控制系统的干扰教案

第10讲3.6 线性系统的稳态误差计算3.6.1 稳态误差的定义3.6.2 系统类型3.6.3 扰动作用下的稳态误差以上讨论了系统在参考输入作用下的稳态误差。

事实上，控制系统除了受到参考输入的作用外，还会受到来自系统内部和外部各种扰动的影响。

例如负载力矩的变化、放大器的零点漂移、电网电压波动和环境温度的变化等，这些都会引起稳态误差。

这种误差称为扰动稳态误差，它的大小反映了系统抗干扰能力的强弱。

对于扰动稳态误差的计算，可以采用上述对参考输入的方法。

但是，由于参考输入和扰动输入作用于系统的不同位置，因而系统就有可能会产生在某种形式的参考输入下，其稳态误差为零；而在同一形式的扰动作用下，系统的稳态误差未必为零。

因此，就有必要研究由扰动作用引起的稳态误差和系统结构的关系。

考虑图3-23的系统，图中)(s R 为系统的参考输入，)(s N 为系统的扰动作用。

为了计算由扰动引起的系统稳态误差，假设R(s)=0，则输出对扰动的传递函数为 （控制对象控制器）图3-23 控制系统N(s)C(s))()()(1)()()()(212s H s G s G s G s N s C s M N +== (3-71))()()(21s G s G s G = 由扰动产生的输出为)()()()(1)()()()(212s N s H s G s G s G s N s M s C N n +==(3-72)系统的理想输出为零，故该非单位反馈系统响应扰动的输出端误差信号为)()()()(1)()(0)(212s N s H s G s G s G s C s E n n +-=-=(3-73) 根据终值定理和式(3-73)求得在扰动作用下的稳态误差为)()()()(1)()(lim 2120s N s H s G s G s sG s sE e n s ssn +-==→ (3-74) 若令图3-23中的21)()(,)()(222111ννs s W K s G s s W K s G == (3-75)为讨论方便起见假设1)(=s H 则系统的开环传递函数为νs s W K s W K s G s G s G )()()()()(221121==(3-76)1)0()0(,2121==+=W W ννν。

第5单元控制技术初步第2课《控制系统与智能控制》教学设计教案设计者：作者单位及联系电话：教材版本及授课年级：青岛版小学信息技术六年级下册一、教学分析（一）课程纲要依据中小学信息技术课程指导纲要指出：了解信息技术的应用环境及信息的一些表现形式。

本课展现了控制系统的构成及智能控制在生活中的应用。

（二）教材简析《控制系统与智能控制》是本册最后一课，是学生对控制系统有初步了解后的后续学习内容，主要介绍了控制系统的构成，简单智能控制系统在生活中的应用，让学生简单了解智能机器人。

通过本课的学习能够分析常见的控制系统的组成要素，能解释觉常见的智能控制现象。

教材通过一些具体的实例向学生展示智能控制的一些应用，培养了学生浓厚的学习兴趣，使学生树立科学的技术态度。

（三）学情分析学生已经具备了一定的生活经验，在他们的日常生活中，也经常接触到智能控制的现象。

生活中的一些智能控制应用是学生熟悉的，通过对这些实例的介绍进一步了解智能控制的应用领域，有利于增强学生的学习兴趣。

二、教学目标1、知识目标：了解控制系统的构成；简单了解智能控制系统在生活中的应用；简单了解智能机器人。

2、技能目标：能够分析常见的控制系统的组成要素；能解释常见的智能控制现象。

3、情感态度和和价值观目标：进一步体会控制技术对社会生产生活产生的影响，培养深厚的学习兴趣，树立科学的技术态度。

三、学习重、难点重点：了解智能控制在生活中的应用。

难点：分析常见的控制系统组成要素。

四、教学评价方案设计形成性评价：五、教学策略教法：谈话法、演示法、任务驱动法。

学法：合作探究法、讨论法、展示法。

六、教学准备电子教室、声控开关、声控启动机器人等。

七、教学设计（一）控制系统的一般构成【教师活动】（1）谈话导入并提问：自动门是如何工作的呢？（2）介绍自动门工作原理原来在自动工作门的上方有一种红外线探测器，当人走近自动门探测灵敏区域时，上方的探测器就会检测到人体发出的红外线。

