《闭环电子控制系统的设计和应用》学案

1 第第五五章章 第第二二节节 闭环电闭环电子控制系子控制系统统的的设计设计和和应应用用 学案学案 浙江省武义第二中学 程妙仙 2016 05 学习目标 1 理解简单闭环电子控制系统的工作原理 2 掌握简单闭环电子控制系统设计 安装与调试 3 掌握安装过程中常见问题的分析和解决 学习重点 简单闭环电子控制系统设计 安装与调试及安装过程中常见问题 的分析和解决方法 学习难点 安装过程中常见问题的分析和解决 课时安排 1 课时 温故知新温故知新 第第二二节节 闭环电闭环电子控制系子控制系统统的的设计设计和和应应用用 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 2 一 水箱水位闭环电子控制系统的设计和应用一 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 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 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 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 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 输出 由继电器 电动机 水泵 水箱等组成 检测 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水箱水位闭环电子控制系统方框图 3 3 水箱水位闭环电子控制系统电路图 水箱水位闭环电子控制系统电路图 方案一方案一 电路分析 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 安装测试 1 安装电路 根据电路图列出材料清单 并对材料质量进行检测 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 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 4 2 调试电路 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 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 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 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 方案二 电路分析 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 安装测试 参见方案一调试方法 课堂小结课堂小结 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 5 课堂练习课堂练习 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 增大 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