《閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用》學(xué)案

第五章 第二節(jié)閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用學(xué)案浙江省武義第二中學(xué) 程妙仙 2016.05【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、理解簡單閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的工作原理 2、掌握簡單閉環(huán)電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試 3、掌握安裝過程中常見問題的分析和解決【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】簡單閉環(huán)電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試及安裝過程中常見問題的分析和解決方法【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】安裝過程中常見問題的分析和解決【課時安排】 1課時溫故知新:第二節(jié) 閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用閉環(huán)電子控制系統(tǒng)與開環(huán)電子控制系統(tǒng)不同，它能對輸出結(jié)果進(jìn)行檢測，并將檢測信號反饋到控制處理部分，從而對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生影響。它的方框圖為： 常見的閉環(huán)電子控制系統(tǒng)有家用電冰箱、空調(diào)、電熱水器、太陽能熱水器、智能電飯鍋、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)溫室等等。 一、水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用 水位控制器是指通過機(jī)械式或電子式的方法來進(jìn)行高低水位的控制，可以控制電磁閥、水泵等，成為水位自動控制器或水位報(bào)警器，從而來實(shí)現(xiàn)半自動化或者全自動化，方法有多種，根據(jù)選用不同的產(chǎn)品而不同。 1、設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)和制作一個水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)。（2）實(shí)現(xiàn)水塔水箱水位的自動控制。 2、設(shè)計(jì)分析（1）根據(jù)對設(shè)計(jì)要求的分析，水箱中的水位高度是被控量，水箱中的水是被控對象。（2）由于對水箱中水位的高度變化有嚴(yán)格的要求，即要求水箱中儲存的水不能超過某一水位（高水位），也不能低于某一水位（低水位），因此必須對被控量進(jìn)行檢測，并反饋所測得的結(jié)果。實(shí)現(xiàn)這一控制必須采用閉環(huán)電子控制系統(tǒng)。（3）根據(jù)閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的方框圖，選擇合適的輸入、控制（處理）、輸出、檢測部分的元器件（或?qū)嵱秒娐罚⒃O(shè)備等。 輸入：三根裸露的硬銅線組成水位探頭，A是高水位探頭；B是低水位探頭；C是零水位探頭。調(diào)整探頭位置可改變輸入量?？刂疲ㄌ幚恚河扇龢O管開關(guān)電路組成。水位傳感器檢測并反饋水箱的實(shí)際水位與設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)判斷后發(fā)出向水箱送水或停止送水的指令。輸出：由繼電器、電動機(jī)、水泵、水箱等組成。檢測：由三根水位探頭組成一個傳感器，對水箱水位隨時進(jìn)行檢測，并把水位信號反饋至比較器。 水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)方框圖3、水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)電路圖：方案一:電路分析：1）水位低于B點(diǎn)：2）水位到達(dá)A點(diǎn)：3）水位在A和B之間：安裝測試：1）安裝電路根據(jù)電路圖列出材料清單，并對材料質(zhì)量進(jìn)行檢測對照印制電路板安裝電路（暫時不安裝電動機(jī)），安裝時要防止插錯元器件、虛焊等。按照水箱中的水位探頭圖示，用粗通電線制作水位傳感器，并將三個探頭與印制電路板上a、b、c三點(diǎn)對應(yīng)連接。2）調(diào)試電路將傳感器插入無水的玻璃杯中，接通電源，如果電路安裝正確無誤，繼電器產(chǎn)生吸合動作，觸電J-2閉合，指示燈紅燈亮向杯中逐漸加水，當(dāng)水面與低水位探頭接觸時，指示燈黃燈亮，當(dāng)水面與高水位探頭接觸時，繼電器觸電J-2釋放，指示燈綠燈亮。減少杯中的水量，水箱水位降低（或用提升水位探頭的位置模擬），指示燈黃燈繼續(xù)發(fā)光，但當(dāng)水位降低到低水位探頭B離開水面時，指示燈紅燈亮。將經(jīng)過調(diào)試后的水位電子控制電路安裝電動機(jī)、水泵和輸軟管，進(jìn)行仿真試驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)，分析、判斷水位電子控制系統(tǒng)的實(shí)際工作情況，正常工作后，方可正式使用。方案二：電路分析：1）水位低于B點(diǎn)：2）水位到達(dá)A點(diǎn)：3）水位在A和B之間：安裝測試：參見方案一調(diào)試方法課堂小結(jié)：設(shè)計(jì)和安裝閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的一般步驟如下： （1）按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行分析，確定被控量和被控對象。（2）如果對控置量控制的精確度要求較高，應(yīng)利用有反饋的閉環(huán)電子控制系統(tǒng)對被控對象實(shí)施控制。（3）根據(jù)閉環(huán)電子控制系統(tǒng)方框圖，選擇控制（處理）部分的電子電路、輸出部分的執(zhí)行器、檢測部分中的傳感器，并參考有關(guān)資料，通過接口連接電路將各個部分緊密地連接成一個完整的控制系統(tǒng)。 課堂練習(xí)如圖所示是小明設(shè)計(jì)的溫度報(bào)警裝置部分電路，其中IC是運(yùn)算放大器，輸入輸出邏輯關(guān)系見圖中表格，Rt是負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。當(dāng)溫度達(dá)到或超過40時，要求該報(bào)警裝置發(fā)出聲、光報(bào)警信號。請完成以下任務(wù)：第17題圖（1）當(dāng)溫度升高時，Rt的電阻值將_（在增大；減小中選擇一項(xiàng)，將序號填寫在“_”處）。（2）當(dāng)溫度達(dá)到或超過40時，要求發(fā)光二極管V1發(fā)光，請根據(jù)電路的邏輯關(guān)系在a、b、c三點(diǎn)中選擇合適的點(diǎn)連接V1和R4。(3)運(yùn)算放大器不能直接驅(qū)動蜂鳴器報(bào)警，請根據(jù)電路的邏輯關(guān)系選擇合適的三極管(NPN型或PNP型，采用共發(fā)射極接法)，在虛線框中畫出蜂鳴器驅(qū)動電路。（4）在測試中發(fā)現(xiàn)溫度超過40還沒有報(bào)警，現(xiàn)要對電路重新調(diào)試，調(diào)試步驟如下：A.將_放入盛有冷水的燒杯，插入溫度計(jì)，加