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在通用技术教材苏教版《技术与设计2》中,第四部分第二节《控制系统的工作过程与方式》内容的教学中,“开环控制系统”和“闭环控制系统”概念的理解和区别是教学的一个难点。两个名词的定义如下:
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响,这种控制称为开环控制系统。
如果系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的系统称为闭环控制系统。
从定义上我们可以清楚地看到两者的区别就是输出量是否影响控制系统是判断开环、闭环的关键因素。而实际生活中的各种控制实例丰富而复杂,让学生搞不清输入、输出是哪一项,进而也很难判断该控制是开环还是闭环。为了方便学生的理解,教学中我引入了“游泳池注水”控制系统的案例,来帮助学生理解,开环控制系统和闭环控制系统。
我们设想游泳池注水有以下四种模式:
(1)手动控制。将水池注水龙头打开,并在旁边观察等待水池注满。手动关闭阀门完成注水,我们假定用时2小时。
(2)手动控制。将水池注水龙头打开,人做其他事情,在2小时后,人回来手动关闭注水阀门。
(3)自动控制。按下自动注水开关,自动开关2小时倒计时,开始注水,人离开。2小时后开关自动关闭,人返回观察实际注水情况。
(4)自动控制。在感测仪上设置欲注水位值后,按下自动注水开关,水龙头打开开始注水,当水池水位达到预设值时开关自动关闭。人不需要返回检查。
很显然,这四种方法一个比一个科学,第四种是最科学的。第一种属于手动控制的闭环控制系统,第二种属于手动控制的开环控制系统,第三种属于自动控制的开环控制系统,第四种属于自动控制的闭环控制系统。
通过四种情况的分析,我们发现输入量是水池注水量,执行器是注水开关,控制量开放时间,输出量是水池实际水位。学生可以很容易理解控制系统各个概念的内涵,以及自动与手动,开环和闭环的区别。另外,该实例中也可以帮助学生理解干扰因素的概念,通过分析,发现水流速度、阀门质量、仪器精度等干扰因素对控制系统的影响。
通过简单的实例分析,学生很容易就能够把生涩的理论概念,转换成有趣的实际故事来加以理解消化。不仅便于对理论的理解和认识,更是体会到了书本上的知识还是很“接地气”的。希望通过这个实例,能够给通用技术教师的教学工作带来启发。
参考文献:
[1]张丽霞.我看《技术与设计2》[J].《科技资讯》,2014(20)
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响,这种控制称为开环控制系统。
如果系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的系统称为闭环控制系统。
从定义上我们可以清楚地看到两者的区别就是输出量是否影响控制系统是判断开环、闭环的关键因素。而实际生活中的各种控制实例丰富而复杂,让学生搞不清输入、输出是哪一项,进而也很难判断该控制是开环还是闭环。为了方便学生的理解,教学中我引入了“游泳池注水”控制系统的案例,来帮助学生理解,开环控制系统和闭环控制系统。
我们设想游泳池注水有以下四种模式:
(1)手动控制。将水池注水龙头打开,并在旁边观察等待水池注满。手动关闭阀门完成注水,我们假定用时2小时。
(2)手动控制。将水池注水龙头打开,人做其他事情,在2小时后,人回来手动关闭注水阀门。
(3)自动控制。按下自动注水开关,自动开关2小时倒计时,开始注水,人离开。2小时后开关自动关闭,人返回观察实际注水情况。
(4)自动控制。在感测仪上设置欲注水位值后,按下自动注水开关,水龙头打开开始注水,当水池水位达到预设值时开关自动关闭。人不需要返回检查。
很显然,这四种方法一个比一个科学,第四种是最科学的。第一种属于手动控制的闭环控制系统,第二种属于手动控制的开环控制系统,第三种属于自动控制的开环控制系统,第四种属于自动控制的闭环控制系统。
通过四种情况的分析,我们发现输入量是水池注水量,执行器是注水开关,控制量开放时间,输出量是水池实际水位。学生可以很容易理解控制系统各个概念的内涵,以及自动与手动,开环和闭环的区别。另外,该实例中也可以帮助学生理解干扰因素的概念,通过分析,发现水流速度、阀门质量、仪器精度等干扰因素对控制系统的影响。
通过简单的实例分析,学生很容易就能够把生涩的理论概念,转换成有趣的实际故事来加以理解消化。不仅便于对理论的理解和认识,更是体会到了书本上的知识还是很“接地气”的。希望通过这个实例,能够给通用技术教师的教学工作带来启发。
参考文献:
[1]张丽霞.我看《技术与设计2》[J].《科技资讯》,2014(20)