电子控制技术(闭环)

1、LOGO普通高中通用技术课程普通高中通用技术课程 电子控制技术电子控制技术海宁市南苑中学海宁市南苑中学 吴海江吴海江第四章第四章 闭环电子控制系统闭环电子控制系统的的 设计和应用解读设计和应用解读 Company Logo对本节内容的学科教学指导要求对本节内容的学科教学指导要求能设计安装简单的闭环电子控制系统并进行调试能设计安装简单的闭环电子控制系统并进行调试会分析和解决安装过程中出现的常见问题。会分析和解决安装过程中出现的常见问题。简单闭环电子控制系统的基本工作原理理解简单闭环电子控制系统的基本工作原理理解三点教学要求三点教学要求Company Logo开环控制电子控制系统开环控制电子控制系

2、统v特点：电子控制输入结果对系统的控制没有影特点：电子控制输入结果对系统的控制没有影响，也就是被控量的变化不会引起控制量的改响，也就是被控量的变化不会引起控制量的改变，即没有反馈。这种电子控制系统叫开环电变，即没有反馈。这种电子控制系统叫开环电子控制系统，例如上节课电子门铃的设计及其子控制系统，例如上节课电子门铃的设计及其应用。应用。输入输出控制(处理)信息信息被控对象Company Logo闭环控制电子控制系统闭环控制电子控制系统闭环电子控制系统是在开环电子控制系统基闭环电子控制系统是在开环电子控制系统基础上增加反馈环节而构成的。它具有较高的础上增加反馈环节而构成的。它具有较高的控制精度，能

3、实现自动控制。冰箱、空调、控制精度，能实现自动控制。冰箱、空调、恒温箱、智能洗衣机、水位监控设备等大都恒温箱、智能洗衣机、水位监控设备等大都采用闭环电子控制系统。采用闭环电子控制系统。输 入控制（处理）输 出被控对象检 测XCompany Logo开环与闭环电子控制系统的比较开环与闭环电子控制系统的比较 闭环电子控制系统与开环电子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处理部分，从而对系统的控制产生影响。影响。Company Logo设计要求：设计要求：（1）

4、设计一个鸡蛋孵化温度控制系统）设计一个鸡蛋孵化温度控制系统 （2）要求孵化温度控制在）要求孵化温度控制在3739范围内范围内 案例分析：鸡蛋孵化温度控制器的设计和应用案例分析：鸡蛋孵化温度控制器的设计和应用设计分析设计分析（1）根据设计要求，确定温度是被控量，孵化室是被）根据设计要求，确定温度是被控量，孵化室是被控对象；控对象；（2）由于对孵化室的温度控制严格地规定了温度允许变化的范）由于对孵化室的温度控制严格地规定了温度允许变化的范围，所以必须使用闭环电子控制系统。通过对被控量的检测和反围，所以必须使用闭环电子控制系统。通过对被控量的检测和反馈，可以实现较高精度的温度控制；馈，可以实现较高精

5、度的温度控制；（3）按照闭环电子控制系统的方框图，确定预置温度范围，选）按照闭环电子控制系统的方框图，确定预置温度范围，选择控制电路的元器件、输出部件和检测温度的传感器，通过查找择控制电路的元器件、输出部件和检测温度的传感器，通过查找资料将各部分用接口电路连接起来，组成一个闭环电子温度控制资料将各部分用接口电路连接起来，组成一个闭环电子温度控制系统；系统；（4）分析本系统受到的干扰因素，并考虑减少干扰影响的措施。）分析本系统受到的干扰因素，并考虑减少干扰影响的措施。Company Logo设计设计A：JN6201鸡蛋温度控制器电路图鸡蛋温度控制器电路图Company Logo核心芯片核心芯片I

6、C JN6201管脚介绍管脚介绍v1、2、3、4输出高电平有效输出高电平有效v6、接地、接地v7、接电源（、接电源（3V）（）（5V）v9、输出高电平。音频中出高电平，结束后低电、输出高电平。音频中出高电平，结束后低电平平v10、指示灯、指示灯 。音频输出中闪烁，结束后低电平。音频输出中闪烁，结束后低电平v11、14音频输出音频输出v其余管脚一般不用。置空其余管脚一般不用。置空Company Logo闭环控制框图定量电路分析闭环控制框图定量电路分析(联系到对应电路模块联系到对应电路模块) v开关开关S闭合，电路通入直流闭合，电路通入直流3V电压电压Vcc，为电路，为电路提供电源。假设温度传感器

