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第4课控制系统的类型

课题

控制系统的类型

单元

第一单元

学科

信息科技

年级

六年级

教材

分析

本课的教学目标分为两部分：一是了解开环控制系统，包括其含义、工作过程及特点；二是掌握闭环控制系统，包括其含义、工作过程及特点。

开环控制系统是指在系统输出对系统输入没有影响的情况下，系统能够实现控制目标的控制系统。其工作过程依赖于系统的输入和输出，具有响应快、精度低、稳定性差等特点。

闭环控制系统则是通过将系统输出与期望输出进行比较，然后根据差值来调整系统输入，从而实现控制目标的控制系统。其工作过程较为复杂，但具有响应慢、精度高、稳定性好等特点。

通过本课的学习，学生将深入理解控制系统的概念和原理，掌握开环和闭环控制系统的基本特点和工作过程，为进一步学习控制系统的设计和应用打下基础。同时，本课内容也与实际生活密切相关，有助于提高学生对信息技术应用的兴趣和意识，培养他们的创新能力和实践能力。

教学

目标

1.信息意识：通过学习开环和闭环控制系统的类型，使学生了解和掌握控制系统的基本概念和原理，培养学生对信息技术应用的敏感度和认知能力，提高学生的信息意识。

2.计算思维：引导学生通过分析开环和闭环控制系统的工作过程及特点，培养学生的逻辑分析能力和计算思维，使学生能够运用控制系统的基本原理解决实际问题。

3.数字化学习与创新：通过学习控制系统的基本类型，让学生了解信息技术在控制系统中的应用，培养学生运用信息技术进行学习和创新的能力，激发学生的兴趣和创造力。

4.信息社会责任：通过对开环和闭环控制系统的学习，使学生认识到控制系统在实际应用中的重要作用，培养学生遵循信息社会规范，自觉维护信息安全，积极履行信息社会责任的意识。

重点

了解开环控制系统

难点

掌握闭环控制系统

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

情境导入

首先，通过向学生展示一个实际的开环控制系统（如电梯控制系统），引导学生思考：“同学们，你们在生活中有没有遇到过这样的情况，当我们进入电梯后，电梯门关闭，电梯就会自动启动，把我们送到目标楼层？这就是一个典型的控制系统。今天，我们就来学习一下控制系统的类型。”

学生观察电梯控制系统，结合自己的生活经验，思考控制系统的应用。

通过生活中的实际案例，激发学生的好奇心，吸引他们的注意力，为接下来的新课学习做好铺垫。

讲授新课

环节一：开环控制系统续写

在开环控制系统中，电梯控制系统是一个典型的例子。

电梯控制系统主要包括以下几个部分：电梯控制器、电梯电机、电梯传感器和电梯执行器。在开环控制系统中，电梯控制器根据预设的程序和传感器输入的信息，发出指令给电梯电机，电梯电机根据指令驱动电梯执行器，从而实现电梯的上下运行。

电梯控制系统的工作过程如下：

首先，乘客在电梯内或外部按下楼层按钮，电梯控制器接收到信号后，根据预设的程序和当前电梯所在楼层，计算出电梯需要行驶的距离和方向。

然后，电梯控制器向电梯电机发出驱动指令，电梯电机根据指令驱动电梯执行器，使电梯按照预定的速度和方向运行。

在电梯运行过程中，电梯传感器实时监测电梯的运行状态，并将信息反馈给电梯控制器。电梯控制器根据反馈信息，对电梯运行进行调整，以确保电梯安全、稳定地运行。

环节二：闭环控制系统续写

闭环控制系统相较于开环控制系统，具有更高的控制精度和稳定性。

以家用空调控制系统为例，闭环控制系统主要包括以下几个部分：空调控制器、空调传感器、空调执行器和空调补偿器。

家用空调控制系统的工作过程如下：

首先，用户通过空调遥控器或面板设置空调的温度、模式和风速等参数。空调控制器接收到设定参数后，与传感器实时监测的室内温度进行比较，计算出温度差。

然后，空调控制器根据温度差和预设的pid参数，计算出空调执行器所需的驱动信号。空调执行器根据驱动信号，调整空调的制冷或制热能力，使室内温度接近设定值。

在闭环控制系统中，空调传感器将实时监测的室内温度反馈给空调控制器。空调控制器根据反馈信息，对空调执行器的驱动信号进行实时调整，使空调系统始终处于最佳工作状态。

此外，空调补偿器能够在空调系统受到外部环境干扰时，对空调控制器的输出信号进行补偿，提高空调系统的抗干扰能力。

环节三：两者对比与总结

开环控制系统和闭环控制系统在控制原理和应用场景上有一定的区别。

开环控制系统主要适用于稳定性和精度要求不高的场合，如电梯控制系统。电梯控制系统在运行过程中，只需按照预设的程序进行控制，不需要实时调整。因此，开环控制系统结构简单、成本较低。

闭环控制系统具有较高的控制精度和稳定性，适用于对温度、速度等参数要求较高的场合，如家用空调控制系统。

闭环控制系统能够根据实时反馈的信息，实时调整控制信号，使被控对象始终处于最佳工作状态。然而，闭环控制系统的