汇报“搜集我们周围使用控制技术的实例”活动情况。可以使用电子稿。

第10组搜集的是《阿里吧吧和四十大盗》故事中的“芝麻开门”。故事里面主人公阿里吧吧对着门说一声“芝麻芝麻，开门吧！”，门就开了，这是个用声音控制开门的例子。

教师：这是一个富有想象力的故事，这个故事出自哪部名著？技术发展到今天我们能把它变成现实吗？

由上述实例引导学生归纳控制系统概念

2、控制系统

用以完成一定控制任务的元、部件的组合。控制系统的输入输出之间有一定的对应关系——控制系统

老师：不管什么控制系统都是为了实现人的意图。同学们面对自然现象，不要怨天尤人，要增强人对自然现象的控制意识。

问题提出：这些控制系统是怎样组成的？他们的工作过程是怎样的？输入输出之间有怎样的对应关系？

这个也就是本节课的教学内容，下面我们来进行探究。

3、探究

（1）耿雨虹同学为组长的学习活动小组把电子稿拷贝到电脑里面并且通过教室里的多媒体教学系统放映在大屏幕上。

【大屏幕】

“搜集我们周围使用控制技术的实例”学习活动卡

姓名

耿雨虹

学习伙伴姓名

杨家瑜、陈志、李剑洪

活动形式

调查研究

活动内容

搜集我们周围使用控制技术的实例

控制技术

控制目的 控制对象

控制系统的组成 实例1：电灯

照明

电灯

开关、灯泡、灯座、导线、电源

实例2：亮度可调灯

照明

电灯

可调电阻开关、灯泡、灯座、导线、电源

实例3：楼道里的自动声控灯

照明

电灯

声传感器开关、灯泡、灯座、导线、电源

体会

声控灯具有特殊功能与应用。在公共楼道里,安装声控灯,既方便,又节电。

由耿雨虹同学讲解：控制目的、控制对象、控制系统的组成

（2）要求学生分别画出电灯、亮度可调灯、声控灯的电路图，马上行动，找3个同学到黑板上画。

（3）连接线路并进行试验

找3个组（1、3、5组）同学按照电路图分别连接电灯、亮度可调灯、声控灯的电路。连接线路后进行试验。教师提示学生在接通电源前务必要进行检查。

可能有的同学感到奇怪，徐老师怎么教起物理来了，我今天要教大家的不是串联电路，而是控制系统。

（二）教师引导学生对常规灯与声控灯进行对比研究

1、不同点和共同点

教师：下面我们来探究一下它们的不同点，科学家的一个特点就是善于发现事物的不同点。

电灯中电流与开关操作之间的关系,可以表示为:

常规灯：

关——无电流,灯灭。

开——有电流,灯亮。

照明用的常规灯,具有几种状态？两种，点亮与熄灭。对应开关有几种状态？两种，开和关。

开——有电流,灯亮，关——无电流,灯灭。

对于亮度可调灯来说,可以表示为:

亮度可调灯：

关——无电流,灯灭

开——有电流,灯亮

电阻减小——电流增大，亮度增加

对于声控灯来说,开关通过声传感器来操纵。

声控灯：

无声——无电流,灯灭。

有声——有电流,灯亮。

老师：不同点在哪里？

引导学生：不同点输入量、输出量不同，它们的组成不同。

老师：同学们，我们来比较一下，它们的共同点在哪里？

谁来归纳它们的共同点？科学家的另一个特点就是善于归纳共同点，我们知道，牛顿名言：“我之所以比别人看得更远，是因为我站在巨人的肩膀上。”牛顿三定律就是牛顿在前人实验的基础上归纳出来的。

引导学生：（共同点）输出与输入之间存在一种单向的逻辑关系。

有输入才有输出，有付出才有收获，输入是因，输出是果，输入和输出是因果关系。

共同点在哪里？

引导学生：共同点表现在技术上可以看成控制系统，可以使用相同的方框图来描述。

老师：能使用相同的方框图来表示吗？

引导学生：用下面的方框图表示。

2、进一步探究——由声控灯控制系统到一般控制系统方框图

老师：控制系统是怎样工作的？我们来探究一下声控灯控制系统的组成。

画出控制过程方框图

由具体到抽象：在这个控制系统中控制器、执行器、被控对象分别是什么？

引导学生：控制器、执行器、被控对象分别是声传感控制器、常开接点、灯泡。

【板书】：

教师对学生进行技术思想和方法的指导，使学生获得大智慧：由声控灯控制系统到一般控制系统方框图由具体到抽象的一个重要的思想和方法。开环控制系统方框图是对开环控制系统工作过程的总结和概括，如果说我们学习声控灯控制系统方框图只学到一个案例，那么，我们理解了开环控制系统方框图就等于学习了无数个同类型案例。如何让学习变成一件很快乐的事情？同类型题不需要做成百上千道，有数道练习就可以了，重要的是掌握做这一类型题的方法。