7、为负温度系数温敏电提供电源。假设温度传感器为负温度系数温敏电阻阻(大部分温敏电阻都是负温度系数的大部分温敏电阻都是负温度系数的)v输入量部分：温度设定值输入量部分：温度设定值温度的变化引起温度的变化引起Rt1、Rt2阻值的变化阻值的变化芯片芯片JN6201的的2、4管脚电管脚电位变化位变化v控制部分：控制部分：JN6201芯片电路芯片电路+指示电路指示电路+延时延时电路电路v指示电路说明：指示电路说明：t下下37 时，时，Rt1增大增大2管管脚电位升高脚电位升高10管脚输出高电平管脚输出高电平三极管三极管V1导导通通发光二极管发光二极管V4亮，指示温度低于下限温度亮，指示温度低于下限温度时加热

8、时加热(电热丝开始工作电热丝开始工作)。Company Logo闭环控制框图定量电路分析闭环控制框图定量电路分析(联系到对应电路模块联系到对应电路模块)v延时电路说明：当温度低于延时电路说明：当温度低于37 时加热，时加热，加热过程中，温度在升高，加热过程中，温度在升高，Rt1在减小在减小2管脚电位也在减小管脚电位也在减小9管脚低电平在增大管脚低电平在增大由于没有增达到一定值，三极管由于没有增达到一定值，三极管V2依然依然导通导通三极管三极管V3依然导通依然导通继电器线圈继电器线圈J通电通电继电器触点继电器触点J-2闭合闭合电热丝继续电热丝继续加热，从而保证将低于加热，从而保证将低于37 加热

9、至高于加热至高于或等于或等于37 时，三极管时，三极管V2没有立即停止，没有立即停止，而是延时导通，直到温度达到而是延时导通，直到温度达到39 时才时才截止。截止。Company Logo闭环控制框图定量电路分析闭环控制框图定量电路分析(联系到对应电路模块联系到对应电路模块)v 输出部分：继电器电路输出部分：继电器电路+电热丝电路电热丝电路v 继电器电路继电器电路+电热丝电路说明：电热丝电路说明：t下下37时，时，Rt1增大增大2管脚电位升高管脚电位升高9管脚输出低电平管脚输出低电平三极管三极管V2导通导通三极管三极管V3导通导通继电器线圈继电器线圈J通电通电继电器触点继电器触点J-2闭合闭合

10、电热丝电路接通，开始加热；电热丝电路接通，开始加热；v t上上39时，时，Rt2减小减小4管脚电位降低管脚电位降低9管脚输出管脚输出高电平高电平三极管三极管V2截止截止三极管三极管V3截止截止继电器线圈继电器线圈J断电断电继电器触点继电器触点J-2断开断开电热丝电路断开，停止加热。电热丝电路断开，停止加热。v 被控对象部分：放置于孵化室的电热丝被控对象部分：放置于孵化室的电热丝v 反馈部分：反馈部分：Rt1与与Rt2温度传感器采集温度信息，一旦温温度传感器采集温度信息，一旦温度达到某一值，阻值变化引起度达到某一值，阻值变化引起2、4管脚电位的变化管脚电位的变化(输输入量的变化入量的变化)Com

11、pany Logo重点提醒重点提醒vV6(2CP1A)的作用：的作用： 当当V3突然截止时突然截止时 线线圈中储存的能量通过圈中储存的能量通过V6产生回路放掉，产生回路放掉， 如果不接如果不接V6， 就会瞬间产生高电压将就会瞬间产生高电压将V3击穿。从而起到保护击穿。从而起到保护V3的作用。的作用。Company Logo设计方案设计方案B电路图电路图Company Logo设计方案设计方案B分析思考分析思考v1、由于硅三极管饱和导通时、由于硅三极管饱和导通时be电压在电压在0.7V左左右、基极电流在右、基极电流在50A左右左右 ；发光二极管发光时；发光二极管发光时电压在电压在1.8V左右、发

12、光电流左右、发光电流30mA左右，左右，（1.8V一一0.7V）50A 20K。如果。如果R2是是1K那么那么CF741的的6脚电压必须达到脚电压必须达到1KX30mA30V，供电电压是，供电电压是9V，显然无，显然无法达到，所以只有将法达到，所以只有将R2减小很多，如果减小很多，如果R2用用10，那么，那么6脚电压只要脚电压只要1.8V十十10X30mA2.1V，就能使，就能使V1发光发光 V3饱和导通。饱和导通。v根据电路分析，书本工作过程根据电路分析，书本工作过程V1和和V2应该分析应该分析有误。有误。Company Logo设计方案设计方案B模拟试验模拟试验模拟演示工作过程模拟演示工作

13、过程Company Logo设计方案设计方案CCompany Logo核心芯片核心芯片IC CB7555管脚介绍管脚介绍6脚阈值的解释：又叫临界值，是指一个效脚阈值的解释：又叫临界值，是指一个效应能够产生的最低值或最高值。应能够产生的最低值或最高值。Company Logo案例分析案例分析2：水箱水位闭环电子控制系统的设计和应用：水箱水位闭环电子控制系统的设计和应用v设计要求设计要求（1）设计与制作一个水箱水位闭环电）设计与制作一个水箱水位闭环电子控制系统的模型。（子控制系统的模型。（2）能模拟水塔水箱中水）能模拟水塔水箱中水位的自动控制。位的自动控制。v设计分析（设计分析（1）根据设计要求的

