《闭环电子控制系统的设计和应用》学案Word下载.doc
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【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
①根据电路图列出材料清单,并对材料质量进行检测
②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。
③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
①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
②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。
③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。
④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:
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:
第17题图
(1)当温度升高时,Rt的电阻值将_______(在①增大;
②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40℃(在①IC;
②R3;
③Rt中选择一项,将序号填写在“_______”处);
B._______,直至报警装置发出声、光报警信号为止(在①减小R3;
②增大R3;
③减小R3;
④增大Rt中选择一项,将序号填写在“_______”处)。
5
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