3、教师结合声控灯控制系统引导学生归纳开环控制系统概念：

提问：声控灯控制系统输出量对系统的控制产生影响吗？没有。

控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。这种控制系统就叫做开环控制系统。

（三）知识迁移——由抽象到具体

请写出“芝麻开门”声控开门系统的控制方框图，有兴趣的同学课后可以制作模型，把神话变成现实。

谁不懂写，请举手。

当你明确“芝麻开门”声控开门系统是开环控制系统之后方框图

你可以把开环控制系统方框图拿出来，想一想，控制器、执行器、被控对象分别是什么？

引导学生写出：

（四）小试验：闭上眼睛写“控制系统”四个字。

徐老师是在教小学生吗？不是。要求学生体验输出、输入、控制器、执行器、被控对象分别是什么。

输入量：老师的指令

输出量：所写的字

引导请你写出“闭上眼睛写字”的控制过程方框图。

对比开环控制系统的方框图

分析：大脑——控制器，手——执行器，笔——被控对象

我们说闭上眼睛写字就是开环控制。

请同学们课后去试验：睁开眼睛写“控制系统”四个字。

思考：闭上眼睛写字与睁开眼睛写字的区别在哪里？为什么？

以色列的“定点清除”，能够把炮弹打到几千公里以外的行驶的汽车，这是为什么？是不是炮弹长了“眼睛”？对了，正是炮弹长了“眼睛”，这不是普通炮弹，而是导弹。导弹打得准是因为它具备了自动修正的能力。

睁开眼睛写字是否具备自动修正的能力？

从而提出新问题：在控制系统中如何才能具备自动修正的能力？这就是我们下节课程要学习的闭环控制系统

（五）练习

1、生活中还有哪些开环控制系统？

2、要求学生应用一般开环控制系统方框图在以下控制系统中任选2个画出其控制方框图。

公共汽车车门控制系统。

红绿灯定时控制系统。

防盗报警系统。

火灾报警系统。

音乐喷泉控制系统。

闹钟定时控制系统。

自动烘手机控制系统

游泳池注水控制系统

七、【板书设计】：

学生画的电灯、亮度可调灯、声控灯的电路图。

八、教学反思

开环控制系统在生产、生活中具有重要意义，本节课通过对开环控制系统中控制过程的分析，帮助学生理解控制系统和开环控制系统，并学会应用简单的开环控制方法来解决问题，使学生的逻辑思维品质得到了发展。

本节课不是从概念入手，讲什么是控制系统，什么是开环控制系统，工作过程如何、框图如何画等，而是从实例入手，通过做试验，与学生共同分析、归纳，从而得出开环控制系统工作过程。本节课对学生进行技术思想和方法的指导，从而使学生获得大智慧。

课堂上从学生寻找生活中开环控制事例到学生动手试验再到开环控制系统特征和框图的归纳环环相扣，设计流畅，学生始终参与全程教学活动，能引导学生思维步步深入，从提出问题、分析问题到解决问题，符合高中学生认知规律。

本节课为下节课“闭环控制系统”的教学埋下了伏笔，为后续课程的学习打下了良好基础。

第三篇：控制系统的工作过程与方式教学设计(第一课时)

江苏省天一中学 冯丹沁 2007-5-31

一、教学目标

（一）通过实例分析，帮助学生理解控制系统的含义。

（二）熟悉简单开环控制系统的基本组成和工作过程，学会画开环控制系统方框图。

（三）能利用传感器功能演示仪进行开环控制系统的技术试验，提高学生的实践能力。

二、教学内容

本节课教学内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”的第二节“控制系统的工作过程与方式”的第1课时。从总体上看,“控制与设计”这个单元按照控制的手段——控制系统——控制系统的设计与实施这样的思路来组织教材内容。上节课学生已对控制手段、控制应用及传感器功能演示仪的使用有初步了解,下节课将让学生进一步学习闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程,因此，本课教学非常关键，是承上启下的核心内容。

