高精密工作台伺服驱动环节的设计与研究

2024-11-07

高精密工作台伺服驱动环节的设计与研究（通用4篇）

高精密工作台伺服驱动环节的设计与研究篇1

高精密工作台伺服驱动环节的设计与研究

摘要：研究并设计了应用于母盘刻录机的高精密工作台伺服驱动环节。在基于DSP数字闭环控制器的基础上，通过理论建模、程序仿真和实验验证，对驱动环节进行了优化设计。在驱动环节中采用了模拟速度环、PI校正环节和线性功放，使工作台在低速下有较快的响应和较小的稳态误差。实验结果表明，使用驱动环节后的伺服控制系统有利于提高母盘的刻录精度。

关键词：母盘刻录精密工作台驱动环节速度环 PI校正

随着社会的发展，信息的存储量越来越大，光盘信息存储技术也在不断飞速发展，因而对母盘制造精度提出了更高的要求。

(本网网收集整理)

目前，光盘国家工程研究中心利用高速数字信号处理器(DSP)，采用数字闭环控制原理和传统伺服电机驱动方式，实现了高精度工作台的连续大行程运动。其微位移定位精度为±50nm，宏位移定位精度优于±150nm，可以满足母盘刻录直线进给工作台的连续变速和±50nm控制精度的要求。

在此基础上，本文研究并设计了工作台的模拟驱动环节，以提高控制系统低速响应的稳定性和快速性。

1 系统总体结构

母盘刻录系统直线进给工作台的底座固定在隔振大理石台上，底座上安装了带高精度滚珠的V型槽作为运动导轨。工作台经蜗轮蜗杆和小螺距精密丝杠两级减速，通过直流伺服电机进行驱动。

母盘刻录系统采用恒线速刻录方式，聚焦光斑相对于母盘的理想运动是沿着以母盘圆心为中心的等线距阿基米德螺旋线以恒定线速度由内向外运动的，该运动由母盘的高速转动和刻录光学头的径向直线进给合成得到。

该精密工作台用于母盘刻录的正常工作速度约为30μm/s，采用上述大减速比的机械传动系统不可避免地存在传动误差。因此要实现精密定位，必须采用全闭环控制系统，直接检测工作台位置并针对位置误差进行伺服控制。工作台的控制系统总体结构如图1所示。

2 模拟驱动环节的建模

2.1 直流电机模型

工作台驱动电机采用上海电机厂生产的直流力矩测速电机组45L-CZ001。

若忽略电枢电感和粘性阻尼系数，则以电枢电压Ua(s)为输入、转速Ω(s)为输出的直流电机的传递函数为：

F(s)=Ω(s)/Ua(s)=(1/Ke)/[(Tms+1)(Tes+1)]≈(1/Ke)/Tms+1

其中，Ke为电动机反电动势系数，其单位为V・s;Tm为电机的机械时间常数;Te为电机的电气时间常数，其值很小可忽略，因此直流电机可以被简化为一阶系统。

图5 实际PI校正环节

电机机械时间常数的测定可以通过给电机加一个7V阶跃电压，然后用示波器测定响应到达稳定值0.632时所用的时间而近似得到，如图2所示。得机械时间常数Tm=0.06s。

开环情况下，输入电压经过线性功放后直接驱动电机，用转速表HT-331测量对应转速，可以得到放大倍数。测得的数据列于表1中。

表1 测得的数据表

电压/V0.51.01.52.02.5转速/rpm070302520750电压/V3.03.54.04.55.0转速/rpm9931195144816861930

数据经过直线拟合后，得到放大倍数为463.25。

电气时间常数很小，近似取Te=0.0012，可以得到经过功放后的直流电机模型的传递函数为：

F(s)=Ω(s)/Ua(s)=463.25/[(0.06s+)(0.0012s+1)]

2.2 驱动电路设计

为了提高系统在低速时响应的快速性、稳定性和带负载能力，要对模拟驱动电路进行设计，由测速机引入速度负反馈，电压差值经过PI校正环节和线性功率放大器放大后驱动直流伺服电机运动。驱动环节方案如图3所示。