探测器把这种信息传递给控制器，控制器根据预先设定好的程序，启动电动机运转，从而把门打开。

自动控制系统实验教案一、实验目的1. 理解自动控制系统的原理和组成；2. 掌握自动控制系统的分析和设计方法；3. 熟悉自动控制系统的实验操作和调试技巧；4. 培养学生动手能力和团队协作精神。

二、实验原理1. 自动控制系统的基本概念：系统、输入、输出、反馈、控制目标等；2. 自动控制系统的分类：线性系统、非线性系统、时间不变系统、时变系统等；3. 自动控制系统的数学模型：差分方程、微分方程、传递函数、状态空间表示等；4. 自动控制器的设计方法：PID控制、模糊控制、自适应控制等。

三、实验设备与器材1. 实验台：自动控制系统实验台；2. 控制器：可编程逻辑控制器（PLC）、微控制器（MCU）等；3. 传感器：温度传感器、压力传感器、流量传感器等；4. 执行器：电动机、电磁阀、伺服阀等；5. 信号发生器：函数发生器、任意波形发生器等；6. 示波器、频率分析仪等测试仪器。

四、实验内容与步骤1. 实验一：自动控制系统的基本原理与组成（1）了解自动控制系统实验台的基本结构；（2）学习自动控制系统的原理和组成；（3）分析实验台上的控制系统。

2. 实验二：线性系统的时域分析（1）根据实验要求，搭建线性系统实验电路；（2）利用信号发生器和示波器进行实验数据的采集；（3）分析实验数据，得出系统特性。

3. 实验三：线性系统的频域分析（1）搭建线性系统实验电路，并连接频率分析仪；（2）进行频域实验，采集频率响应数据；（3）分析频率响应数据，得出系统特性。

4. 实验四：PID控制器的设计与调试（1）学习PID控制原理；（2）根据系统特性，设计PID控制器参数；（3）搭建PID控制实验电路，并进行调试。

5. 实验五：模糊控制器的设计与调试（1）学习模糊控制原理；（2）根据系统特性，设计模糊控制器参数；（3）搭建模糊控制实验电路，并进行调试。

五、实验要求与评价2. 实验操作：熟悉实验设备的操作，正确进行实验；3. 数据处理：能够正确采集、处理实验数据；4. 分析与总结：对实验结果进行分析，得出合理结论；5. 课堂讨论：积极参与课堂讨论，分享实验心得。

高中通用技术4.6控制系统的实现教案地质版第六节控制系统的实现学习目标和要求：结合一定的案例，了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量，划出控制系统的方框图，并形成初步的控制系统设计方案。

能根据开环控制系统的设计方法，制作一个控制装置，或根据简单闭环控制系统的方案进行模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。

学习过程一、前课复习1、开环控制系统1.含义：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。

如：十字路口的红绿灯定时控制系统、楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉自动控制系统、自动门的控制系统、家用高压锅等。

⒉开环控制系统的方框图在系统控制中，为了分析的方便，常采用方框来表示系统的环节，用单向信号线来表示系统信号的传递方向，这种图称为控制系统的方框图，它表示了系统的各个环节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。

⒊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。

2、闭环控制系统⒈含义：把系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。

如：电冰箱的温度控制系统、交通路口红绿灯自动控制（根据车流量大小改变红绿灯时间）系统等⒉闭环控制系统方框图上图中，检测装置测量出被控量并返回到系统的输入端；是比较器，它将所给量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值；控制器将这一偏差值进行运算处理，并向执行器下达控制指令。

执行器根据指令对被控对象进行控制，从而使被控量稳定在一定范围内。

3．闭环控制系统的特征在系统的输入量和输出量之间，还有一条从输出量返回到输入端的反馈环节，它们形成了一条闭合回路，反馈环节使得输出量的改变对控制的过程产生直接影响。

4 闭环控制系统的干扰与反馈干扰因素和反馈是闭环控制系统中的两个重要的核心概念，闭环控制系统是通过反馈环节克服干扰因素而使系统达到稳定的（1）干扰：在控制系统中，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因素。