本节课的教学除了继续加深对技术与设计的知识深度和技能程度外，更是培养技术思想和方法的很好的平台和载体。因此，应多贴近学生生活经验出发，从实例分析入手，逐步归纳出对控制系统的一般认识，并能对开环控制系统的工作过程、方框图进行分析。本课要突出的重点是：对控制系统和开环控制系统的理解、会用方框图描述开环控制系统的工作过程、开环控制系统的技术试验能力培养。

本课要突破的难点是开环控制系统的工作过程分析及技术试验能力培养。

三、学习对象

学生属于文科类班级，虽在物理课上学到了基本的电学基础知识，通过以前的通用技术课对技术与设计也有了一定的认识，通过前一节的学习又对控制等基本概念、传感器功能演示仪实验套件的使用方法有了理解。但毕竟没有电子技术方面的训练基础，也没有理课班学生扎实的逻辑思维与动手能力。故在教学中只能放低要求，对控制器的内核技术不作介绍，先安排教师的主导分析，即使在引导学生案例分析时，也应及时穿插老师的补充、归纳。在安排开环控制系统设计的模拟技术试验前应先安排老师的演示或讲解，尽量降低知识与技能提升的梯度。

四、教学策略分析

（一）创设情境： 以精彩的控制录象片段、水箱进水控制演示实例吸引学生，引导学生能叙述开环控制系统工作过程、理解方框图作用。

（二）调动学生学习积极性：本课教学中以“芝麻开门”声控等实际控制系统问题解决为主线，激发学生的认知，引导学生自发地、主动地解决问题

（三）学案设计：帮助学生总结、整理重点，梳理教材内容，建构知识网络体系。

（四）通过利用传感器功能演示仪进行开环控制系统的技术试验来巩固学生对开环控制过程和方框图的理解和应用能力。

教师：多媒体投影机、电脑、ppt课件、水箱定时进水控制电路、声控开门电路等 学生（2人1套）： 传感器功能演示仪、小螺丝刀

六、教学过程

序号 教学步骤 教师活动 学生活动 1 课前活动

（2-3分钟）播放几分钟描述控制过程的片段，让学生欣赏 开始静心观看，很快能进入学习状态 2 直接导入

（1分钟）同学们，本节课我们学习控制系统和开环控制系统 请大家翻开课本102页 【投影】：控制系统 开环控制系统 认真听讲，打开书本，浏览102页 3 引导学生对“控制系统”有初步理解（3分钟）由教材中控制例子、课前大家欣赏的汽车零部件动作控制例子介绍入手引导学生探究共同的特征？

显然它们都是由若干环节构成，为研究方便我们可以将这些子环节整体看成一个控制系统。每个系统必有输入与输出

师生归纳、抽象出以上活动的特征 回忆控制环节，思考问题答案 理解一个输入信号必对应着一个输出信号 教师主导具体分析开环控制系统工作过程及控制框图 实物→框图

（8分钟）具体研究二个控制系统实例：

由无锡最近爆发的自来水“蓝藻”事件引出对于有井的农户设计水箱定时进水控制电路的需求。分析“水箱定时进水”开环控制系统的工作过程及控制框图

实物整体展示、主要部件介绍、工作过程实物演示并介绍、控制框图产生、学生结合框图模仿描述控制工作过程

特点：输出量不对控制产生任何影响 这种控制系统就叫开环控制系统 理解“水箱定时进水”开环控制系统的工作过程及控制框图 参与讨论回答问题 学生为主师生共同分析“芝麻开门”例子 框图→实物

（7分钟）第二个实例是《一千零一夜》中的故事“芝麻开门”（给出图片）引导学生自己分析并得出“芝麻开门”开环控制系统的工作过程及控制框图

由学生演示并描述“芝麻开门”模拟控制电路 猜想“芝麻开门”的奥秘（联系现有知识与经验）---有那几个控制环节

学习设计“芝麻开门”控制框图 6 抽象出开环控制系统的一般框图

（3分钟）由两个实例控制框图导出一般框图 开环控制系统特征：

系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递 学习开环控制系统的一般框图 7 创意联想 讨论设计

（4分钟）引导学生分析：、生活中还有哪些开环控制系统？、你能根据今天所学知识解决一些生活中的实际问题吗？

提供问题情景，引出天亮告知器、近视预防台灯的设计需求，完成小发明框图设计 师生共同讨论“天亮告知器、近视预防台灯”控制的工作过程：

创设问题情景、提出解决问题的思路、分析工作过程得到控制框图。1、创设生活中实际需求的情景、剖析开环控制应用后的好处、认识开环控制系统是生活生产中最常用的方式。

第四篇：控制系统的工作过程与方式教学设计(第一课时)