PI校正环节的设计对驱动环节的性能有重要的影响，原理图如图4所示。其传递函数为：

V0/Vin=Ki(1/T0is+1)(Tjs+1/Tis)

其中，Ki=Ri/R0为校正器的比例放大系数，τi=RiCi为校正器时间常数，T0i=R0C0i/4为滤波时间常数，一般取值较小，用于过滤高频噪声干扰。为了能够将速度环设计成典型二阶环节，必须保证校正器零点的选择能够消掉调节时间大的时间常数，即τi=Tm。若取滤波时间常数T0i=0.25ms，R0=100kΩ，则滤波电容C0i=0.01μF。取比例放大倍数为Ki=3，得Ri=KiR0=300kΩ，于是得Ci=0.2μF。

为了保证PI校正环节在达到稳态时放大器不致因开环而饱和，故在PI反馈线路上并联一个反馈大电阻R1=1MΩ。此外，为了便于调节，将PI校正器增加比例系数功能，但又为防止调整时对时间常数产生太大影响，于是要保证Ri》R1，取R1=10kΩ，R2=1kΩ。实际采用的电路图如图5所示。

下面测定测速反馈系数，数据列于表2中。

表2 测速反馈系数表

转速/rpm070302520750电压/V00.965.7511.016.0转速/rpm9931195144816861930电压/V21.126.531.536.841.8

将数据进行直线拟合后得到反馈系数为:

H(s)=0.022

忽略PI校正环节滤波时间常数T0i，最终可得到速度。环开环传递函数为：

G(s)H(s)=3(0.06s+/0.06s)(463.25×0.022)/(0.06s+1)(0.0012s+1)

=509.6/[(s0.0012s+1)]

3 驱动电路仿真

选用的仿真环境是Matlab6.1及其下的Simulink工具箱。

3.1 速度环开环伯德图

速度环开环传递函数为：

G(s)H(s)=509.6/[(s0.0012s+1)]

用Matlab6.1绘制伯德图，得到图6。

剪切频率：416Hz 相角裕量：65度

系统有充分的相角裕量，可知系统稳定。

3.2 速度环闭环阶跃响应仿真

用Matlab6.1下的Simulink工具箱搭建速度环闭环系统结构图，如图7所示。加以0.2V的阶跃信号，取反馈系数为0.022，仿真结果如图8所示。

从响应曲线图上可以看出，系统阶跃响应的上升时间为5ms，超调量为6%，转速稳定值为10rpm/s，系统性能良好。

4 实验数据处理与分析

经过理论建模和程序仿真后，设计及调试用于精密伺服工作台的模拟驱动环节，并进行时域分析，比较实验结果。

4.1 不加模拟驱动环节

首先不加模拟驱动环节，用DSP数字控制器的输出信号(经过线性功放)直接驱动直流力矩电机运动。

4.1.1 DSP开环实验

在DSP数字控制器开环情况下加一个输入电压，测试所加电压和工作台速度的关系，工作台速度由采集的`直线位置光栅信号经过VC++程序处理得到。所得数据列于表3中。

表3 输入电压与工作台速度关系表

电压/V1.01.11.21.31.4速度/μms-100～55～1010～1515～20

由表中数据可见，DSP开环的速度稳定性差，死区电压为1.1V，系统灵敏度有待提高。

4.1.2 DSP闭环实验

DSP数字控制器闭环时，指定工作台以20μm/s的低速运动。图9中，(a)为速度响应曲线，(b)为位移响应曲线，(c)为位移响应曲线局部放大图。

由图9(a)和图9(c)可以看出系统有近40ms的延迟时间，其中20ms为死区时间(系统无响应)。系统产生延迟主要有下面两个原因：机械传动系统存在齿隙、回程等误差;电机机械响应存在延迟。

