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第10课 开环控制应用广

任务场景
任务场景:开环控制应用广

一、学习目标

  • 了解开环控制的特点。
  • 能绘制开环控制的工作过程示意图。
  • 通过分析控制系统的实例,知道开环控制系统普遍存在我们生活中。

二、情境导入

小智设定了每天早上 7 点的闹钟,闹钟会在早上 7 点准时响铃并持续 10 秒后结束。

小智是否起床,是闹钟能控制的吗?

爸爸用洗衣机洗衣服,选定洗衣模式并启动开关后,洗衣机就按照规定的洗衣程序进行工作。

如果这次的衣服特别脏,爸爸还是选用平时的洗衣模式,洗衣机能控制衣服一定能洗干净吗?

三、核心讲解

本课学习路径:

1分析开环控制的特点
2绘制并分析电风扇的工作过程
3分析生活中开环控制应用的实例

1.分析开环控制的特点

闹钟不知道你会不会赖床;洗衣机也不知道衣服洗得够不够干净——它们都没办法根据结果再调整。

回顾第 4 课:控制系统工作有三个环节——输入—计算—输出。下面用这个模式描述洗衣机的工作过程。

小试牛刀:爸爸选择「标准模式」,然后按「启动」按钮,洗衣机开始运转,最后发出嘀嘀的蜂鸣声,提示洗衣结束。

  • 输入:洗衣模式、启动指令
  • 计算:按选定的模式生成指令
  • 输出:洗衣机运转

想一想:

  • 问题1:洗衣机的工作过程是不是从开始到结束,按程序一步步往下走的?——是的。
  • 问题2:如果爸爸发现衣服不够干净,还想再用洗衣机洗,是不是只能再选模式,让洗衣机把洗衣程序再运转一遍?——是的。
开环控制:控制系统按给定的输入运行后,会按预期目标形成输出结果,而且这次的结果无法改变。工作过程是「线性」的:给定输入 → 对应输出,不能根据输出再自动修正。

洗衣机的工作过程就属于开环控制。

2.绘制并分析电风扇的工作过程

人们接通电源,然后选择风速挡位,风扇就会按预定的模式转动起来。请按「输入—计算—输出」画出其工作过程示意图(把输入和输出填在横线上即可)。

  • 输入:风速挡位
  • 计算:按设定的风速生成指令
  • 输出:风扇按指定挡位转动

想一想:这个过程是否属于开环控制?洗衣机和电风扇的工作过程有什么相同点?

都是给定输入后就有对应输出;如果风速效果不好,风扇自己没法调整,只能人重新换一个风速挡位。——工作过程「直直地往一个方向走」,属于开环控制。

3.分析生活中开环控制应用的实例

参照下表,列举生活中 2~3 个开环控制系统,分析其控制过程中的输入与输出。

  • 电子闹钟:输入=设定的响铃时间;输出=铃声
  • 电水壶:输入=接通电源的指令;输出=加热
  • 指纹锁:输入=指纹信息;输出=锁开

弄清以上要点后,再进入下方动手体验(「填充体验」),观察程序是否按步骤一路执行、具备开环控制特点。

四、动手体验 · MixGo MINI

填充体验

五、课堂总结

  • (1)开环控制系统操作往往比较简单,工作过程一般由厂家设定好,产生的结果也基本固定。
  • (2)开环控制系统结构比较简单,通常每个输入对应一个输出,也不需要对输出结果进行检测。
  • (3)但如果控制系统受到干扰,设定好的工作过程不适合,就会导致输出产生偏差。

六、拓展提升

  • (1)补充微波炉加热食物的工作过程:输入=加热模式、加热时间、启动指令;计算=按选定挡位和时间生成指令;输出=加热。
  • (2)下方「填充体验」可改变绘制参数,观察 MixGo Mini 绘出轨迹的过程;它只会按程序一步步执行,若轨迹不完美只能改程序再跑——这也属于开环控制。

测评

对照本课学习目标作答(客观题练习);选出后点「检查」。答错会显示简短说明。

  1. 关于「开环控制」,下列说法正确的是?

  2. 接通电源并选择风速挡位后风扇转动。下列认识正确的是?

  3. 判断:开环控制系统通常每个输入对应一个输出,一般不需要对输出结果进行检测。

本节小结

回顾本课要点,完成动手体验与测评。记住:开环控制——给定输入,按程序一路输出。