電子控制技術(shù)解讀(閉環(huán))

1、LOGO普通高中通用技術(shù)課程普通高中通用技術(shù)課程 電子控制技術(shù)電子控制技術(shù)海寧市南苑中學海寧市南苑中學 吳海江吳海江第四章第四章 閉環(huán)電子控制系統(tǒng)閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的的 設計和應用解讀設計和應用解讀 Company Logo對本節(jié)內(nèi)容的學科教學指導要求對本節(jié)內(nèi)容的學科教學指導要求能設計安裝簡單的閉環(huán)電子控制系統(tǒng)并進行調(diào)試能設計安裝簡單的閉環(huán)電子控制系統(tǒng)并進行調(diào)試會分析和解決安裝過程中出現(xiàn)的常見問題。會分析和解決安裝過程中出現(xiàn)的常見問題。簡單閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的基本工作原理理解簡單閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的基本工作原理理解三點教學要求三點教學要求Company Logo開環(huán)控制電子控制系統(tǒng)開環(huán)控制電子控制系

2、統(tǒng)v特點：電子控制輸入結(jié)果對系統(tǒng)的控制沒有影特點：電子控制輸入結(jié)果對系統(tǒng)的控制沒有影響，也就是被控量的變化不會引起控制量的改響，也就是被控量的變化不會引起控制量的改變，即沒有反饋。這種電子控制系統(tǒng)叫開環(huán)電變，即沒有反饋。這種電子控制系統(tǒng)叫開環(huán)電子控制系統(tǒng)，例如上節(jié)課電子門鈴的設計及其子控制系統(tǒng)，例如上節(jié)課電子門鈴的設計及其應用。應用。輸入輸出控制(處理)信息信息被控對象Company Logo閉環(huán)控制電子控制系統(tǒng)閉環(huán)控制電子控制系統(tǒng)閉環(huán)電子控制系統(tǒng)是在開環(huán)電子控制系統(tǒng)基閉環(huán)電子控制系統(tǒng)是在開環(huán)電子控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加反饋環(huán)節(jié)而構(gòu)成的。它具有較高的礎(chǔ)上增加反饋環(huán)節(jié)而構(gòu)成的。它具有較高的控制精度，能

3、實現(xiàn)自動控制。冰箱、空調(diào)、控制精度，能實現(xiàn)自動控制。冰箱、空調(diào)、恒溫箱、智能洗衣機、水位監(jiān)控設備等大都恒溫箱、智能洗衣機、水位監(jiān)控設備等大都采用閉環(huán)電子控制系統(tǒng)。采用閉環(huán)電子控制系統(tǒng)。輸 入控制（處理）輸 出被控對象檢 測XCompany Logo開環(huán)與閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的比較開環(huán)與閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的比較 閉環(huán)電子控制系統(tǒng)與開環(huán)電子閉環(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)果進控制系統(tǒng)不同，它能對輸出結(jié)果進行檢測，并將檢測信號反饋到控制行檢測，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)生處理部分，從而對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生影響。影響。Company Logo設計要求：設計要求：（1）

4、設計一個雞蛋孵化溫度控制系統(tǒng)）設計一個雞蛋孵化溫度控制系統(tǒng) （2）要求孵化溫度控制在）要求孵化溫度控制在3739范圍內(nèi)范圍內(nèi) 案例分析：雞蛋孵化溫度控制器的設計和應用案例分析：雞蛋孵化溫度控制器的設計和應用設計分析設計分析（1）根據(jù)設計要求，確定溫度是被控量，孵化室是被）根據(jù)設計要求，確定溫度是被控量，孵化室是被控對象；控對象；（2）由于對孵化室的溫度控制嚴格地規(guī)定了溫度允許變化的范）由于對孵化室的溫度控制嚴格地規(guī)定了溫度允許變化的范圍，所以必須使用閉環(huán)電子控制系統(tǒng)。通過對被控量的檢測和反圍，所以必須使用閉環(huán)電子控制系統(tǒng)。通過對被控量的檢測和反饋，可以實現(xiàn)較高精度的溫度控制；饋，可以實現(xiàn)較高精

