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解析闭环控制系统工作过程
通用技术(必修)技术与设计2第四章第三节
第1课
一、教学目标
通过实践体验,分析闭环控制系统的基本组成和工作过程,学会画闭环控制
系统的方框图。
二、教学重点、难点
通过实践体验,分析闭环控制系统的基本组成和工作过程,学会画闭环控制
系统的方框图。
三、教学方法
讲授法,演示法,实验体验法,任务引导法
四、教学过程
1.情境导入
陈晨家阳台上种植了两种植物——虎皮兰和绿萝。虎皮兰喜热、耐干旱,绿
萝则喜阴湿、忌干燥。这两种植物不能采用同一定时浇水方式,应该如何改进自
动浇灌装置呢?
2.新课学习
技术体验:
搭建土壤湿度控制系统
体验目的:
通过搭建土壤湿度控制系统,感受闭环控制系统的工作过程。
情境展示:
不同的植物需要的水量不同,喜干和喜湿的植物不能采用同一定时浇水方式。
为解决这一问题,陈晨打算设计一个可以根据不同植物的土壤湿度值来决定是否
浇水和浇多少水量的自动控制装置。
问题分析:
相对于定时浇灌,根据土壤湿度调节浇水量的方式,在方案设计上阀门和电
磁阀有什么不同?
活动准备:
材料:控制器、土壤湿度传感器、电磁阀、集水箱、花洒、阀门、继电器、
支架等。
工具:钢丝钳、活动扳手、十字螺丝刀、胶枪等。
主要过程:
1.如图4-25所示,根据控制系统示意图进行搭建。
2.利用Linkboy开源编程软件进行电路的连接和控制系统程序的编程。
3.实际电路和制作。
4.用湿度传感器检测土壤湿度,与控制器连接,从而控制电磁阀的开与关,
为植物输送浇水。
5.调试并观察过程,填写下表:
土壤湿度情况电磁阀的状态花洒的状态
当湿度传感器检测到花盆
内土壤湿度不够时
当湿度传感器检测到花盆
内土壤湿度达到要求时
思考:
电磁阀的开启与关闭取决于来自什么装置的信号?
闭环控制系统
在上述土壤湿度控制系统中,输入信号是设定的土壤湿度。湿度传感器检测
到的土壤湿度信号返回到控制系统的输入端,通过一个具有计算功能的装置(比
较器),与给定湿度值作比较。当实际湿度比设定湿度低时,控制器控制电磁阀
打开,给植物浇水;当实际土壤湿度达到设定的土壤湿度时,控制器发出信号关
闭电磁阀,停止浇水。
该浇水自动控制系统的方框图如图4—26所示:
从这一控制系统方框图中可以看出,在系统的输入端和输出端之间,除了有
从设定湿度到实际土壤湿度的信息传递,还有从输出端返回到输入端的信息传递,
即把输出量返回到输入端,与给定值进行比较,构成一条闭合回路。我们把系统
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称为闭环控制系统。
简单闭环控制系统的方框图如图4-27所示:
⊗
图中,检测装置测量出被控量并返回到系统的输人端;是比较器,它将给
定量与所检测的被控量进行比较,求出偏差值;控制器将这一偏差值进行运算处
理,并向执行器下达控制指令;执行器根据指令对被控对象进行控制,从而使被
控量稳定在给定的范围内。与开环控制系统相比,闭环控制系统多了一个由检测
装置组成的反馈通道。
马上行动
判断下列控制系统是否属于闭环控制系统,并画出方框图。
控制系统是否属于闭环控制系统方框图
光控窗帘控制系统
电冰箱的温度控制系统
声光楼道灯控制系统
花房的恒温自动控制系统
案例分析
(一)离心式调速器对蒸汽机转速的控制
离心式调速器的原理是利用蒸汽机带动一根竖直的轴转动,这根轴上装有一
个四连杆机构,连杆带有两个重球。当蒸汽机转动加快超过某一限定值时,竖轴
也转动加快,两个重球随之升高,这时与重球连接的调节杠杆便将蒸汽阀门关小,
从而使蒸汽机的转速降低一些。反之,若蒸汽机的转速过慢,则竖轴转动过慢,
重球的位置也下降,这时连杆便将阀门开大,从而使蒸汽机转速加快。
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