5.3 闭环电子控制系统的设计和应用（教学课件）通用技术苏教版2019选择性必修1

第3节 闭环电子控制系统 的设计和应用 苏教版（2019）选择性必修1 高中通用技术 目 录 一、 学习目标 二、 课堂导入 三、 技术探究 四、 课堂小结 六、 课堂练习 五、 拓展延伸 学习目标 一 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。 二 课堂导入 一个普通的电风扇，打开三档，无论房间温度是高是低，它都一直以固定的风力吹。 一台空调，你设定26℃。当房间温度高于26℃时，它开始制冷；当温度达到26℃时，它停止工作或降低功率；如果温度又升高了，它再次启动 电风扇和空调，在控制方式上最根本的区别是什么？空调比电风扇‘聪明’在哪里？它多了哪个关键动作？ 二 课堂导入 电风扇温度控制系统 空调温度控制系统 三 技术探究 设计浴室热水温度自动控制系统 任务一 三 任务一：设计浴室热水温度自动控制系统 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。 闭环电子控制系统是在开环电子控制系统的基础上增加反馈环节构成的，具有较高的控制精度。 三 任务一：设计浴室热水温度自动控制系统 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，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。通过对被控量的检测和反馈，以实现较高精度的温度控制。 三 任务一：设计浴室热水温度自动控制系统 案例分析——单一温度热水自动控制系统 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。 三 任务一：设计浴室热水温度自动控制系统 案例分析——单一温度热水自动控制系统 设计方案：以CF741为核心的温度控制系统（温度控制在某一温度值） 三 任务一：设计浴室热水温度自动控制系统 工作原理： ①当水温低于预设温度时，RT的阻值较大，U2小，U2<U3，U6为高电平，VD1点亮，三极管VT导通，继电器触点J­1吸合，电热器通电，对水加热。 ②当水温高于预设温度时，RT的阻值减小，U2增大，U2>U3，U6为低电平，VD2点亮，三极管VT截止，继电器触点J­1断开，电热器停止加热。 三 任务一：设计浴室热水温度自动控制系统 设定工作状态： （1）将RT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U2=U3，此时，VD1、VD2均不发光。 讨论： 本系统在实际进行温度控制时是否实用？存在哪些问题？ 本系统虽然电路简单，但只对某一确定温度值进行温度控制，会造成继电器频繁开闭，温度控制受到较大干扰，控制效果不稳定。 三 技术探究 改进浴室热水温度自动控制系统 任务二 三 任务二：改进浴室热水温度自动控制系统 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。 三 任务二：改进浴室热水温度自动控制系统 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。 案例分析——热水温度自动控制系统 三 任务二：改进浴室热水温度自动控制系统 设计方案：以555为核心的温度控制系统 案例分析——热水温度自动控制系统 三 任务二：改进浴室热水温度自动控制系统 设计方案：以555为核心的温度控制系统 案例分析——热水温度自动控制系统 三 任务二：改进浴室热水温度自动控制系统 案例分析——热水温度自动控制系统 设计方案：以JN6201为核心的温度控制系统 三 任务二：改进浴室热水温度自动控制系统 案例分析——热水温度自动控制系统 设计方案：以JN6201为核心的温度控制系统 三 任务二：改进浴室热水温度自动控制系统 案例分析——热水温度自动控制系统 设计方案：以JN6201为核心的温度控制系统 三 任务二：改进浴室热水温度自动控制系统 案例分析——热水温度自动控制系统 设计方案：以JN6201为核心的温度控制系统 三 任务二：改进浴室热水温度自动控制系统 设计和安装闭环电子控制系统的一般步骤 （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。 三 任务二：改进浴室热水温度自动控制系统 设计和安装闭环电子控制系统的一般步骤 （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。 01 02 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。 四 课堂小结 闭环电子控制系统是在开环电子控制系统的基础上增加反馈环节构成的，具有较高的控制精度。 现在我们来到了课堂小结环节。电子控制系统作为一个关键的概念，其工作过程和基本组成是本次课程的核心内容。 