单元三 · 有了反馈更优化
第11课 通过反馈知效果

一、学习目标
- 了解人们在处理日常事件时发生的反馈。
- 了解反馈在控制系统中的作用。
- 能绘制含反馈的控制系统工作过程示意图。
二、情境导入
还记得上一节课里提到的闹钟吗?它只管到时间就响,不管小智是否起床,结果小智有一天上学迟到了。
今天早上,改为妈妈来叫小智起床了:妈妈叫第一遍,小智没醒;又叫第二遍,他迷迷糊糊;第三遍边叫边拍,他终于起床了。
妈妈叫你起床的过程里,有个环节叫作反馈。下面一起来学习什么是反馈以及它的作用。
三、核心讲解
本课学习路径:
1分析人们处理日常事件存在的反馈
2分析人们使用控制系统时获得的反馈信息
3分析具备反馈的微波炉的工作过程
1.分析人们处理日常事件存在的反馈
结合自己今天经历的事情,选取 2~3 件分析其中存在的反馈。例如:
- 往杯子里倒牛奶:倒少了就继续倒。一边倒一边观察牛奶高度,把信息反馈到大脑,决定是否继续倒,直到量合适为止。
- 给碗里的食物吹气降温:觉得烫就再吹,直到温度合适为止。
- 做练习题对答案:发现错了,继续思考,然后改正。
反馈:把结果信息送回,用来调整下一步的计划、方向或方法,使最终效果更符合预期目标。
2.分析人们使用控制系统时获得的反馈信息
- (1)洗衣机洗完后,妈妈发现衣服没洗干净,又让洗衣机再洗一遍。——妈妈获得的反馈信息是:衣服没洗干净。
- (2)小智用微波炉加热食物,发现不够热,又让微波炉再加热 1 分钟。——小智获得的反馈信息是:食物不够热。
想一想:上述洗衣机和微波炉,是否要靠人去获取反馈信息?
人们在使用洗衣机和微波炉时,要靠自己去获取反馈信息,再根据情况决定是否再次操作。
想一想:如果洗衣机和微波炉都具备反馈,它们又会怎样工作?
- 洗衣机可增加检测水质的设备;反馈信息:最后一次排出的水是否清澈。
- 微波炉可增加检测温度的设备;反馈信息:加热后食物的温度。
控制系统中的反馈:把系统输出结果以一定形式传回输入端,形成新的输入;系统对新的输入再计算,产生新的输出。
3.分析具备反馈的微波炉的工作过程
开环控制系统本身不「关心」输出结果,实质上没有反馈。例如用微波炉加热食物时,小智是通过亲自感受食物温度获得反馈,而不是微波炉自身获得的。——「我可不知道加热的效果如何。」那就让微波炉具备反馈。
- (1)如果增加检测食物温度的装置,人们使用微波炉时,是不是可以设置温度(希望加热后达到的温度),而不是加热时间?——可以;这个温度就是阈值。
- (2)在「输入—计算—输出」示意图上补充:输入=参考温度(阈值);计算=把检测到的温度与设定阈值比较,根据结果生成指令;输出=微波炉加热。
- (3)再补充检测反馈:把检测到的温度送回,与参考温度比较,形成闭环。
弄清以上要点后,再进入下方动手体验:「恒亮灯演示」体会用传感器反馈调节亮度;「模拟小车避障演示」体会遇障停止。
四、动手体验 · MixGo MINI
本课共 2 个编程示例,请用下拉切换后分别载入体验。
拖动光线滑条(0~20661),映射到 0~255 点亮 RGB
正在载入 MINI 编程环境
正在载入 MixGo MINI 图形化仿真编程环境…
五、课堂总结
- (1)人们在生活中处理问题时,反馈随时发生。
- (2)人们使用不具备反馈的控制系统时,反馈信息是人们自己获取的。
- (3)具备反馈的控制系统,自身可以检测输出结果;若与参考值有偏差,会根据偏差重新计算并生成指令,使输出符合要求——这体现了反馈对控制系统的优化作用。
六、拓展提升
- (1)对比下方「模拟小车避障演示」:车能感应障碍并停下,说明有传感器反馈;骑自行车避障时,大脑也会根据看到的路况做出判断。
- (2)如果洗衣机有反馈,能根据洗后水质决定要不要再洗,请模仿「具备反馈的微波炉」示意图,画出带检测反馈的洗衣机工作过程。
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。
关于生活中的「反馈」,下列说法正确的是?
普通微波炉加热后,小智用手感觉食物不够热。下列认识正确的是?
判断:具备反馈的控制系统可以检测输出,并在有偏差时重新计算生成指令。
本节小结
回顾本课要点,完成动手体验与测评。记住:通过反馈知效果。