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(共18张PPT)
5.3闭环电子控制系统的设计和应用（2~3课时）
任务一 设计浴室热水温度自动控制系统
任务二 改进浴室热水温度自动控制系统
学习目标
1.能应用功能电路设计闭环电子控制系统，并进行安装、调试和改进。
2.通过对简单闭环电子控制系统的设计和应用，体验较为复杂的电子控制系统的构成和各部分的工作过程。
走进情境
学校正进行燃煤锅炉“煤改电”工程，孙军同学提议∶为学校浴室设计热水温度自动控制器。于是大家通过上网、翻阅图书资料、走访同学，总结出所在地区人体适宜的洗浴热水温度为37℃～40℃之间。接下来，需要设计一个热水温度自动控制系统，使同学们洗浴时的水温控制在上述温度范围内。
任务一 设计浴室热水温度自动控制系统
温度自动电子控制系统属于闭环电子控制系统。闭环电子控制系统也称反馈电子控制系统。在闭环电子控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差，从而实现自动控制。电冰箱、空调、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。
案例分析：单一温度热水自动控制系统
设计要求∶
1.设计一个电热供水的浴室热水温度自动控制系统。
2.要求温度控制在某一温度值（37℃~40℃范围内）。
设计分析∶
1.根据设计要求，确定温度是被控量。
2.由于对水的温度控制严格地规定了某一温度值，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，以实现较高精度的温度控制。
3.按照闭环电子控制系统的方框图，确定预置温度值，选择控制（处理）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系统。
4.分析系统受到的干扰因素，并考虑减少干扰影响的措施。
浴室热水温度控制器方框图
设计电路图
工作过程
当温度低于预设温度时，输出电压为高电平，VD点亮，晶体三极管VT导通，继电器触点J-1吸合，电热器通电，对水加热当温度超过预设温度时，输出电压为低电平，VD点亮，晶体三极管VT截止，继电器释放，触点J-1断开，电热器停止加热。
设定工作状态
（1）将R-放入盛水的烧杯中，并插入温度计，加入热水使水温达到40℃。
（2）调节R4，使电压U=U，此时，VD、VD均不发光。
任务二 改进浴室热水温度自动控制系统
任务一设计的热水温度自动控制系统由于只对单一温度进行温度控制，所以继电器触点开闭频繁，温度控制受到较大干扰，继电器容易损坏，需要改进。
案例分析：热水温度自动控制系统
设计要求∶
1.设计一个电热供水的浴室热水温度自动控制系统。
2.要求温度控制在37℃～40℃范围内。
设计分析∶
1.根据设计要求，确定温度是被控量，水是被控对象。
2.由于对水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。将上限温度和下限温度作为被控量，对被控量进行检测和反馈，由于温度控制范围高于常温，当反馈的温度低于下限温度时，开始加热；当反馈的温度达到上限温度时，停止加热。这样循环工作，从而实现一定范围内的温度控制。
3.按照闭环电子控制系统的方框图，确定预置温度范围，选择控制（处理）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。
设计方案A电路图（应用NE555集成电路）
调试
（1）把热敏电阻RT1放入盛有37℃水的烧杯中，调节可变电阻RP1和RP2，点亮VD1，继电器触点J-1闭合，电热器开始加热。
（2）当温度上升至40℃时，把热敏电阻RT2放入烧杯中，调节可变电阻RP2，点亮VD2，继电器J-1断开，电热器停止加热。
设计方案B电路图（应用JN6201集成电路）
设计方案B电路板图
工作过程（讨论系统的干扰因素）
（1）预先设置上限温度t上（40℃）、下限温度t下（37℃），确定水的温度控制范围（37℃～40℃），并将上限温度t上和下限温度t下作为控制（处理）器的触发信号。
（2）把由上、下限电阻RT2和RT1组成的温度传感器放置在水中，用于检测被控量温度，并将检测到的温度变化随时反馈至比较器。
（3）比较器将反馈的水温和预置的上、下限温度进行比较。
当反馈的温度低于下限温度时，控制（处理）器受到触发后发出接通电加热器电路的指令，指令信号经接口电路推动电磁继电器动作，闭合电加热器电路，电加热器对水加温。
当反馈的温度达到上限温度时，控制（处理）器受到触发后立即发出断开电加热器电路的指令，电磁继电器断开电加热器电路。
当电加热器停止加热后，水温会逐渐下降，当下降至下限温度时，通过反馈和比较后控制（处理）器又发出指令，继电器接通电加热器电路，电加热器对水重新加热，温度又开始回升，直至达到上限温度。
这样循环工作，水温便控制在一个预置的温度范围内。
设计和安装闭环电子控制系统的一般步骤总结
（1）按照设计要求，确定被控量和被控对象。
（2）如果对控制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量实施控制。
（3）根据闭环电子控制系统的方框图，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，并参照有关资料，通过接口电路将各个部分紧密地连接成一个完整的控制系统。
（4）按照电路图安装电路。
（5）将系统各部分进行整体安装和调试。在调试过程中，输入预置控制量，根据被控量的变化进行监控。认真分析干扰因素对被控量的干扰，并通过调整预置控制量等各种方法把干扰的影响减至最低。
（6）通过制作、试验，发现设计存在的问题，对方案进行改进或优化。

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