14、分析，被控量是）根据设计要求的分析，被控量是水箱中水位的高度，被控对象时水箱中的水。水箱中水位的高度，被控对象时水箱中的水。（2）由于对水箱中水位的高度变化有较严格的）由于对水箱中水位的高度变化有较严格的要求，即要求水箱中储存的水不能超过某一个水要求，即要求水箱中储存的水不能超过某一个水位，也不能低于某一个水位，因此必须对被控量位，也不能低于某一个水位，因此必须对被控量进行检测，并反馈所测得的结果。（进行检测，并反馈所测得的结果。（3）根据闭）根据闭环电子控制系统方框图，选择合适的输入、控制环电子控制系统方框图，选择合适的输入、控制（处理），输出，检测部分的元器件、设备。（处理），输出，检测部

15、分的元器件、设备。Company Logo设计设计A系统方框图系统方框图Company LogoJN6201水箱闭环电子控制系统电路图水箱闭环电子控制系统电路图Company Logo分析工作过程分析工作过程v工作过程：当水位低于工作过程：当水位低于b点时，点时， ab间断开间断开 ，B点高电点高电位，位， lC的的3脚高电位，脚高电位， 经经IC内部触发内部触发 ，使，使IC9脚时续脚时续输出低电位输出低电位 ，使，使V2的的b极低电位，极低电位， V2饱和导通，饱和导通，V2的的c极产生高电位，极产生高电位， V3的的b极高电位，极高电位，V3饱和导通，、饱和导通，、J继电器产生磁性继电器

16、产生磁性 J一一1和和J一一2均接通右边，均接通右边，V8发出绿发出绿光，同时电动机带动水泵加水。当水位满到光，同时电动机带动水泵加水。当水位满到C时，时，ca通通过水接通过水接通 IC4脚拉到低电位，经脚拉到低电位，经IC内部触发，内部触发，IC9脚脚输出高电位，使输出高电位，使V2截止，截止，V3的的b极低电位，极低电位，V3截止，截止，J线圈中没有电流失去磁性线圈中没有电流失去磁性 ，一一1和和一一2 均接通左边，均接通左边，V7发红光，同时电动机断电水泵停止加水。发红光，同时电动机断电水泵停止加水。V6的作用的作用是：当是：当V3突然截止时，突然截止时，线圈中储存的能量通过线圈中储存的

17、能量通过V6产产生回路放掉，如果不装生回路放掉，如果不装V6 就会瞬间产生高电压将就会瞬间产生高电压将V3击穿。击穿。V4发绿光表示检测到水位低于发绿光表示检测到水位低于b ，IC正常运行。正常运行。 Company Logo水箱水位闭环电子控制设计方案水箱水位闭环电子控制设计方案BCompany Logo设计方案设计方案B的电路分析的电路分析v1、本电路不采用集成块和功率放大器，将大大、本电路不采用集成块和功率放大器，将大大减少控制的精度和灵敏度。采用本电路进行水位减少控制的精度和灵敏度。采用本电路进行水位控制的可靠性相对较差，能耗高，故障率高。控制的可靠性相对较差，能耗高，故障率高。v2、

18、V4的作用：在的作用：在V1导通的时候，保证导通的时候，保证V2有效有效的截止，起到稳定电路的作用。的截止，起到稳定电路的作用。Company Logo设计方案设计方案CCompany Logo核心芯片核心芯片IC CB7555管脚介绍管脚介绍6脚关于阈值解释：在自动控制系统中能产脚关于阈值解释：在自动控制系统中能产生一个校正动作的最小输入值刺激引起应生一个校正动作的最小输入值刺激引起应激组织反应的最低值。激组织反应的最低值。 Company Logo分析其工作过程分析其工作过程v a-高水位传感器高水位传感器v b-低水位传感器低水位传感器v c-零水位传感器零水位传感器v开关开关S闭合闭合1、 水箱实际水位低于零水位传感器水箱实际水位低于零水位传感器c或低水位传感器或低水位传感器b时，时，CB7555的脚的脚2、脚、脚4输入输入条件满足，脚条件满足，脚7输出高电平，有水指示灯发光二极输出高电平，有水指示灯发光二极管管V2灭，脚灭，脚3输出高电平，打水指示灯发光二极输出高电平，打水指示灯发光二极管管V1点亮，三极管点亮，三极管V4饱和导通，继电器饱和导通，继电器J线圈电线圈电路导通，常开触头路导通，常开触头J闭合，水泵电机闭合，水泵电机M工作抽水工作抽水;2、 水