《闭环电子控制系统的设计和应用》学案.doc

第章第节《》学案 浙江省武义第二中学 【学习目标】【学习重点】【学习难点】 【课时安排】课时温故知新第节闭环电子控制系统与开环电子控制系统不同，它能对输出结果进行检测，并将检测信号反馈到控制处理部分，从而对系统的控制产生影响。它的方框图为： 常见的闭环电子控制系统有家用电冰箱、空调、电热水器、太阳能热水器、智能电饭锅、现代化农业温室等等。 一、水箱水位闭环电子控制系统的设计和应用 水位控制器是指通过机械式或电子式的方法来进行高低水位的控制，可以控制电磁阀、水泵等，成为水位自动控制器或水位报警器，从而来实现半自动化或者全自动化，方法有多种，根据选用不同的产品而不同。 1、设计要求 　（1）设计和制作一个水箱水位闭环电子控制系统。 （2）实现水塔水箱水位的自动控制。 2、设计分析 　（1）根据对设计要求的分析，水箱中的水位高度是被控量，水箱中的水是被控对象。 　（2）由于对水箱中水位的高度变化有严格的要求，即要求水箱中储存的水不能超过某一水位（高水位），也不能低于某一水位（低水位），因此必须对被控量进行检测，并反馈所测得的结果。实现这一控制必须采用闭环电子控制系统。 　（3）根据闭环电子控制系统的方框图，选择合适的输入、控制（处理）、输出、检测部分的元器件（或实用电路）、设备等。 输入：三根裸露的硬铜线组成水位探头，A是高水位探头；B是低水位探头；C是零水位探头。调整探头位置可改变输入量。 控制（处理）：由三极管开关电路组成。水位传感器检测并反馈水箱的实际水位与设定值进行比较，经判断后发出向水箱送水或停止送水的指令。 输出：由继电器、电动机、水泵、水箱等组成。 检测：由三根水位探头组成一个传感器，对水箱水位随时进行检测，并把水位信号反馈至比较器。 水箱水位闭环电子控制系统方框图 3、水箱水位闭环电子控制系统电路图： 方案一: 电路分析： 1）水位低于B点： 2）水位到达A点： 3）水位在A和B之间： 安装测试： 1）安装电路 ①根据电路图列出材料清单，并对材料质量进行检测 ②对照印制电路板安装电路（暂时不安装电动机），安装时要防止插错元器件、虚焊等。 ③按照水箱中的水位探头图示，用粗通电线制作水位传感器，并将三个探头与印制电路板上a、b、c三点对应连接。 2）调试电路 ①将传感器插入无水的玻璃杯中，接通电源，如果电路安装正确无误，继电器产生吸合动作，触电J-2闭合，指示灯红灯亮 ②向杯中逐渐加水，当水面与低水位探头接触时，指示灯黄灯亮，当水面与高水位探头接触时，继电器触电J-2释放，指示灯绿灯亮。 ③减少杯中的水量，水箱水位降低（或用提升水位探头的位置模拟），指示灯黄灯继续发光，但当水位降低到低水位探头B离开水面时，指示灯红灯亮。 ④将经过调试后的水位电子控制电路安装电动机、水泵和输软管，进行仿真试验，记录数据，分析、判断水位电子控制系统的实际工作情况，正常工作后，方可正式使用。 方案二： 电路分析： 1）水位低于B点： 2）水位到达A点： 3）水位在A和B之间： 安装测试： 参见方案一调试方法 课堂小结：设计和安装闭环电子控制系统的一般步骤如下： （1）按照设计要求进行分析，确定被控量和被控对象。 （2）如果对控置量控制的精确度要求较高，应利用有反馈的闭环电子控制系统对被控对象实施控制。 （3）根据闭环电子控制系统方框图，选择控制（处理）部分的电子电路、输出部分的执行器、检测部分中的传感器，并参考有关资料，通过接口连接电路将各个部分紧密地连接成一个完整的控制系统。 课堂练习 如图所示是小明设计的温度报警装置部分电路，其中IC是运算放大器，输入输出逻辑关系见图中表格，Rt是负温度系数热敏电阻。当温度达到或超过40℃时，要求该报警装置发出声、光报警信号。请完成以下任务： （1）当温度升高时，Rt的电阻值将_______（在①增大；②减小中选择一项，将序号填写在“_______”处）。 （2）当温度达到或超过40℃时，要求发光二极管V1发光，请根据电路的逻辑关系在a、b、c三点中选择合适的点连接V1和R4。 (3)运算放大器不能直接驱动蜂鸣器报警，请根据电路的逻辑关系选择合适的三极管(NPN型或PNP型，采用共发射极接法)，在虚线框中画出蜂鸣器驱动电路。 （4）在测试中发现温度超过40℃还没有报警，现要对电路重新调试，调试步骤如下： A.将_______放入盛有冷水的烧杯，插入温度计，加入热水使水温等于40℃(在①IC；②R3；③Rt中选择一项，将序号填写在“_______”处)； B. _______，直至报警装置发出声、光报警信号为止(在①减小R3；②增大R3； ③减小R3；④增大Rt中选择一项，将序号填写在“_______”处)。