过程与控制

过程与控制

• 生活中广泛存在着“输入一计算一输出”的计算模式，从外界获得的输入经过计算产生输出，进而作用于外界再影响输入，从而形成反馈系统。理解系统实现过程与控制的原理，对于理解生活中广泛存在的过程与控制系统至关重要。本模块通过学习生活中的过程与控制系统，帮助学生了解过程与控制的特征及实现方式，理解利用计算机解决问题的手段，进一步认识过程与控制系统自身的特点和规律。

• 通过本模块的学习，学生能认识到过程与控制广泛存在于日常生活中，知道其中的反馈、环路、优化等概念，针对简单的过程与控制系统，能通过编程进行验证。

• 本模块包括“系统与模块，“反馈与优化”“逻辑与运算”三部分内容。

1. 内容要求

• (1)通过体验和认识身边的过程与控制，了解过程与控制可以抽象为包含输入、计算和输出三个典型环节的系统。
• (2)通过观察身边的真实案例，了解一个大的系统可以分解为几个小的系统，一个系统也可以划分出功能相对独立的多个模块。
• (3)通过分析具体案例，了解反馈是过程与控制中的重要手段，初步了解反馈对系统优化的作用。
• (4)通过分析具体过程与控制系统的实例，了解系统的输入与输出可以是开关量或连续量，了解连续量可以经由阈值判断形成开关量，掌握开关量的简单逻辑运算。
• (5)通过分析典型应用场景，了解计算机可用于实现过程与控制，能在实验系统中通过编程等手段验证过程与控制系统的设计。
• (6)结合生活中的实例，理解过程与控制系统中存在安全问题，知道自主可控的系统在解决安全问题时起到的重要作用。

2.学业要求

• 能认识到过程与控制系统普遍存在于日常生活中。能发现大的系统可以由小的系统组成，不同的系统中存在相似的组成部分。能识别系统中的输入、计算、输出环节，能理解反馈在系统中的作用，能分辨输入与输出环节中的数据是开关量还是连续量，并能运用逻辑和数值运算设计简单的处理环节。能利用在线平台和工具寻找生活中的过程与控制场景，能设计用计算机实现过程与控制的方案，并在实验系统中通过编程等手段加以验证。能理解用计算机实现过程与控制时存在的安全问题，了解自主可控的系统在解决安全问题时的重要性。

3.教学提示

• 过程与控制是广泛存在于生活中的一种系统模型，它不仅是某些常见的电气设备的运作方式，也是一些社会经济事务的运作原理。过程与控制的教学要从生活场景出发，引导学生学会识别系统特征，分析系统构成，设计计算过程，并通过实验加以验证。

• (1)学生在生活场景中能见到大量的具有过程与控制系统的设备。以学生能够理解的身边的实例为载体，将教学内容的要点串联起来，让相关思维方式具体地显现在其中。

  • 例如，家用微波炉给食物加热的过程可以抽象为:通过输入指令设定加热挡位与加热时间，控制电路接收输入指令，计算后生成相应的工作指令，磁控管和转盘电机等按照工作指令开始工作从而加热食物。从这个案例可以看出，微波炉工作的过程分为输入、计算和输出三个环节。微波炉也可以划分出磁控管、转盘、转盘电机、继电器等功能相对独立的模块，这些模块可以完成一些细小的功能，也可以被快速替换与更新。

• (2)引导学生分析具体案例，找到其中存在的反馈和环路，发现反馈作用于输出的计算方式，理解系统控制的过程。

  • 例如，家庭空调可使房间保持凉爽的原理是:在空调通电待机时，输入制冷模式、设定的房间温度和风量等信号，空调的控制电路计算获取的输入信息，控制电路对压缩机下达制冷的工作指令，空调风又不断吹出凉风，房问温度下降;温度传感器实时检测房间温度，并传送给控制电路，控制电路比较输出与输入情况，对压缩机下达相应的工作指令，让压缩机制冷或暂停制冷，使空调内机风又吹出冷风或暂停吹出冷风，以此控制房间温度在设定的温度附近。依靠检测输出、返回与输入比较、重新调整工作部件的指令这一反馈过程，空调能够完成房间温度控制的任务。

• (3)引导学生分析典型应用场景，从中发现计算机和程序的作用，通过在仿真软件或教学实验系统中的编程验证，了解用计算机实现开关量和连续量控制计算的方式。

  • 例如，智能微波炉在机械式微波炉的基础上，使用了计算机芯片参与控制，使得控制精度和控制能力得到了极大的提升，不但控制时间更精确，而且能够实现复杂的分段火力控制，完成具有一定难度的烹饪。

• (4)引导学生阅读新闻报道，了解过程与控制系统中可能会存在安全问题，知道自主可控的系统对于解决安全问题的重要性。