資源簡介

三、閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程
任務(wù)一 解析閉環(huán)控制系統(tǒng)工作過程
一、教學(xué)目標
1.通過實踐體驗，分析閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成的工作過程和工作過程，學(xué)會畫閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖。
二、教學(xué)重點、難點
通過實踐體驗，分析閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成的工作過程和工作過程，學(xué)會畫閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖。
三、教學(xué)方法
講授法，演示法，任務(wù)引導(dǎo)法
四、教學(xué)過程
1、情境導(dǎo)入
陳晨家陽臺上種植了兩種植物——虎皮蘭和綠蘿。虎皮蘭喜熱、耐干旱，綠蘿則喜陰濕、忌干燥。這兩種植物不能采用同一定時澆水方式，應(yīng)該如何改進自動澆灌裝置呢?
2、新課學(xué)習(xí)
技術(shù)體驗
搭建土壤濕度控制系統(tǒng)
體驗?zāi)康?通過搭建土壤濕度控制系統(tǒng)，感受閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程。
情境展示:不同的植物需要的水量不同，喜干和喜濕的植物不能采用同一定時澆水方式。為解決這一問題，陳晨打算設(shè)計一個可以根據(jù)不同植物的土壤濕度來決定是否澆水和澆多少水量的自動控制裝置。
問題分析:相對于定時澆濫，根據(jù)土壤濕度調(diào)節(jié)澆水量的方式，在方案設(shè)計上閥門電磁閥有什么不同?
活動準備:
材料:控制器、濕度傳感器、電磁閥、集水箱、花灑、閥門、支架等。
工具:鋼絲鋪、活動板手、十字螺絲刀等。
主要過程:
1.如圖4-25所示，根據(jù).控制系統(tǒng)示意圖進行搭建。
2.用濕度傳感器檢測土壤濕度，與控制器連接，從而控制電磁閥的開與關(guān)，為植物輸送雨水
3.調(diào)試并觀察過程，填寫下表:
士壤濕度情況
電磁閥的狀態(tài)
花灑的狀態(tài)
當(dāng)濕度傳感器檢測到花盆內(nèi)土壤濕度不夠時
當(dāng)濕度傳感器檢測到花盆內(nèi)土壤濕度達到要求時
思考:電磁閥的開啟與關(guān)閉取決于來自什么裝置的信號?
閉環(huán)控制系統(tǒng)
在上述土壤濕度控制系統(tǒng)中，輸人信號是設(shè)定的土壤濕度。濕度傳感器檢測到的土壤濕度信號返回到控制系統(tǒng)的輸入端，通過個具有計算功能的裝置(比較器)，與給定濕度值作比較。當(dāng)實際濕度比設(shè)定濕度低時，控制器控制電磁閥打開，給植物澆水;當(dāng)實際土壤濕度達到設(shè)定的土壤濕度時，控制器發(fā)出信號關(guān)閉電磁閥，停止?jié)菜?
該澆水自動控制系統(tǒng)的方框圖如圖4- -26 所示: ;
從這一控制系統(tǒng)方框圖中可以看出，在系統(tǒng)的輸入端和輸出端之間，除了有從設(shè)定濕度到實際土壤濕度的信息傳遞，還有從輸出端返回到輸人端的信息傳遞，即把輸出量返回到輸人端，與給定值進行比較，構(gòu)成一條閉合回路。我們把系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端，并對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。
簡單閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖如圖4-27所示:
圖中，檢測裝置測出被控量并返回到系統(tǒng)的輸人端; 8是比較器，它將給
定量與所檢測的被控量進行比較，求出偏差值;控制器將這一偏差值進行運算處理，并向執(zhí)行器下達控制指令;執(zhí)行器根據(jù)指令對被控對象進行控制，從而使被控量穩(wěn)定在給定的范圍內(nèi)。與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制系統(tǒng)多了一個由檢測裝置組成的反饋通道。
馬上行動
判斷下列控制系統(tǒng)是否屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)，并畫出方框圖。
控制系統(tǒng)
是否屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)
方框圖
光控窗簾控制系統(tǒng)
電冰箱的溫度控制系統(tǒng)
聲光樓道燈控制系統(tǒng)
交通路口紅綠燈自動控制系統(tǒng)(根據(jù)車流量大小改變紅綠燈時間)
案例分析
離心式調(diào)速器對蒸汽機轉(zhuǎn)速的控制
離心式調(diào)速器的原理是利用蒸汽機帶動一根豎直的軸轉(zhuǎn)動，這根軸上裝有一個四連桿機構(gòu)，連桿帶有兩個重球。當(dāng)蒸汽機轉(zhuǎn)動加快超過某一限定值時，豎軸也轉(zhuǎn)動加快，兩個重球隨之升高，這時與重球連接的調(diào)蘆杠桿便將蒸汽閥門關(guān)小，從而使蒸汽機的轉(zhuǎn)速降低一些。反之，若蒸汽機的轉(zhuǎn)速過慢，則豎軸轉(zhuǎn)動過慢，重球的位置也下降，這時連桿便將閥門開大，從而使蒸汽機轉(zhuǎn)速加快。
思考:該調(diào)速器的傳感裝置是什么部件?通過什么動作來改變蒸汽閥的大小?
二電冰箱的溫度控制
很多電冰箱的工作溫度是通過溫度控制器控制壓縮機的開、停實現(xiàn)的。
其溫度控制的工作過程如下:
1.溫度調(diào)節(jié)旋鈕設(shè)定一個溫度值， 主彈簧決定了傳動膜片、連接桿和活動航點的相對位置。
2當(dāng)電冰箱壓縮機停止工作后，蒸發(fā)器表面溫度逐漸上升，感溫包和膜盒內(nèi)的感溫劑氣體的溫度也隨著上升，壓強增大，使傳動膜片向外伸脹，通過連接桿推動活動觸點“3”與固定觸點“4”閉臺，于是電路接通，壓縮機開始工作，繼續(xù)制冷，使電冰箱內(nèi)的溫度下降。
3.當(dāng)電冰箱內(nèi)的溫度降低到設(shè)定溫度時，感溫包和膜盒內(nèi)的感溫劑氣體壓強降低到某個值，傳動膜片向內(nèi)收縮，彈賽的彈力使活動觸點“3”和固定觸點“4”斷開，切斷電源，壓縮機停止工作，制冷停止。如此反復(fù)，電冰箱的工作溫度便保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。溫度調(diào)節(jié)旋鈕、主彈簧、充有感溫劑氣體的感溫包和膜盒、傳動膜片、連接桿、活動觸點等構(gòu)成了電冰箱溫度控制系統(tǒng)。
思考:分析電冰箱溫度控制系統(tǒng)的工作過程，找到控制器、執(zhí)行器、被控對象、檢測裝置對應(yīng)的部件，并填入如圖4 -30所示框
3、課堂小結(jié)
會用方框圖表達簡單開環(huán)控制系統(tǒng)工作過程。
五、教學(xué)反思

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