由图9可以得到不加模拟驱动环节时系统阶跃输入的时域响应指标如下：

延迟时间：40ms 上升时间：60ms

峰值时间：100ms 超调量：25%

稳态误差：15%

可见，在不加模拟驱动环节、直接用DSP闭环控制时，精密工作台的低速响应已经达到了一定的快速性和稳定性。但是用于母盘刻录时，工作台的稳定性则需进一步提高。

4.2 加模拟驱动环节

在工作台控制系统中采用带有速度环、PI校正和线性功放的模拟驱动环节驱动电机运动，进行DSP数字控制器开环及闭环实验。

4.2.1 DSP开环实验

使用模拟驱动环节后，实验测得在DSP数字控制器开环时，系统在0.2V电压下已经能够产生较连续的响应了，如图10所示。可见系统灵敏性有所提高。

4.2.2 DSP闭环实验

加上该模拟驱动环节后，对系统进行DSP数字控制器的闭环实验，仍然指定工作台以20μm/s的低速运动。图11中，(a)为速度响应曲线，(b)为位移响应曲线，(c)为位移响应曲线局部放大图。

由图11(a)和图11(c)可知，系统的延迟时间为20ms，其中10ms为死区时间。可见加上该模拟驱动环节后系统的延时减少。

由图11可以得到加模拟驱动环节后的系统阶跃输入的时域响应指标如下：

延迟时间：20ms 上升时间：30ms

峰值时间：60ms 超调量：7.5%

稳态误差：7.5%

图11 加驱动环工作台闭环阶跃响应

比较实验结果可以看出，加模拟驱动环节后，精密工作台系统的灵敏度大幅提高，且系统的低速稳定性能提高一倍。但速度曲线仍存在波动，这主要有两方面的原因：一是机械传动系统精度影响了工作台的稳速精度;二是工作台位移检测光栅分辨率有限，直接影响了采样点之间位移增量的测量精度。

母盘刻录机的进给工作台除要求有高的定位精度外，还要求能连续运动，并且在低速(约30μm/s)下具有良好的速度稳定性，稳态误差小于10%。速度越低，伺服工作台运动的条件就越恶劣，对伺服控制系统的要求就越高，保证速度稳定性的难度就越大。由实验结果和分析可以看出，在DSP数字控制系统中采用模拟驱动环节后，工作台的低速响应性能有明显的提高，不但提高了响应的快速性，而且稳态误差也减小，速度变化范围在7.5%之内。伺服驱动性能的提高有利于保证母盘刻录的精度。

高精密工作台伺服驱动环节的设计与研究篇2

微透镜阵列、全息透镜、衍射元件和梯度折射率透镜等新型微光学元件近年来得到了越来越广泛的应用, 这些零件表面轮廓非对称、形状复杂、精度要求高。传统加工方法 (如靠模仿形加工、研磨抛光等) 加工效率较低, 难以满足技术指标要求, 且很难在曲面上制作具有浮雕结构的混合光学元件;而许多现代的加工技术, 包括激光束 (电子束) 直写技术、蚀刻技术、LIGA 技术等, 存在对材料和设备要求高、刻蚀图形边缘不清晰、难以制作大F数的复杂结构、加工精度一致性较差、工艺可控性不好、对环境有污染等不足之处。

针对这种情况, 国外学者对普通车削加工的进刀方式进行了改进, 发展了快速车削加工技术[1]。高响应频率、高精度的驱动装置使刀具在Z向产生快速进刀运动, 通过与主轴C的回转运动、X轴的径向进给运动相结合, 金刚石刀具实时跟踪设计面形的变化, 能够实现复杂面形零件或结构的精密高效加工。这种加工方式一次加工即可获得很高的尺寸精度、形状精度和很低的表面粗糙度, 加工效率和柔性化程度高, 具有显著的经济效益。

国内外许多学者在快速车削加工领域取得了许多研究成果, 如美国、新加坡等国家已经出现了较为成熟的FTS系统[2,3]。但目前有关快刀加工的切削机理、工艺规划以及工艺条件对加工过程、工件表面形貌影响的研究比较少, 尤其是国内, 起步比较晚, 实用的快刀系统几乎没有。

