一道控制题之争

陈国建

近几年，在平时教师之间的谈话中，听到最多的讨论是控制与设计这一节内容，在复习研讨会中，看到最多的展示课是控制与设计这一节。前几年在台州章青道老师的引领下，全省不少教师在网上进行控制与设计方面的讨论。在讨论的过程中，许多教师获益匪浅，教师之间也形成一定的共识，但有时还会形成一些分歧，还会对某些内容进行讨论，甚至会发生争论。在2014年7月高二期末通用技术改卷过程中，陶老师对28题控制题的答案提出异议，从而引起两个不同答案的争论。

一、缘起

28.如图所示为某平板打印机的控制系统示意图，主要由打印控制、走纸控制、干燥温控等组成。其中走纸控制的工作过程大致如下：当需要打印时，由光栅位移传感器检测纸张位置，单片机根据需求发出指令给搓纸伺服电机走纸，若纸张到达了指定位置，则让伺服电机停止转动。请完成下列各题，在有“ ”处填上相应的内容。

（1）该系统除了走纸控制子系统以外，还有打印子系统和

子系统。

（2）根据示意图及其描述，补充完整走纸自动控制系统方框图。

（3）该控制系统的热电偶出现损坏，可能造成 （在①不能走纸；②无法完成打印；③墨水無法快速固化中选择一项，将序号填写在“ ”处）。

以上是2013学年第二学期高二期末通用技术试卷中第28题，争论的焦点是第二小题，当时给出的参考答案如下：①伺服电机；②光栅传感器。当时陶老师提出，第二小题中走纸自动控制系统不是题中所示的闭环控制系统而是开环控制系统，因此第2小题是错误的。

二、各“圆”其说

面对陶老师提出的异议，负责出此题的潘老师解释道：“光栅位移传感器检测纸张位的实际位置，并将该位置传输给单片机与设定位置进行比较，单片机根据比较的偏差值发出指令给搓纸伺服电机走纸，若纸张到达了指定位置，则让伺服电机停止转动。”解释后补充道：“这是个典型的闭环控制系统，没有错。”为了增加对刚才解释的权威性，还列举了2011年9月浙江省普通高等学校招生通用技术试题中的第25题，并表示这两题类似。

25.如图所示是数控机床的位置控制系统示意图。

检测装置检测机床工作台的实际位移，并将该位移值传输给数控装置与设定位移量进行比较，数控装置根据比较的偏差值控制伺服装置运动，驱动机床工作台到达指定的位置。

（1）根据示意图及其描述，在控制系统框图中“▲”处填写相应的内容。

陶老师反驳道：“打印机的工作原理大概是这样的：主机送来的代码，经过打印机输入接口电路的处理后送至打印机的主控电路，在控制程序的控制下，产生字符或图形的编码，驱动打印头打印一列的点阵图形，同时字车横向运动，产生列间距或字间距，再打印下一列，逐列进行打印。一行打印完毕后，启动走纸机构进纸，产生行距，同时打印头回车换行，打印下一行。上述过程反复进行，直到打印完毕。”

简单地说就是打印机的打印就像电视的扫描一样，逐行逐列地经过每个位置，而不是东打印一个字，西打印一个字。因此，打印机的走纸自动控制系统是开环控制系统，工作过程大致如下：当某一行打完后需要换行时，将换行信号传给主控电路，主控电路根据需求发出指令给搓纸伺服电机走纸，当纸走过一行间距时，则让伺服电机停止转动。走纸自动控制系统方框图如下所示：

2011年9月浙江省普通高等学校招生通用技术试题第25题中数控机床的位置控制系统与打印机的走纸自动控制系统在原理上看上去类似，但有本质的区别。数控机床不是按顺序来工作的，而是A处工作完后就需要马上移到B处，因此它是闭环控制系统。

三、原因所在

在潘老师与陶老师的讨论过程中，许多教师逐渐参与其中，一开始绝大多数教师支持潘老师的观点，认为此题没问题。直到听完陶老师多次耐心的解释后，认为不但第2小题有问题，连题目中关于走纸控制的描述也是成问题的，正是题目错误的描述，引导大家把走纸控制系统看成闭环控制系统。

事后我们又通过QQ对此题进行多次讨论，讨论为什么关于《控制与设计》我们学习了这么多年，教了这么多年，讨论了这么多年还会犯这样的错误。最后总结出以下两方面的原因。

1.教师的教学经验。丰富的教学经验在许多时候能帮助教师快速、有效地解题，但有时也会对解题产生干扰。关于如何判断开环与闭环系统，从定义上看：开环控制系统是指控制系统的输出量不对控制过程产生任何影响。而闭环控制系统是指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。区别的关键是否存在反馈，即输出量是否对控制过程产生任何影响。教师通过多年的学习、教学、讨论后，关于如何判断开环与闭环系统逐步形成了自己的教学经验，把输出量是否对控制过程产生任何影响，简单理解成是否有多次的控制，只有一次控制是开环控制系统，如果需要不断地控制是闭环控制系统。教师为什么会形成这样的经验呢？因为开环控制系统的输出量不对控制过程产生任何影响，往往只有一次控制，例如教材中选用的游泳池注水案例；闭环控制系统的输出量对控制过程产生影响，有时为了抗干扰等因素，往往需要进行不断控制，例如教材中选用的加热炉的温度自动控制系统。所以，这种经验对绝大多数开环与闭环系统判断很有帮助，但也有个案不适用。

2.题目给教师产生错觉。从上往下打印过程中，需要不断地换行，打印纸就需要不断地移动，走纸控制系统会不断对打印纸进行控制，很多教师会产生走纸控制系统是闭环控制系统的错觉。其实造成打印纸不断移动不是控制系统不断控制的结果，而是输入量不断变化导致输出量相应的变化，这种情况以前教师碰到的机会很少。

四、愿望

一件产品从发明到成熟需要不断的完善，所以需要对各个环节进行评价；同样一门课程从开设到成熟也需要不断的完善，话不说不明，理不辩不清，所以教师之间相互学习、讨论、争论都会有利于教师的成长、学科的成熟。很多情况下，设计的评价目的往往不是为了甄别，而是为了相互交流信息、征求意见、共同研讨，进而完善设计方案。同样的道理，教师之间适当的争论并不是为了争出高低，而是在发现问题与解决问题的过程中共同提高。

编辑 马燕萍