5、度的溫度控制；（3）按照閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的方框圖，確定預置溫度范圍，選）按照閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的方框圖，確定預置溫度范圍，選擇控制電路的元器件、輸出部件和檢測溫度的傳感器，通過查找擇控制電路的元器件、輸出部件和檢測溫度的傳感器，通過查找資料將各部分用接口電路連接起來，組成一個閉環(huán)電子溫度控制資料將各部分用接口電路連接起來，組成一個閉環(huán)電子溫度控制系統(tǒng)；系統(tǒng)；（4）分析本系統(tǒng)受到的干擾因素，并考慮減少干擾影響的措施。）分析本系統(tǒng)受到的干擾因素，并考慮減少干擾影響的措施。Company Logo設計設計A：JN6201雞蛋溫度控制器電路圖雞蛋溫度控制器電路圖Company Logo核心芯片核心芯片I

6、C JN6201管腳介紹管腳介紹v1、2、3、4輸出高電平有效輸出高電平有效v6、接地、接地v7、接電源（、接電源（3V）（）（5V）v9、輸出高電平。音頻中出高電平，結(jié)束后低電、輸出高電平。音頻中出高電平，結(jié)束后低電平平v10、指示燈、指示燈 。音頻輸出中閃爍，結(jié)束后低電平。音頻輸出中閃爍，結(jié)束后低電平v11、14音頻輸出音頻輸出v其余管腳一般不用。置空其余管腳一般不用。置空Company Logo閉環(huán)控制框圖定量電路分析閉環(huán)控制框圖定量電路分析(聯(lián)系到對應電路模塊聯(lián)系到對應電路模塊) v開關(guān)開關(guān)S閉合，電路通入直流閉合，電路通入直流3V電壓電壓Vcc，為電路，為電路提供電源。假設溫度傳感器

7、為負溫度系數(shù)溫敏電提供電源。假設溫度傳感器為負溫度系數(shù)溫敏電阻阻(大部分溫敏電阻都是負溫度系數(shù)的大部分溫敏電阻都是負溫度系數(shù)的)v輸入量部分：溫度設定值輸入量部分：溫度設定值溫度的變化引起溫度的變化引起Rt1、Rt2阻值的變化阻值的變化芯片芯片JN6201的的2、4管腳電管腳電位變化位變化v控制部分：控制部分：JN6201芯片電路芯片電路+指示電路指示電路+延時延時電路電路v指示電路說明：指示電路說明：t下下37 時，時，Rt1增大增大2管管腳電位升高腳電位升高10管腳輸出高電平管腳輸出高電平三極管三極管V1導導通通發(fā)光二極管發(fā)光二極管V4亮，指示溫度低于下限溫度亮，指示溫度低于下限溫度時加熱

8、時加熱(電熱絲開始工作電熱絲開始工作)。Company Logo閉環(huán)控制框圖定量電路分析閉環(huán)控制框圖定量電路分析(聯(lián)系到對應電路模塊聯(lián)系到對應電路模塊)v延時電路說明：當溫度低于延時電路說明：當溫度低于37 時加熱，時加熱，加熱過程中，溫度在升高，加熱過程中，溫度在升高，Rt1在減小在減小2管腳電位也在減小管腳電位也在減小9管腳低電平在增大管腳低電平在增大由于沒有增達到一定值，三極管由于沒有增達到一定值，三極管V2依然依然導通導通三極管三極管V3依然導通依然導通繼電器線圈繼電器線圈J通電通電繼電器觸點繼電器觸點J-2閉合閉合電熱絲繼續(xù)電熱絲繼續(xù)加熱，從而保證將低于加熱，從而保證將低于37 加熱

9、至高于加熱至高于或等于或等于37 時，三極管時，三極管V2沒有立即停止，沒有立即停止，而是延時導通，直到溫度達到而是延時導通，直到溫度達到39 時才時才截止。截止。Company Logo閉環(huán)控制框圖定量電路分析閉環(huán)控制框圖定量電路分析(聯(lián)系到對應電路模塊聯(lián)系到對應電路模塊)v 輸出部分：繼電器電路輸出部分：繼電器電路+電熱絲電路電熱絲電路v 繼電器電路繼電器電路+電熱絲電路說明：電熱絲電路說明：t下下37時，時，Rt1增大增大2管腳電位升高管腳電位升高9管腳輸出低電平管腳輸出低電平三極管三極管V2導通導通三極管三極管V3導通導通繼電器線圈繼電器線圈J通電通電繼電器觸點繼電器觸點J-2閉合閉合

