《閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用》學(xué)案

第五章 第二節(jié)閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用學(xué)案浙江省武義第二中學(xué) 程妙仙 2016.05【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、理解簡(jiǎn)單閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的工作原理 2、掌握簡(jiǎn)單閉環(huán)電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試 3、掌握安裝過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題的分析和解決【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】簡(jiǎn)單閉環(huán)電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試及安裝過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題的分析和解決方法【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】安裝過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題的分析和解決【課時(shí)安排】 1課時(shí)溫故知新:第二節(jié) 閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用閉環(huán)電子控制系統(tǒng)與開(kāi)環(huán)電子控制系統(tǒng)不同，它能對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)信號(hào)反饋到控制處理部分，從而對(duì)系統(tǒng)的控制產(chǎn)生影響。它的方框圖為： 常見(jiàn)的閉環(huán)電子控制系統(tǒng)有家用電冰箱、空調(diào)、電熱水器、太陽(yáng)能熱水器、智能電飯鍋、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)溫室等等。 一、水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用 水位控制器是指通過(guò)機(jī)械式或電子式的方法來(lái)進(jìn)行高低水位的控制，可以控制電磁閥、水泵等，成為水位自動(dòng)控制器或水位報(bào)警器，從而來(lái)實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化或者全自動(dòng)化，方法有多種，根據(jù)選用不同的產(chǎn)品而不同。 1、設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)和制作一個(gè)水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)。（2）實(shí)現(xiàn)水塔水箱水位的自動(dòng)控制。 2、設(shè)計(jì)分析（1）根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析，水箱中的水位高度是被控量，水箱中的水是被控對(duì)象。（2）由于對(duì)水箱中水位的高度變化有嚴(yán)格的要求，即要求水箱中儲(chǔ)存的水不能超過(guò)某一水位（高水位），也不能低于某一水位（低水位），因此必須對(duì)被控量進(jìn)行檢測(cè)，并反饋所測(cè)得的結(jié)果。實(shí)現(xiàn)這一控制必須采用閉環(huán)電子控制系統(tǒng)。（3）根據(jù)閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的方框圖，選擇合適的輸入、控制（處理）、輸出、檢測(cè)部分的元器件（或?qū)嵱秒娐罚⒃O(shè)備等。 輸入：三根裸露的硬銅線(xiàn)組成水位探頭，A是高水位探頭；B是低水位探頭；C是零水位探頭。調(diào)整探頭位置可改變輸入量?？刂疲ㄌ幚恚河扇龢O管開(kāi)關(guān)電路組成。水位傳感器檢測(cè)并反饋水箱的實(shí)際水位與設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)判斷后發(fā)出向水箱送水或停止送水的指令。輸出：由繼電器、電動(dòng)機(jī)、水泵、水箱等組成。檢測(cè)：由三根水位探頭組成一個(gè)傳感器，對(duì)水箱水位隨時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，并把水位信號(hào)反饋至比較器。 水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)方框圖3、水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)電路圖：方案一:電路分析：1）水位低于B點(diǎn)：2）水位到達(dá)A點(diǎn)：3）水位在A(yíng)和B之間：安裝測(cè)試：1）安裝電路根據(jù)電路圖列出材料清單，并對(duì)材料質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)對(duì)照印制電路板安裝電路（暫時(shí)不安裝電動(dòng)機(jī)），安裝時(shí)要防止插錯(cuò)元器件、虛焊等。按照水箱中的水位探頭圖示，用粗通電線(xiàn)制作水位傳感器，并將三個(gè)探頭與印制電路板上a、b、c三點(diǎn)對(duì)應(yīng)連接。2）調(diào)試電路將傳感器插入無(wú)水的玻璃杯中，接通電源，如果電路安裝正確無(wú)誤，繼電器產(chǎn)生吸合動(dòng)作，觸電J-2閉合，指示燈紅燈亮向杯中逐漸加水，當(dāng)水面與低水位探頭接觸時(shí)，指示燈黃燈亮，當(dāng)水面與高水位探頭接觸時(shí)，繼電器觸電J-2釋放，指示燈綠燈亮。減少杯中的水量，水箱水位降低（或用提升水位探頭的位置模擬），指示燈黃燈繼續(xù)發(fā)光，但當(dāng)水位降低到低水位探頭B離開(kāi)水面時(shí)，指示燈紅燈亮。將經(jīng)過(guò)調(diào)試后的水位電子控制電路安裝電動(dòng)機(jī)、水泵和輸軟管，進(jìn)行仿真試驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)，分析、判斷水位電子控制系統(tǒng)的實(shí)際工作情況，正常工作后，方可正式使用。方案二：電路分析：1）水位低于B點(diǎn)：2）水位到達(dá)A點(diǎn)：3）水位在A(yíng)和B之間：安裝測(cè)試：參見(jiàn)方案一調(diào)試方法課堂小結(jié)：設(shè)計(jì)和安裝閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的一般步驟如下： （1）按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，確定被控量和被控對(duì)象。（2）如果對(duì)控置量控制的精確度要求較高，應(yīng)利用有反饋的閉環(huán)電子控制系統(tǒng)對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制。（3）根據(jù)閉環(huán)電子控制系統(tǒng)方框圖，選擇控制（處理）部分的電子電路、輸出部分的執(zhí)行器、檢測(cè)部分中的傳感器，并參考有關(guān)資料，通過(guò)接口連接電路將各個(gè)部分緊密地連接成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。 課堂練習(xí)如圖所示是小明設(shè)計(jì)的溫度報(bào)警裝置部分電路，其中IC是運(yùn)算放大器，輸入輸出邏輯關(guān)系見(jiàn)圖中表格，Rt是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。當(dāng)溫度達(dá)到或超過(guò)40時(shí)，要求該報(bào)警裝置發(fā)出聲、光報(bào)警信號(hào)。請(qǐng)完成以下任務(wù)：第17題圖（1）當(dāng)溫度升高時(shí)，Rt的電阻值將_（在增大；減小中選擇一項(xiàng)，將序號(hào)填寫(xiě)在“_”處）。（2）當(dāng)溫度達(dá)到或超過(guò)40時(shí)，要求發(fā)光二極管V1發(fā)光，請(qǐng)根據(jù)電路的邏輯關(guān)系在a、b、c三點(diǎn)中選擇合適的點(diǎn)連接V1和R4。(3)運(yùn)算放大器不能直接驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，請(qǐng)根據(jù)電路的邏輯關(guān)系選擇合適的三極管(NPN型或PNP型，采用共發(fā)射極接法)，在虛線(xiàn)框中畫(huà)出蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路。（4）在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)溫度超過(guò)40還沒(méi)有報(bào)警，現(xiàn)要對(duì)電路重新調(diào)試，調(diào)試步驟如下：A.將_放入盛有冷水的燒杯，插入溫度計(jì)，加