第四节控制系统的干扰一、教学内容分析：本节是在学生对控制系统有一定认识的基础上具体的阐述闭环控制系统的干扰与反馈的辨证关系，是全书的重点章节，也是控制系统的具体应用章节。

为以后学习的控制系统的设计等内容奠定了理论基础。

本节内容在《控制和设计》中起到举足轻重的作用，不仅可以使学生对闭环控制系统中的反馈（feedback）有很深的认识，而且也为闭环控制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知识。

从模块角度看，该节融合了该模块第二单元流程与设计，以及第三单元系统与设计的内容，控制过程本身的工作过程就是一个流程，闭环控制系统大致包括控制环节、执行环节、反馈环节和比较环；反馈也体现了系统的环境适应性，因此，本节是本模块的综合应用。

本单元是本课程知识的综合应用，综合了必修1、必修2的知识，讲了闭环自适应控制，体现了技术以人为本的理念。

二、教学对象分析：学生对控制机理比较陌生，整个教学都应以案例分析为主，所举案例应力求简单。

三、目标：1.知识与技能：（1）能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素，并作分析。

（2）熟悉闭环控制系统中反馈环节的作用。

（3）熟悉闭环控制系统的工作过程。

（4）了解功能模拟方法和黑箱方法在控制系统中的应用。

2.过程与方法：用方框图分析生活中常见控制系统，通过实践、游戏、讨论、分析、讲授法、问题教学法、小组讨论法、设计教学法等方法使学生懂得反馈在闭环控制系统中的作用，了解功能模拟方法和黑箱方法在控制系统中的应用；结合案例分析影响简单控制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，能具体问题，具体分析，能在生活中应用反馈原理，调节自身的心理、学习与生活。

培养学生的观察能力，体验学习乐趣。

渗透安全教育、德育教育、环保等教育。

浙教版2023小学信息技术五年级下册《控制系统的输入》教案及反思一、教材分析：浙教版五年级下册的《控制系统的输入》一课，主要介绍了控制系统的基本构成和输入设备的作用。

教材通过生动的实例，如红绿灯控制系统、智能家居等，帮助学生理解输入设备在控制系统中的重要性，引导学生从生活中发现和理解科技的应用。

二、教学目标：1. 知识与技能：理解控制系统的概念，掌握输入设备的基本功能和常见类型。

2. 过程与方法：通过实例分析，培养学生的观察、分析和解决问题的能力。

3. 情感态度与价值观：激发学生对信息技术的兴趣，培养他们对科技应用的敏感度和尊重。

三、教学重难点：【教学重点】：理解输入设备在控制系统中的作用，能列举并解释常见的输入设备。

【教学难点】：抽象的控制系统概念与实际生活中的应用之间的联系，以及如何分析一个控制系统的输入部分。

四、学情分析：五年级的学生已经具备一定的信息技术基础，对电脑等设备有一定的了解，但对控制系统的概念可能较为陌生。

他们好奇心强，喜欢探索，但抽象思维能力还在发展中，需要通过具体实例帮助他们理解。

五、教学方法和策略：1. 任务驱动法：设计一系列与生活贴近的控制任务，引导学生思考输入设备的作用。

2. 案例分析法：通过分析红绿灯、遥控器等实例，让学生直观理解输入设备的工作原理。

3. 合作学习法：分组讨论，分享各自找到的输入设备实例，增强学生的交流和合作能力。

六、教学过程：（一）、导入新课1. 活动热身：让学生们分享他们生活中常见的控制系统，例如电视遥控器、红绿灯、自动门等，引导学生思考这些系统是如何工作的。

2. 提出问题：为什么这些设备能根据我们的需求做出反应？它们是如何"理解"我们的指令的呢？引导学生认识到这些都与"输入"有关。

3. 揭示课题：今天，我们将一起学习“控制系统的输入”，理解并掌握控制系统的输入是什么，以及它在控制系统中的作用。

（二）、新知讲解1. 定义输入：首先，解释“输入”在控制系统中的基本概念，即输入是控制系统接收信息或指令的部分，是控制过程的开始。

自动控制系统实验教案一、实验目的1. 理解自动控制系统的原理和组成；2. 熟悉常见自动控制器的结构和功能；3. 掌握自动控制系统的设计和调试方法；4. 培养动手能力和实验技能。