10、電熱絲電路接通，開始加熱；電熱絲電路接通，開始加熱；v t上上39時，時，Rt2減小減小4管腳電位降低管腳電位降低9管腳輸出管腳輸出高電平高電平三極管三極管V2截止截止三極管三極管V3截止截止繼電器線圈繼電器線圈J斷電斷電繼電器觸點繼電器觸點J-2斷開斷開電熱絲電路斷開，停止加熱。電熱絲電路斷開，停止加熱。v 被控對象部分：放置于孵化室的電熱絲被控對象部分：放置于孵化室的電熱絲v 反饋部分：反饋部分：Rt1與與Rt2溫度傳感器采集溫度信息，一旦溫溫度傳感器采集溫度信息，一旦溫度達到某一值，阻值變化引起度達到某一值，阻值變化引起2、4管腳電位的變化管腳電位的變化(輸輸入量的變化入量的變化)Com

11、pany Logo重點提醒重點提醒vV6(2CP1A)的作用：的作用： 當當V3突然截止時突然截止時 線線圈中儲存的能量通過圈中儲存的能量通過V6產(chǎn)生回路放掉，產(chǎn)生回路放掉， 如果不接如果不接V6， 就會瞬間產(chǎn)生高電壓將就會瞬間產(chǎn)生高電壓將V3擊穿。從而起到保護擊穿。從而起到保護V3的作用。的作用。Company Logo設計方案設計方案B電路圖電路圖Company Logo設計方案設計方案B分析思考分析思考v1、由于硅三極管飽和導通時、由于硅三極管飽和導通時be電壓在電壓在0.7V左左右、基極電流在右、基極電流在50A左右左右 ；發(fā)光二極管發(fā)光時；發(fā)光二極管發(fā)光時電壓在電壓在1.8V左右、發(fā)

12、光電流左右、發(fā)光電流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腳電壓必須達到腳電壓必須達到1KX30mA30V，供電電壓是，供電電壓是9V，顯然無，顯然無法達到，所以只有將法達到，所以只有將R2減小很多，如果減小很多，如果R2用用10，那么，那么6腳電壓只要腳電壓只要1.8V十十10X30mA2.1V，就能使，就能使V1發(fā)光發(fā)光 V3飽和導通。飽和導通。v根據(jù)電路分析，書本工作過程根據(jù)電路分析，書本工作過程V1和和V2應該分析應該分析有誤。有誤。Company Logo設計方案設計方案B模擬試驗模擬試驗模擬演示工作過程模擬演示工作

13、過程Company Logo設計方案設計方案CCompany Logo核心芯片核心芯片IC CB7555管腳介紹管腳介紹6腳閾值的解釋：又叫臨界值，是指一個效腳閾值的解釋：又叫臨界值，是指一個效應能夠產(chǎn)生的最低值或最高值。應能夠產(chǎn)生的最低值或最高值。Company Logo案例分析案例分析2：水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的設計和應用：水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的設計和應用v設計要求設計要求（1）設計與制作一個水箱水位閉環(huán)電）設計與制作一個水箱水位閉環(huán)電子控制系統(tǒng)的模型。（子控制系統(tǒng)的模型。（2）能模擬水塔水箱中水）能模擬水塔水箱中水位的自動控制。位的自動控制。v設計分析（設計分析（1）根據(jù)設計要求的

14、分析，被控量是）根據(jù)設計要求的分析，被控量是水箱中水位的高度，被控對象時水箱中的水。水箱中水位的高度，被控對象時水箱中的水。（2）由于對水箱中水位的高度變化有較嚴格的）由于對水箱中水位的高度變化有較嚴格的要求，即要求水箱中儲存的水不能超過某一個水要求，即要求水箱中儲存的水不能超過某一個水位，也不能低于某一個水位，因此必須對被控量位，也不能低于某一個水位，因此必須對被控量進行檢測，并反饋所測得的結(jié)果。（進行檢測，并反饋所測得的結(jié)果。（3）根據(jù)閉）根據(jù)閉環(huán)電子控制系統(tǒng)方框圖，選擇合適的輸入、控制環(huán)電子控制系統(tǒng)方框圖，選擇合適的輸入、控制（處理），輸出，檢測部分的元器件、設備。（處理），輸出，檢測部

