任務(wù)一 解析閉環(huán)控制系統(tǒng)工作過程


一、教學(xué)目標(biāo)


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(zhǔn)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:





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(dá)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?br/>

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(dá)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。





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(dá)簡單開環(huán)控制系統(tǒng)工作過程。





五、教學(xué)反思





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(dá)到要求時
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)

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任務(wù)一 解析閉環(huán)控制系統(tǒng)工作過程

版本: 蘇教版 (2019)

年級: 必修《技術(shù)與設(shè)計2》

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