控制系统的工作过程与方式教学设计

（第一时）

XX年无锡市高中通用技术新程堂教学观摩教案

控制系统的工作过程与方式教学设计（第1时）

江苏省天一中学

冯丹沁

XX--31

一、教学目标

（一）通过实例分析，帮助学生理解控制系统的含义。

（二）熟悉简单开环控制系统的基本组成和工作过程，学会画开环控制系统方框图。

（三）能利用传感器功能演示仪进行开环控制系统的技术试验，提高学生的实践能力。

二、教学内容

本节教学内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”的第二节“控制系统的工作过程与方式”的第1时。从总体上看,“控制与设计”这个单元按照控制的手段——控制系统——控制系统的设计与实施这样的思路来组织教材内容。上节学生已对控制手段、控制应用及传感器功能演示仪的使用有初步了解,下节将让学生进一步学习闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程,因此，本教学非常关键，是承上启下的核心内容。

本节的教学除了继续加深对技术与设计的知识深度和技能程度外，更是培养技术思想和方法的很好的平台和载体。因此，应多贴近学生生活经验出发，从实例分析入手，逐步归纳出对控制系统的一般认识，并能对开环控制系统的工作过程、方框图进行分析。本要突出的重点是：对控制系统和开环控制系统的理解、会用方框图描述开环控制系统的工作过程、开环控制系统的技术试验能力培养。

本要突破的难点是开环控制系统的工作过程分析及技术试验能力培养。

三、学习对象

学生属于文科类班级，虽在物理上学到了基本的电学基础知识，通过以前的通用技术对技术与设计也有了一定的认识，通过前一节的学习又对控制等基本概念、传感器功能演示仪实验套的使用方法有了理解。但毕竟没有电子技术方面的训练基础，也没有理班学生扎实的逻辑思维与动手能力。故在教学中只能放低要求，对控制器的内核技术不作介绍，先安排教师的主导分析，即使在引导学生案例分析时，也应及时穿插老师的补充、归纳。在安排开环控制系统设计的模拟技术试验前应先安排老师的演示或讲解，尽量降低知识与技能提升的梯度。