15、分的元器件、設備。Company Logo設計設計A系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)方框圖Company LogoJN6201水箱閉環(huán)電子控制系統(tǒng)電路圖水箱閉環(huán)電子控制系統(tǒng)電路圖Company Logo分析工作過程分析工作過程v工作過程：當水位低于工作過程：當水位低于b點時，點時， ab間斷開間斷開 ，B點高電點高電位，位， lC的的3腳高電位，腳高電位， 經(jīng)經(jīng)IC內(nèi)部觸發(fā)內(nèi)部觸發(fā) ，使，使IC9腳時續(xù)腳時續(xù)輸出低電位輸出低電位 ，使，使V2的的b極低電位，極低電位， V2飽和導通，飽和導通，V2的的c極產(chǎn)生高電位，極產(chǎn)生高電位， V3的的b極高電位，極高電位，V3飽和導通，、飽和導通，、J繼電器產(chǎn)生磁性繼電器

16、產(chǎn)生磁性 J一一1和和J一一2均接通右邊，均接通右邊，V8發(fā)出綠發(fā)出綠光，同時電動機帶動水泵加水。當水位滿到光，同時電動機帶動水泵加水。當水位滿到C時，時，ca通通過水接通過水接通 IC4腳拉到低電位，經(jīng)腳拉到低電位，經(jīng)IC內(nèi)部觸發(fā)，內(nèi)部觸發(fā)，IC9腳腳輸出高電位，使輸出高電位，使V2截止，截止，V3的的b極低電位，極低電位，V3截止，截止，J線圈中沒有電流失去磁性線圈中沒有電流失去磁性 ，一一1和和一一2 均接通左邊，均接通左邊，V7發(fā)紅光，同時電動機斷電水泵停止加水。發(fā)紅光，同時電動機斷電水泵停止加水。V6的作用的作用是：當是：當V3突然截止時，突然截止時，線圈中儲存的能量通過線圈中儲存的

17、能量通過V6產(chǎn)產(chǎn)生回路放掉，如果不裝生回路放掉，如果不裝V6 就會瞬間產(chǎn)生高電壓將就會瞬間產(chǎn)生高電壓將V3擊穿。擊穿。V4發(fā)綠光表示檢測到水位低于發(fā)綠光表示檢測到水位低于b ，IC正常運行。正常運行。 Company Logo水箱水位閉環(huán)電子控制設計方案水箱水位閉環(huán)電子控制設計方案BCompany Logo設計方案設計方案B的電路分析的電路分析v1、本電路不采用集成塊和功率放大器，將大大、本電路不采用集成塊和功率放大器，將大大減少控制的精度和靈敏度。采用本電路進行水位減少控制的精度和靈敏度。采用本電路進行水位控制的可靠性相對較差，能耗高，故障率高。控制的可靠性相對較差，能耗高，故障率高。v2、

18、V4的作用：在的作用：在V1導通的時候，保證導通的時候，保證V2有效有效的截止，起到穩(wěn)定電路的作用。的截止，起到穩(wěn)定電路的作用。Company Logo設計方案設計方案CCompany Logo核心芯片核心芯片IC CB7555管腳介紹管腳介紹6腳關(guān)于閾值解釋：在自動控制系統(tǒng)中能產(chǎn)腳關(guān)于閾值解釋：在自動控制系統(tǒng)中能產(chǎn)生一個校正動作的最小輸入值刺激引起應生一個校正動作的最小輸入值刺激引起應激組織反應的最低值。激組織反應的最低值。 Company Logo分析其工作過程分析其工作過程v a-高水位傳感器高水位傳感器v b-低水位傳感器低水位傳感器v c-零水位傳感器零水位傳感器v開關(guān)開關(guān)S閉合閉合1、 水箱實際水位低于零水位傳感器水箱實際水位低于零水位傳感器c或低水位傳感器或低水位傳感器b時，時，CB7555的腳的腳2、腳、腳4輸入輸入條件滿足，腳條件滿足，腳7輸出高電平，有水指示燈發(fā)光二極輸出高電平，有水指示燈發(fā)光二極管管V2滅，腳滅，腳3輸出高電平，打水指示燈發(fā)光二極輸出高電平，打水指示燈發(fā)光二極管管V1點亮，三極管點亮，三極管V4飽和導通，繼電器飽和導通，繼電器J線圈電線圈電路導通，常開觸頭路導通，常開觸頭J閉合，水泵電機閉合，水泵電機M工作抽水工作抽水;2、 水