本研究的主要目的就是要设计和研制一款压电陶瓷驱动的、满足微结构加工性能要求的快速刀具伺服系统, 以实现红外夜视仪器以及手机显示屏等光学元件中光学微镜阵列的加工, 要加工样件的总体直径为25mm, 其光学微镜的直径为50～200μm, 深度为10～30μm, 另外还要求达到0.1μm的表面粗糙度。

1 快刀伺服系统的结构设计与分析

根据应用单位对光学微透镜阵列的技术指标要求, 结合工艺条件, 我们确定如下快刀伺服系统性能参数:最大行程为80μm, 0～20μm范围内运动频响达到200Hz, 定位精度优于0.1μm;为了达到高加工精度, 还要求快刀伺服系统具有较好的静动态性能。

1.1 快刀伺服装置的总体结构设计

压电陶瓷作为驱动部件具有响应快、中间传动链少、易于微型化、定位精度高、无磁场干扰等优点。压电陶瓷的主要缺点是行程较小, 一般在200μm以内, 我们拟研制的快刀伺服系统最大行程为80μm, 因此选用压电陶瓷作为驱动器能够满足行程要求[2]。图1为快刀加工系统的总体结构图。

本文设计的快刀伺服装置总体结构如图2所示, 主要部件包括金刚石刀具①、柔性刀架②、压电陶瓷驱动器③、预紧装调部分④。压电陶瓷通过A处与刀架的柔性部分相连, 进而驱动柔性铰链给金刚石刀具施加快速进刀运动;预紧装调部分则通过圆柱面E、端面B以及可调空隙d, 实现与柔性刀架之间的定位、与压电陶瓷的连接, 并对压电陶瓷施加一定的预紧力。

1.2 柔性铰链刀架设计

柔性铰链用于提供绕轴做旋转运动的有限角位移, 在光学平台、微调整机构等的结构设计中被广泛采用, 大大提高了机构的运动精度, 充分实现了精确化、小型化和经济化的设计要求。我们根据快速伺服刀架的运动要求, 设计了新型的倒圆角直梁式柔性铰链四支撑平行结构, 如图3所示。4个相同尺寸的柔性铰链组合成平行四边形传递结构, 保证压电陶瓷输出位移沿Z向直线传递, 同时消除加工过程中Y向、X向力对压电陶瓷产生的剪切作用。除了材料和加工质量外, 柔性铰链的性能主要受直梁长度l、厚度t、X向宽度b 以及圆角半径R的影响, 其转角刚度可表示为[4]

式中, E为铰链材料的弹性模量;f2为与R/t相关的参数。

经过性能比较与分析, 柔性铰链的结构参数选取如下:直梁长度l= 5mm、圆角半径R= 5mm、厚度t=0.5mm、宽度b= 35mm。根据式 (1) 计算出单个柔性铰链的转角刚度K′= 515.2N·m/rad, 整个柔性刀架的Z向刚度为9.16N/μm。

1.3 刀架性能仿真分析

柔性铰链刀架的结构确定以后, 我们利用ANSYS对其力学性能进行有限元分析, 为尺寸参数的确定和优化提供支持, 图4所示为刀架位移、应力及一阶、二阶模态分析的ANSYS仿真结果。

总结不同厚度和受力情况, 最后我们得到仿真结果, 如图5所示, 从图5中可以发现在相同厚度情况下, 柔性铰链的位移与负载基本呈线性关系;在相同负载情况下, 输出位移随厚度增大而减小, 但并不呈线性关系。根据上面的数据, 我们得出了不同厚度下柔性铰链刀架的Z向刚度, 二者的关系曲线如图5c所示。

柔性铰链刀架的动态响应性能和固有频率对于快速进刀运动的影响很大, 因此我们需要对所设计的柔性铰链进行模态分析, 确定不同方向的各阶固有频率, ANSYS分析的不同铰链厚度条件下的前4阶固有模态如表1所示。