四、教学策略分析

（一）创设情境：以精彩的控制录象片段、水箱进水控制演示实例吸引学生，引导学生能叙述开环控制系统工作过程、理解方框图作用。

（二）调动学生学习积极性：本教学中以“芝麻开门”声控等实际控制系统问题解决为主线，激发学生的认知，引导学生自发地、主动地解决问题

（三）学案设计：帮助学生总结、整理重点，梳理教材内容，建构知识网络体系。

（四）通过利用传感器功能演示仪进行开环控制系统的技术试验来巩固学生对开环控制过程和方框图的理解和应用能力。

五、教学资源准备

教师：多媒体投影机、电脑、PPT、水箱定时进水控制电路、声控开门电路等

学生（2人1套）：传感器功能演示仪、小螺丝刀

六、教学过程

序号教学步骤教师活动学生活动

前活动

（2-3分钟）播放几分钟描述控制过程的片段，让学生欣赏开始静心观看，很快能进入学习状态

2直接导入

（1分钟）同学们，本节我们学习控制系统和开环控制系统

请大家翻开本102页

【投影】：控制系统开环控制系统认真听讲，打开书本，浏览102页

3引导学生对“控制系统”有初步理解

（3分钟）由教材中控制例子、前大家欣赏的汽车零部动作控制例子介绍入手引导学生探究共同的特征？

显然它们都是由若干环节构成，为研究方便我们可以将这些子环节整体看成一个控制系统。每个系统必有输入与输出

师生归纳、抽象出以上活动的特征回忆控制环节，思考问题答案

理解一个输入信号必对应着一个输出信号

4教师主导具体分析开环控制系统工作过程及控制框图

实物→框图

（8分钟）具体研究二个控制系统实例：

由无锡最近爆发的自来水“蓝藻”事引出对于有井的农户设计水箱定时进水控制电路的需求。分析“水箱定时进水”开环控制系统的工作过程及控制框图

实物整体展示、主要部介绍、工作过程实物演示并介绍、控制框图产生、学生结合框图模仿描述控制工作过程

特点：输出量不对控制产生任何影响

这种控制系统就叫开环控制系统理解“水箱定时进水”开环控制系统的工作过程及控制框图

参与讨论回答问题

学生为主师生共同分析“芝麻开门”例子

框图→实物

（7分钟）第二个实例是《一千零一夜》中的故事“芝麻开门”（给出图片）

引导学生自己分析并得出“芝麻开门”开环控制系统的工作过程及控制框图

由学生演示并描述“芝麻开门”模拟控制电路猜想“芝麻开门”的奥秘（联系现有知识与经验）---有那几个控制环节

学习设计“芝麻开门”控制框图

6抽象出开环控制系统的一般框图

（3分钟）由两个实例控制框图导出一般框图

开环控制系统特征：

系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递学习开环控制系统的一般框图

7创意联想

讨论设计

（4分钟）引导学生分析：

、生活中还有哪些开环控制系统？

2、你能根据今天所学知识解决一些生活中的实际问题吗？

提供问题情景，引出天亮告知器、近视预防台灯的设计需求，完成小发明框图设计

师生共同讨论“天亮告知器、近视预防台灯”控制的工作过程：

创设问题情景、提出解决问题的思路、分析工作过程得到控制框图。

1、创设生活中实际需求的情景

2、剖析开环控制应用后的好处

3、认识开环控制系统是生活生产中最常用的方式。

4、同组学生讨论设计出控制方框图，并分析其中一个控制系统的工作过程

8模拟技术试验

过程

（13分钟）激发学生动手兴趣，布置两个模拟技术试验的任务：

试验目的、试验准备、试验过程

特别强调试验过程注意点

指导学生进行两个模拟技术试验过程

教师适当组织、引导动手实践

观察、体验输入信号（环境光线变化）与输出信号（灯自动点亮）之间对应关系

9小结

（1分钟）教师引导学生归纳、整理本内容，学习收获交流

整理器材

第五篇：《过程控制系统》教学大纲

《过程控制系统》课程教学和考试大纲

一、教学基本要求

本课程主要包括三个方面的内容：实验方法对过程控制系统建模、过程检测控制仪表选型和工业过程控制系统工程设计的基本原理和基本设计方法。通过对本课程的学习，具体要求如下：

1、了解过程控制发展概况、特点和过程控制系统的组成及分类。

2、掌握用实验方法（阶跃响应和脉冲响应）建立过程数学模型的基本思路和方法；理解自平衡能力和无自平衡能力对象的有关概念，掌握阶跃响应曲线法和脉冲响应曲线实验建模方法，了解最小二乘建模方法。

3、了解检测仪表的分类、选型和过程控制仪表基本原理。理解过程变量检测和过程控制仪表的基本概念，掌握五大类参数检测与变送的传感器特性与选型的基本方法；了解PID调节器基本原理和构成。

4、掌握过程控制系统的各种工程设计方法，重点掌握单回路控制系统和串级控制系统的工程设计方法；掌握其它复杂控制系统的设计方法；了解先进过程控制系统。

二、教学内容及要求

1、过程控制系统的基本概况

（一）教学内容 1)过程控制发展概况 2)过程控制的特点

3)过程控制系统的组成及其分类

（二）教学要求

教学要求是：本章简要介绍过程控制系统发展概况、组成、分类和特点，使学生在学习后续各章内容之前，先对过程控制系统的总体情况有一个概要了解。达到了解过程控制发展经历的几个阶段的特点、理论基础、主要仪表和系统的基本结构；了解 过程控制的特点；了解过程控制系统的组成及其分类；了解“过程控制工程”课程的性质和任务。

重点是：过程控制系统的组成；过程控制系统的分类方法；过程控制系统的主要性能指标。

2、过程控制系统建模

（一）教学内容

1)被控过程的数学模型类型和表示方法 2)有自平衡过程和无自平衡过程 3)机理分析法建模

4)试验法建模（阶跃响应曲线法和矩形脉冲响应曲线法）5)最小二乘法建模

6)试验法建模的计算机编程实践

（二）教学要求

教学要求是：了解过程建模的基本概念和被控过程的数学模型类型和表示方法；理解有自平衡过程和无自平衡过程的物理意义；掌握有自平衡能力和无自平衡能力对象的机理分析建模方法；理解并熟练掌握阶跃响应曲线法和脉冲响应曲线实验建模方法的各种基本算法和验证条件；理解掌握最小二乘建模方法；能够利用MatLab或者其它编程语言实现单容或多容对象试验法建模中的几种算法（计算法、两点法、面积求系数方法）的计算机仿真实践。