二、实验原理1. 自动控制系统的基本概念：系统、输入、输出、反馈、闭环、开环等；2. 自动控制器的分类：比例控制器、积分控制器、微分控制器、PID控制器等；3. 自动控制系统的设计方法：频率域设计、时域设计、状态空间设计等；4. 自动控制系统的稳定性分析：闭环系统、开环系统、李雅普诺夫稳定性定理等。

三、实验设备与器材1. 实验台：自动控制系统实验台；2. 控制器：比例控制器、积分控制器、微分控制器、PID控制器等；3. 传感器：温度传感器、压力传感器、流量传感器等；4. 执行器：电动机、电磁阀、调节阀等；5. 仪器仪表：示波器、信号发生器、万用表等。

四、实验内容与步骤1. 实验一：比例控制器实验a. 了解比例控制器的工作原理；b. 搭建比例控制器实验电路；c. 调试比例控制器，观察控制效果；2. 实验二：积分控制器实验a. 了解积分控制器的工作原理；b. 搭建积分控制器实验电路；c. 调试积分控制器，观察控制效果；3. 实验三：微分控制器实验a. 了解微分控制器的工作原理；b. 搭建微分控制器实验电路；c. 调试微分控制器，观察控制效果；4. 实验四：PID控制器实验a. 了解PID控制器的工作原理；b. 搭建PID控制器实验电路；c. 调试PID控制器，观察控制效果；5. 实验五：自动控制系统稳定性分析a. 了解闭环系统稳定性分析方法；b. 搭建实验电路，进行稳定性分析；c. 改变系统参数，观察稳定性变化；五、实验要求与评价1. 实验要求：a. 按时完成实验任务；b. 正确操作实验设备，注意安全；c. 认真观察实验现象，记录实验数据；2. 实验评价：a. 实验操作的正确性；b. 实验数据的准确性；c. 实验分析的深入程度；六、实验六：模拟工业过程控制1. 目的：学习工业过程控制的基本原理。

一、教案基本信息教案名称：闭环控制系统的干扰与反馈教案课时安排：2课时（90分钟）教学目标：1. 让学生理解闭环控制系统的概念及其基本组成部分。

2. 让学生了解干扰在闭环控制系统中的影响。

3. 让学生掌握反馈在闭环控制系统中的应用和作用。

4. 培养学生分析和解决闭环控制系统问题的能力。

教学重点：1. 闭环控制系统的概念及其基本组成部分。

2. 干扰在闭环控制系统中的影响。

3. 反馈在闭环控制系统中的应用和作用。

教学难点：1. 闭环控制系统中干扰的分析和处理。

2. 反馈机制的设计和优化。

教学准备：1. 教学PPT。

2. 相关教学案例或实例。

3. 闭环控制系统仿真软件（可选）。

教学过程：第一课时：一、导入（10分钟）1. 引导学生回顾控制系统的相关知识，如开环控制系统和闭环控制系统。

2. 提问：什么是闭环控制系统？它有哪些基本组成部分？二、讲解闭环控制系统的基本组成部分（20分钟）1. 讲解闭环控制系统的基本组成部分，包括控制器、执行器、传感器和被控对象。

2. 强调闭环控制系统相较于开环控制系统的优势。

三、分析干扰在闭环控制系统中的影响（25分钟）1. 讲解干扰的定义和类型。

2. 分析干扰对闭环控制系统的影响，如降低系统稳定性和准确性。

3. 举例说明常见干扰及其对闭环控制系统的影响。

四、案例分析（20分钟）1. 提供几个闭环控制系统的实际案例，让学生分析其中的干扰因素。

2. 引导学生思考如何减小或消除干扰对闭环控制系统的影响。

第二课时：一、讲解反馈在闭环控制系统中的应用和作用（20分钟）1. 讲解反馈机制的定义和作用。

2. 强调反馈在提高闭环控制系统稳定性和准确性中的重要性。

二、分析反馈mechanisms design（25分钟）1. 讲解反馈mechanisms design的基本原则和方法。

2. 分析不同的反馈mechanisms design在闭环控制系统中的应用。

3. 举例说明反馈mechanisms design对闭环控制系统性能的影响。