由于快刀伺服系统要求工作频率达到200Hz, 因此在保证一定安全系数的情况下, 要求系统的最小固有频率为600Hz。根据上面的分析, 选取柔性铰链厚度为0.5mm是比较合理的, ANSYS分析得到的Z向刚度为11.7N/μm, 一阶固有频率 (Z向) 为897Hz, 满足快速进刀要求。

1.4 压电陶瓷驱动器的参数设计

除了保证足够高的工作响应频率外, 压电陶瓷还要有高刚度、较大行程和足够大的驱动力。通过综合考虑不同切削深度时对应的切削力、柔性刀架弹性力、动态力和预紧力的取值情况, 我们得到在20μm行程、200Hz响应频率的加工情况下, 压电陶瓷的最小驱动力为1300N, 在80μm工作行程下最小驱动力为3350N。

根据工作条件下的性能分析, 我们选择德国PI公司生产的P216.8S压电陶瓷作为柔性刀架的位移驱动器, 其主要性能指标见表2, 无负载时的共振频率4.5kHz≫600Hz, 通过与驱动电源、伺服控制单元的合理搭配, 能够满足超精密快速车削加工的进刀要求。

注:表中的百分数指该性能值的误差范围。

1.5 超精密快速进刀装置研制

在前面分析、计算的基础上, 我们研制了超精密快速刀具伺服装置, 如图6所示。

1.金刚石刀具及夹持部分 2.柔性铰链3.压电陶瓷 4.预紧与装调部分

2 快速伺服刀架的建模分析

如图7a所示, 压电陶瓷驱动的快速伺服刀架可以简化为弹簧-质量-阻尼系统, 其中KR为柔性铰链的刚度, K0为压电陶瓷的刚度, m为系统的动质量, Z为压电陶瓷的名义输出位移, ΔZ为刀架的实际输出位移, F为加工过程的负载, bR为系统阻尼。

根据动力学平衡原理, 有

对式 (2) 进行拉普拉斯变换, 可以得到柔性刀架的传递函数:

其中, 系统固有频率 $ω_{n} = \sqrt{(Κ_{R} + Κ_{0}) / m}$ , 阻尼比ξ= bR/ (2m ωn) 。

压电陶瓷的电路模型可以等效成理想电容Cp与电阻Rp的串联结构, 将其视为惯性环节, 如图7b所示, 其电压、位移传递函数为

式中, τ为时间常数;KP为电压、位移转换系数。

联立式 (3) 、式 (4) , 我们得到快速进刀装置控制电压、刀具位移的传递函数:

经过测试得到系统的参数, 如表3所示。由表3参数可以得到系统的传递函数为

3 快刀伺服系统的性能测试

在完成了超精密快刀伺服装置的研制后, 我们对其进行了静动态性能测试, 以验证是否能够满足超精密快速车削的加工要求[5]。测试框图如图8所示, 性能测试参数主要包括刚度、电压-位移关系、线性度、定位精度和重复定位精度、运动频响。

测试过程中, 静态位移传感器1为标普接触式光栅位移传感器, 其分辨率为5nm;动态位移传感器2为与压电陶瓷驱动器集成在一起的应变片;电压表为HP3441A型万用表, 其测量精度可达到0.1mV;数据采集板型号为PCI2306。

(1) 刚度测试。

通过对柔性铰链刀架施加负载, 测量其形变量, 我们得到刀架的刚度值为12.4N/μm;与前面ANSYS的分析结果比较, 误差值为6%;结合空载、负载情况下的位移变化, 计算得出压电陶瓷的刚度K0=56.8N/μm, 快速伺服刀架的整体刚度为69.2N/μm。

(2) 电压-位移关系测试。

给快刀伺服系统施加控制电压, 测量其位移输出, 我们得到图9所示的结果。从图9中我们可以看到, 控制电压与刀具位移具有很好的线性关系, 经过数据处理得到电压-位移的关系:

