闭环电子控制系统的设计和应用学案

1、第五章 第二节闭环电子控制系统的设计和应用学案 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 : 第二节 闭环电子控制系统的设计和应用 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

2、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

3、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

4、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 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。 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

5、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： 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

6、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，插入温度 计，加入热水使水温等于 4