普通高中课程标准实验教科书 通用技术（必修2）

技术与设计2

教师教学用书

高中一年级下册

河南省基础教育教学研究室组编

河南科学技术出版社

郑 州

第四章 控制及其设计

第三节 干扰和反馈

一、学习目标

（1）了解干扰现象和反馈原理。

（2）了解开环、闭环控制系统的区别及各自的优势。

（3）认识典型的控制系统。

二、教材分析

（一）教学内容分析

本课时使用的是豫科版教材《技术与设计2》第四章“控制及其设计”的第三节“干扰和反馈”，计划安排2个课时。

（1）本节首先介绍干扰和反馈的含义。干扰是除了控制量（设定值）以外，影响控制对象被控量变化的各种因素。干扰因素有很多，都会影响控制对象被控量。比如，设定了空调的温度后，空调开始工作直到达到设定温度；但是，室内温度还会受到各种影响，如室外温度高低、室内人员数量变化、空调压缩机电源电压的变化等，都会影响室内的温度，都是对室内温度的干扰。

反馈就是通过传感器检测出被控量的偏离量，把偏离量传递到控制装置，控制装置通过调整对偏差进行修正，使被控量逐渐接近设定值的过程。反馈的过程必须完整、必须达到修正被控量偏差的目的，否则就不是反馈或者没有起到反馈的作用。

我们分析一下射箭的过程：拉弓、瞄准、射箭。箭射出后在飞行过程中，我们可以预判箭是不是向着靶心飞去。但即使我们看到箭偏离了靶心，我们也无法再改变箭的方向，只能眼睁睁地看着它。这个过程中，看似有“反馈”（我们能够看到箭的飞行趋势），但实际上，这种“反馈”再也不能干预箭的飞行方向了。所以，这钟反馈对箭的控制没有作用，“射箭”的控制系统是开环控制系统。

（2）开环控制系统和闭环控制系统的区别。开环控制系统和闭环控制系统的区别就是有没有反馈。没有反馈的控制系统就是开环控制系统；有反馈的控制系统就是闭环控制系统。闭环控制系统在受到干扰时，可以自动修正被控量产生的偏差，因此，具有抗干扰能力。开环控制系统无法对干扰产生的被控量偏离进行修正，没有抗干扰的能力。

例如，导弹在向目标飞行过程中，受到风的影响偏离了目标，导弹的检测装置（雷达、GPS）发现后，通过控制装置、执行机构（方向舵、发动机喷口）修正偏差，让导弹继续向目标飞行。所以，导弹控制系统是闭环控制系统。

发射炮弹时是根据目标的方位和距离，调整发射方向和角度，炮弹发射后在到达目标之前，如果受到干扰（如侧风）偏离目标，就无法进行修正了。这就是一个开环控制系统。但是，我们再次发射炮弹时，可以根据前一次的弹着点，调整发射方向、角度，使炮弹更接近目标。通过观察前一次的弹着点（检测），测量出弹着点与目标的偏差（比较），把偏差信息输入到控制装置（计算需要调整的方位、角度），调整执行机构（火炮的发射参数，如方位、角度），再次发射炮弹。这时，火炮控制系统就是闭环控制系统（图4.20）。

单次发射（开环控制）：

再次发射（闭环控制）：

图4.20 火炮控制系统

（二）教学重点与难点

1．教学重点

了解什么是控制系统的干扰因素、什么是反馈。

2．教学难点

闭环控制系统的反馈机制是如何修正干扰因素引起的偏差的。

3．学习分析

（1）本节教学重点是了解什么是控制系统的干扰因素、什么是反馈。控制系统是否有反馈机制，能否对干扰因素引起的被控量偏差进行修正，是开环控制系统和闭环控制系统的本质区别。

组织学生归纳总结开环控制系统和闭环控制系统的特征，并根据这些特征分析常见的控制系统，看看哪些是开环控制系统，哪些是闭环控制系统（表4.5）。

（2）本节教学难点是闭环控制系统的反馈机制是如何修正干扰因素引起的偏差的。

通过多种试验，组织学生归纳总结开环控制系统和闭环控制系统的特征，并根据这些特征分析常见的控制系统，看看哪些是开环控制系统，哪些是闭环控制系统。

表4.5 不同控制系统的特征

需要注意的是，有些特征是相对的，不能作为判断依据，如控制精度的高低、复杂程度等。关键是要看是否有反馈，即是否能把偏离量传递到控制装置，控制装置通过调整对偏差进行修正。就是有没有自动调整的能力和抗干扰能力。

压力锅的控制系统非常简单，只有一个限压阀，但却是一个闭环控制系统。在未达到设定压力值时，限压阀关闭；当压力锅内的压力超过设定值时，限压阀放气，维持一定的压力；不管如何调整火的大小，限压阀总是可以控制压力锅的压力。限压阀具有自动调整压力锅内压力的能力和抗干扰能力，所以是闭环控制系统。

如果把压力锅的压力控制过程用手动控制方法进行模拟，按照控制功能进行分析，就比较清楚了。测量在压力锅内的压力未达到设定压力时，人的大脑给手发出指令“关闭阀门”；当通过测量知道压力锅内的压力达到设定压力时，人的大脑给手发出指令“打开阀门”，释放蒸汽。这时压力测量装置是检测装置，大脑是控制器，手是执行机构。而实际上压力锅压力控制的这三个功能都是限压阀实现的，限压阀既是检测装置，也是控制器，还是执行机构。

（三）课堂练习

在电冰箱（教材图4.38）温度控制系统中，你认为能引起电冰箱中实际温度变化的干扰因素都有哪些？电冰箱温度控制系统是如何修正干扰因素造成的偏差的？