3、过程检测和控制仪表

（一）教学内容

1)过程变量检测的基本概念和检测方法

2)五大类参数检测与变送的传感器分类、特性及工作原理 3)检测仪表的选型原则和方法 4)过程控制仪表的分类与基本特性

（二）教学要求

教学要求是：了解过程变量检测的基本概念和检测方法，能够计算仪表的精度和利用精度要求进行仪表选型；理解五大类参数检测与变送的传感器分类、特性及工作原理；掌握五大类参数检测与变送的传感器特性与选型的基本方法；了解过程控制仪表的分类。

4、单回路过程控制系统的工程设计

（一）教学内容

1)过程控制系统的工程设计要求和设计步骤 2)单回路控制系统方案设计和分析 3)检测、变送器选择

4)执行器（调节阀）选择，主要包括：执行器（调节阀）的基本组成、分类和气动执行器工作原理；气动执行器的理想和工作流量特性；执行器（调节阀）的选型原则和内容

5)控制器选择，主要包括：DDZ-III型PID调节器的基本构成和工作原理，PID控制规则的主要作用和基本形式；PID调节器选择（调节规则；正反作用；参数整定）6)过程控制系统的投运和控制器参数整定 7)单回路控制系统的工程实例分析

（二）教学要求

教学要求是：了解工业过程中单回路控制系统设计的一般要求和设计步骤，以及过程系统设计的主要内容和针对工程实际进行的安全防护措施；理解单回路控制系统方案设计基本内容和性能指标，熟练掌握被控量和控制量的选择原则，能够对过程进行静态和动态分析，掌握被控过程各种参数对系统特性和被控量、控制量的选取影响；了解检测、变送器的选择原则，并进行简单计算选取；理解执行器（调节阀）的基本组成和分类，掌握气动执行器的基本结构和工作原理，理解和掌握执行器的四类理想流量特性曲线、特点和应用场合，熟练掌握实际工程应用时串联和并联的工作流量特性，并根据过程控制系统要求分析和确定工作流量特性和理想流量特性，了解调节阀的结构型式和材料选择。熟练掌握根据过程控制系统要求分析和确定工作流量特性和理想流量特性；理解PID控制规律对系统性能的影响、应用场合和控制规律的选择原则；了解过程计算机控制系统的组成和特点，掌握模拟合数字PID控制算法；了解控制系统的投运，熟练掌握几种常用的控制器参数工程整定方法；能够按照上述单回路控制系统的设计内容和要求，针对实际过程控制系统进行单回路控制系统的方案设计和各种设备的选型。

5、串级控制系统工程设计

（一）教学内容

1)串级控制系统的基本结构和工作过程 2)串级控制系统的特点与性能分析 3)串级控制系统的设计 4)串级控制系统运行和参数整定 5)串级控制系统的工业应用范围

（二）教学要求

教学要求是：了解串级控制系统的基本组成和串级控制系统的工作过程；掌握串级控制系统的特点，能够针对实际工艺生产工程进行串级控制系统的设计，画出设计图、方框图，实现仪表选型、控制器选型、调节阀选型等分析；理解串级控制系统的工业应用范围；熟练掌握串级控制系统的设计要求、设计内容和串级控制系统调节器的参数整定方法，能够针对实际过程系统进行串级控制系统的主回路、副回路的选择和各种设备的选型。

6、复杂过程控制系统

（一）教学内容 1)前馈控制系统 2)大滞后补偿控制 3)比值控制 4)分程与选择性控制 5)多变量解耦控制

（二）教学要求

教学要求是：理解前馈控制系统的特点和针对的实际过程的应用情况，掌握前馈控制系统的典型结构，理解前馈控制系统的应用范围和了解前馈控制系统的参数工程整定方法；理解大滞后补偿控制基本思想，掌握常规大滞后控制方案，理解大滞后过程的Smith预估补偿控制思想，熟练掌握Smith预估补偿控制器的设计和系统分析；理解比值控制系统的基本概念，了解比值控制系统的控制方案和比值控制的设计与参数整定；理解分程与选择控制系统原理与设计，了解分程与选择控制系统工业应用；理解多变量解耦控制的基本概念，掌握相对增益的定义和计算，能够实现复杂控制通道的选择，了解解耦控制系统的设计方法、稳定性和解耦简化等问题。

三、考核及成绩评定方式

本课程考核方式为闭卷笔试，考试时间为2个小时，卷面满分85分，课程设计和平时成绩15分。平时成绩包括作业成绩、实验成绩。