单元七 · 汽车里的小奥秘
第27课 定速巡航的控制

一、学习目标
- 知道定速巡航系统的功能和模块组成。
- 能通过反馈机制设计汽车的速度控制算法。
- 了解定速巡航程序的实现,感受计算机对控制系统功能实现的作用。
二、情境导入
小思爸爸开车带全家人出门旅行,上高速公路后,发现车很少,畅通无阻。
爸爸说他开启了定速巡航功能,这样能让脚轻松一些。
小思很好奇,定速巡航是怎么一回事?
三、核心讲解
本课学习路径:
1了解定速巡航系统
2分析定速巡航车速控制的算法
3通过程序模拟定速巡航
1.了解定速巡航系统
定速巡航系统用于保持汽车车速稳定,帮助司机减少驾驶疲劳并提高行车安全性。系统由车速传感器、控制器等模块组成:传感器实时检测当前车速并反馈;控制器把检测到的速度与设定速度(阈值)比较,再控制加速或减速。
- 如果车速超过阈值,会减少油门输入(或适度刹车)以降低速度。
- 如果车速低于阈值,会适度增加油门输入以提高速度。
- 测速结果不断反馈回来,属于闭环控制。
动画体验 · 定速巡航闭环
点「开启定速巡航」,观察车速如何自动靠近设定值;也可加扰动,再看系统如何把车速拉回来。
想一想:什么是定速巡航?开启后系统怎样保持车速稳定?
2.分析定速巡航车速控制的算法
提示:隐含着闭环控制。
- 这是定速巡航算法流程图,你画对了吗?同时,你发现传感器不断在检测车速,这是一个循环的过程,需要关闭定速巡航系统才能结束。
- 根据定速巡航系统中“如果车速超过目标速度,系统会减少油门输入以降低速度;如果车速低于目标速度,系统会适度增加油门输入以提高速度”这个功能,绘制算法流程图。提示:这里隐含着闭环控制。传感器不断在检测车速,系统不断进行判断……这是一个循环的过程,需要关闭定速巡航系统才能结束这个过程。
想一想:定速巡航系统通过持续的检测和调整,使车辆逐渐接近并保持在设定速度范围内。不断检测车速并根据误差信号调整对加速踏板的控制,以使车辆保持稳定的速度前进。你认为这个过程是闭环控制还是开环控制?
3.通过程序模拟定速巡航
活动内容:使用MixGo Mini 实现模拟定速巡航。
- 活动环境:本课下方 MixGo MINI 动手体验。
- 活动目的:感受用程序实现控制系统功能的方法,体会计算机在过程与控制系统中的作用。
- 改变输入会导致控制系统的输出发生变化——在下方载入定速巡航相关示例并运行观察。
想一想:活动总结1)汽车当前速度改变了,相当于改变了定速巡航系统的什么?导致发生什么变化?2)如果阈值改变了,相当于改变了定速巡航系统的什么?导致发生什么变化?
弄清以上要点后,再进入下方动手体验,用实际操作验证。
四、动手体验 · MixGo MINI
模拟定速巡航
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
- 定速巡航系统需要不断对速度进行检测,然后与标准速度进行比较,根据结果对速度进行相应调节。
- 定速巡航系统存在反馈,是一个闭环控制系统。
- 利用流程图描述定速巡航的算法,可以更清楚地理解系统的工作原理。
六、拓展提升
- (1)定速巡航系统对车速的控制属于开环还是闭环?与前面接触过哪些控制系统类似?
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。
根据本课学习目标,关于「定速巡航系统的功能和模块组成」,下列哪项认识正确?
学习「定速巡航的控制」时,下列哪项正确落实了目标中的「认识」要求?
判断(对照学习目标):信息科技只出现在实验室,与日常生活无关
本节小结
回顾本课要点,完成动手体验与测评。记住:定速巡航的控制。