通用技术苏教版 (2019)第五章 设计图样的绘制一 设计表现图任务一 辨识技术语言教案

解析闭环控制系统工作过程

通用技术（必修）技术与设计2 第四章第三节

第1课

一、教学目标

通过实践体验，分析闭环控制系统的基本组成和工作过程，学会画闭环控制系统的方框图。

二、教学重点、难点

通过实践体验，分析闭环控制系统的基本组成和工作过程，学会画闭环控制系统的方框图。

三、教学方法

讲授法，演示法，实验体验法，任务引导法

四、教学过程

1.情境导入

陈晨家阳台上种植了两种植物——虎皮兰和绿萝。虎皮兰喜热、耐干旱，绿萝则喜阴湿、忌干燥。这两种植物不能采用同一定时浇水方式，应该如何改进自动浇灌装置呢?

2.新课学习

技术体验：

搭建土壤湿度控制系统

体验目的：

通过搭建土壤湿度控制系统，感受闭环控制系统的工作过程。

情境展示：

不同的植物需要的水量不同，喜干和喜湿的植物不能采用同一定时浇水方式。为解决这一问题，陈晨打算设计一个可以根据不同植物的土壤湿度值来决定是否浇水和浇多少水量的自动控制装置。

问题分析:

相对于定时浇灌，根据土壤湿度调节浇水量的方式，在方案设计上阀门和电磁阀有什么不同?

活动准备:

材料:控制器、土壤湿度传感器、电磁阀、集水箱、花洒、阀门、继电器、支架等。

工具:钢丝钳、活动扳手、十字螺丝刀、胶枪等。

主要过程:

1.如图4-25所示，根据控制系统示意图进行搭建。

2.利用Linkboy开源编程软件进行电路的连接和控制系统程序的编程。

3.实际电路和制作。

4.用湿度传感器检测土壤湿度，与控制器连接，从而控制电磁阀的开与关，为植物输送浇水。

5.调试并观察过程，填写下表:

思考:

电磁阀的开启与关闭取决于来自什么装置的信号?

闭环控制系统

在上述土壤湿度控制系统中，输入信号是设定的土壤湿度。湿度传感器检测到的土壤湿度信号返回到控制系统的输入端，通过一个具有计算功能的装置(比较器)，与给定湿度值作比较。当实际湿度比设定湿度低时，控制器控制电磁阀打开，给植物浇水；当实际土壤湿度达到设定的土壤湿度时，控制器发出信号关闭电磁阀，停止浇水。

该浇水自动控制系统的方框图如图4—26 所示：

从这一控制系统方框图中可以看出，在系统的输入端和输出端之间，除了有从设定湿度到实际土壤湿度的信息传递，还有从输出端返回到输入端的信息传递，即把输出量返回到输入端，与给定值进行比较，构成一条闭合回路。我们把系统的输出量返回到输入端，并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。

简单闭环控制系统的方框图如图4-27所示:

图中，检测装置测量出被控量并返回到系统的输人端；⊗是比较器，它将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值；控制器将这一偏差值进行运算处理，并向执行器下达控制指令；执行器根据指令对被控对象进行控制，从而使被控量稳定在给定的范围内。与开环控制系统相比，闭环控制系统多了一个由检测装置组成的反馈通道。

马上行动

判断下列控制系统是否属于闭环控制系统，并画出方框图。

案例分析

（一）离心式调速器对蒸汽机转速的控制

离心式调速器的原理是利用蒸汽机带动一根竖直的轴转动，这根轴上装有一个四连杆机构，连杆带有两个重球。当蒸汽机转动加快超过某一限定值时，竖轴也转动加快，两个重球随之升高，这时与重球连接的调节杠杆便将蒸汽阀门关小，从而使蒸汽机的转速降低一些。反之，若蒸汽机的转速过慢，则竖轴转动过慢，重球的位置也下降，这时连杆便将阀门开大，从而使蒸汽机转速加快。

思考:该调速器的传感装置是什么部件?通过什么动作来改变蒸汽阀门的大小?

（二）电冰箱的温度控制

很多电冰箱的工作温度是通过温度控制器控制压缩机的开、停实现的。

其温度控制的工作过程如下:

1.温度调节旋钮设定一个温度值，主弹簧决定了传动膜片、连接杆和活动航点的相对位置。

2.当电冰箱压缩机停止工作后，蒸发器表面温度逐渐上升，感温包和膜盒内的感温剂气体的温度也随若上升，压强增大，使传动膜片向外伸胀，通过连按杆推动活动触点“3"与固定触点“4”闭台，于是电路接通，压缩机开始工作，连续制冷，使电冰箱内的温度下降。

3.当电冰箱内的温度降低到设定温度时，感温包和膜盒内的感温剂气体压强降低到某个值，传动膜片向内收缩，弹簧的弹力使活动触点“3”和固定触点“4”断开，切断电源，压缩机停止工作，制冷停止。如此反复，电冰箱的工作温度便保持在设定的温度范围内。温度调节旋钮、主弹簧、充有感温剂气体的感温包和膜盒、传动膜片、连接杆、活动触点等构成了电冰箱温度控制系统。

思考:

分析电冰箱温度控制系统的工作过程，找到控制器、执行器、被控对象、检测装置对应的部件，并填入如图4 -30所示框

3、课堂小结

（1）利用闭环控制系统搭建土壤湿度控制系统并测试。

（2）会用方框图表达简单开环、闭环控制系统工作过程。

（3）知道闭环控制系统。

（4）区分开环、闭环控制系统。

五、教学反思