(3) 系统线性度测试。

通过对测试数据进行分析, 我们得到快刀伺服装置的线性度误差小于0.145%, 这表明快刀系统的控制电压与刀具输出位移具有很好的线性关系。

(4) 定位精度和重复定位精度测试。

定位精度是快速伺服刀架在接受控制指令时实际到达位置与理想位置的最大偏差值, 重复定位精度是伺服刀架经过多次恒定控制位置时的最大偏差。给压电陶瓷驱动系统多次发送指定位置以及不同位置的控制信号, 并多次测量压电陶瓷位移系统的位移输出值, 对结果进行分析, 我们可以得到快刀伺服系统的定位精度为7.7nm, 重复定位精度为4.4nm。而微透镜阵列加工指标要求的系统定位精度为0.1μm, 这表明我们研制的快刀伺服系统完全能够满足其加工要求。

(5) 工作频响测试。

在实验过程中, 我们对快刀伺服系统施加了3种不同幅值、频率从0到350Hz随时间线性变化的扫频控制信号, 采集系统的位移输出。利用-3dB原则, 我们得到快刀伺服系统在不同输入幅值时对应的响应频率, 测试结果见表4。

根据表4中数据, 系统在39.0μm行程下的响应频率能够达到218Hz, 因此我们研制的快刀伺服系统能够满足超精密快速车削加工的响应频率要求。

4 结束语

通过结构和参数设计、静动态性能仿真与运动建模分析, 设计研制了一款基于压电陶瓷驱动和柔性铰链导向的快速刀具伺服装置。测试结果表明, 本系统的刚度为69.2N/μm, 定位精度为7.7nm, 重复定位精度为4.4nm, 线性度优于0.145%, 在39.0μm运动行程下响应频率为218Hz, 这些指标完全满足超精密快速车削加工的性能要求, 能够满足微镜阵列的加工要求。也为今后该系统在实际加工中更广范围的应用 (如全息透镜、衍射元件和梯度折射率透镜等复杂面形零件或结构的精密高效加工) 研究打下了基础。

参考文献

[1]吴丹, 谢晓丹, 王先逵.快速刀具伺服机构研究进展[J].中国机械工程, 2008, 19 (11) :1379-1385.

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[3]Marten F B.Design and Control of a Long StrokeFast Tool Servo[D].Boston, Massachusetts:Massa-chusetts Institute of Technology, 2005.

[4]左行勇, 刘晓明.三种形状柔性铰链转动刚度的计算与分析[J].仪器仪表学报, 2006, 27 (12) :1725-1728.

高精密工作台伺服驱动环节的设计与研究篇3

1.准备活动在“心理上”得不到重视

这些年的体育传统教学认为，体育课的教学任务主要靠基本部分来完成，准备部分主要是组织学生热身活动，使学生从心理、生理上进入状态。从心理的重视程度上，不管是教师还是学生，还是把准备活动当成“配角”，把主要精力还是放在基本部分上。

2.准备活动的“组织形式”不够多样

平时的上课教学中，都是采用以班为集体的形式，不管教材的内容、性质、对象特点，准备活动总是用固定的形式，一套操、一个游戏，一做就是一年，甚至几年，久而久之，学生就觉得厌烦，没有新意。固化的组织形式只能导致学生参与热情与兴趣的衰退。

3.准备活动的“内容”不够新颖

准备活动的内容包括一般性准备活动和专门性准备活动。但在教学实践中，往往以一般性准备活动为主，很少会出现专门性准备活动。而一般性准备活动通常就是简单的一套徒手操，内容循环往复，枯燥乏味。

4.准备活动的“实施”完全依赖于教师

准备活动的教学过程基本依赖于教师的指挥。虽然这样有利于学生认真练习，也可加强学生的组织纪律性，但对于这个年龄的中学生来说会影响他们活泼好动的性格，一定程度上压抑了学生的个性发展，不利于调动学生学习的灵动性，最终忽略了学生的主体地位。

二、小学高段体育与健康课堂“准备活动”环节的设计与优化

1.紧扣生理效应的指标要求，有效设计“准备活动”

体育教学准备活动的任务是在有限的时间内运用各种方法，尽快把学生的注意力集中到体育课堂上来。教师必须根据学生的生理效应的指标要求，根据学生的身心特征和活动特点，有效设计“准备活动”。

（1）准备活动的时间。准备活动的适宜时间以体温上升为主要标志。体温的适度升高，能加快神经传导速度，有利于氧的供应。

（2）准备活动的运动强度。准备活动的强度应以中等强度为宜，不能过大或过小，对小学生来讲，准备活动时期，平均心率在110次/分左右，最高心率在140次/分左右，持续2～3分钟为宜。

（3）准备活动与正式练习之间的间隔时间。在体育教学中，准备活动结束到正式练习开始之间的间隔时间应以2～3分钟为宜。

2.紧扣课堂效应的目标要求，有效设计“准备活动”

教学目标是教学活动的灵魂，对教学过程具有导向、调控、激励和评价功能。“准备活动”的设计宗旨应以服务于课堂教学目标为宗旨。教师要根据课堂的教学目标，有效设计相关的“准备活动”。

（1）丰富“准备活动”的形式，达成灵动与趣味的统一。教学是一个灵动的生命场景，需要教师不断为学生创设各种丰富多彩的活动形式，才能唤醒学生的参与热情，才能让“准备活动”热身于、服务于课堂教学，从而在灵动与趣味中不断达成教学目标。

（2）充实“准备活动”的任务，达成前奏与后续的统一。从教学的整个过程来看，“准备活动”虽然是课前（或新课前）的热身运动，占据的时间也较短，但却是教师应该值得高度关注的一个环节。之后，教师必须对“准备活动”予以有效任务的设计，使得“准备活动”富有一定的含金量，真正体现教学各环节的重要性和协调性，从而确保整个课堂中前奏与后续教学的整体性教学任务的达成。

3.紧扣课堂教学的多元价值，积极优化“准备活动”

课堂效应是多元的、多层次的，因此，教师对“准备活动”的设计要注意学生的不同需求和个性特征，从心里铺垫到兴趣激活、从情感适应到参与融合等方面予以优化，多元、立体地展示“准备活动”的价值、特性和魅力！

（1）通过“鲜活”的事例，提高学生的心理准备。要让学生从心理上扭转准备活动是“配角”的错误认识，必须对学生进行准备活动的目的性和重要性的宣传教育。在课堂的常规教育中，应通过列举因准备活动不充分而发生伤害事故的“鲜活”事例，反复讲，经常讲，意在让学生知其所以然，从心理和生理两个方面明确准备活动在体育教学中所起的重要作用，从而改变学生对体育课准备活动的认识和态度。

（2）通过“活泼”的形式，提高学生的兴趣。激发学生的学习兴趣，是取得良好教学效果的重要因素。因此，尽量把准备活动的内容安排得丰富多彩，形式尽可能新颖、多样一些。诸如多种形式的徒手操、轻器械操、体操；多种形式的走、跑、跳及活动性游戏，健美操的基本动作等，采用多种形式的准备活动既可以使学生很快对体育课发生兴趣，又能活跃课堂气氛，有利于提高学生的积极性，使学生在欢乐的气氛中进入运动状态。

（3）通过“活力”的任务，提高学生的参与度。美国心理学家威廉·詹姆斯有句名言：“人性最深刻的原则就是希望别人对自己加以赏识”。一些学生会因学习成绩差而觉得抬不起头来，但是他们迫切希望人们对其自身价值的肯定，而体育“活动准备”则为他们提供了展现自身价值的良好的“环境”。学生还可以通过体育竞争和游戏伙伴这面“镜子”看到自己的形象，发现自己的长处，从而萌发不甘落后、积极进取、奋发向上的竞争意识，进而激发他们的学习动力和自尊自强精神。

（4）通过“灵活”的调整，提高学生的适宜度。充分考虑当时的气候条件，在气温偏低时，锻炼前的准备活动一定要做充分，时间要稍长一些，强度和密度要稍大一些。如气温偏高，准备活动的时间可相对短些，以减少能量的消耗，集中精力学习基本内容。以上几个方面，是体育教师在安排准备活动时需要考虑的，还有一些因素，如场地器材情况、学生人数、性别等，也应给予足够的重视。