电子控制系统一般可划分为输入、控制（处理）和输出这三个基本组成部分。这三个部分紧密相连，构成了电子控制系统的工作框架。输入环节收集信息，如同人的感官获取外界信号；控制（处理）部分则对这些信息进行分析和决策，就像大脑进行思考；输出部分执行决策结果，好比身体做出相应动作。理解它们的协同运作，有助于我们把握电子控制系统的本质。 四 课堂小结 现在我们来到了课堂小结环节。电子控制系统作为一个关键的概念，其工作过程和基本组成是本次课程的核心内容。 电子控制系统一般可划分为输入、控制（处理）和输出这三个基本组成部分。这三个部分紧密相连，构成了电子控制系统的工作框架。输入环节收集信息，如同人的感官获取外界信号；控制（处理）部分则对这些信息进行分析和决策，就像大脑进行思考；输出部分执行决策结果，好比身体做出相应动作。理解它们的协同运作，有助于我们把握电子控制系统的本质。 五 拓展延伸 新能源汽车的电池热管理系统 新能源汽车的热管理系统（Thermal Management System, TMS）是保障电池安全、延长续航里程、提升乘坐舒适性的核心系统。与传统燃油车不同，电动车没有发动机余热可用，且电池、电机等部件对温度敏感（电池最佳工作温度范围为20-40℃），因此需要更复杂的热管理方案。 工作原理：通过冷却液循环或冷媒直冷技术，将电池包温度控制在20-40℃范围内： 液冷方案：冷却液流经电池冷却板（Battery Cooling Plate, BCP），带走电池产生的热量。 直冷方案：制冷剂直接通过蒸发器吸收电池热量（如比亚迪刀片电池冷媒直冷技术）。 五 拓展延伸 新能源汽车的电池热管理系统 六 课堂练习 1.如图所示为小明设计的孵化箱温控电路，可将温度保持在37 ℃～39 ℃。下列分析中正确的是 （　　） A.Rt1、Rt2均为正温度系数热敏电阻 B.调整RP1设定下限温度值，调整RP2 设定上限温度值 C.温度在37 ℃～39 ℃时，a、b、c 均为低电平 D.把3个或非门改成与非门，电路功能不变 B 六 课堂练习 答案：B 解析：A项，当温度小于37 ℃时，继电器吸合，电热丝加热，此时三极管VT导通（c=0），即a=0、b=0，Rt1、Rt2阻值大，温度低阻值大，Rt1、Rt2为负温度系数热敏电阻；B、C项，当温度在37 ℃到39 ℃之间时，触发器应处于保持状态，即此时a=0、b=1，b点产生电平转变，故RP1控制下限温度，RP2控制上限温度；D项，若把3个或非门改成与非门，逻辑相反，触发器保持状态转变，a=0、b=1时，触发器无法保持。 六 课堂练习 2.如图所示是温度区间控制电路，当VD2发光时，表示加热器工作。下列对该电路的分析中正确的是 （　　） A.Rt是正温度系数的热敏电阻 B.VD1虚焊时,电路无法实现区间控制 C.调小Rp2，温度上下限值都增大 D.Rp1滑动端上移，温度下限值增大 B 六 课堂练习 答案：B 解析：A项，当温度低于下限时，加热器加热，VD2发光，比较器输出高电平，V＋>V－，Rt的阻值大，温度低阻值大，Rt为负温度系数的热敏电阻；B项，VD1虚焊时，Rp2无法接入电路，则V+没有变化，电路就无法实现区间控制；C项，当温度低于设定的温度下限值时，Rp2不参与工作，即Rp2与下限温度无关；D项，Rp1滑动端上移，Rp1的阻值增大，Rt的阻值变大，温度变低，即温度下限值变小。 六 课堂练习 3.如图所示为小明设计的恒温控制电路，当温度低于下限温度时，电热丝开始加热，当温度高于上限温度时停止加热。555功能如表所示。下列关于该电路的说法中不正确的是 （　　） A.增大R4的阻值，只有上限温度被调低 B.要只调低下限温度可以调大R3的阻值 C.RT是负温度系数的热敏电阻 D.无论怎么调试电热丝一直加热，可能原因是R5阻值过大 B 六 课堂练习 答案：B 解析：A、C项，当温度低于下限时，电热丝开始加热，3脚输出高电位，2、6脚为低电位，RT的阻值大，温度低阻值大，RT为负温度系数的热敏电阻，7脚悬空，此时R4接入电路，即R4与下限温度无关，增大R4的阻值,RT阻值大，温度低，即只调低上限温度；B项，R3同时控制上、下限温度，要只调低下限温度,不能调R3的阻值；D项，R5阻值过大，右侧三极管基极的电流过小，三极管截止，继电器不工作，常闭触点一直闭合，电热丝一直加热。 六 课堂练习 4.如图所示的温控电路，用Rp设定555芯片5脚的电位Vct。当温度超过60 ℃时散热风扇电机启动。下列分析中不正确的是 （　　） A.Rt应采用负温度系数的热敏电阻 B.调大RH的阻值，电机启动时的温度低于60 ℃C.Rp的滑动触点向下移，电机启动时的温度高于60 ℃D.温度从60 ℃以上降低到60 ℃以下，电机就立即断电 D 六 课堂练习 答案：D 解析：A项，当温度超过60 ℃时散热风扇启动，则3脚输出高电平，2脚电压＜12Vct，即Rt分压降低，Rt的阻值应减小，而此时对应的温度超过60 ℃，故Rt采用负温度系数的热敏电阻；B项，调大RH的阻值，则Rt的分压降低，则此时温度不用达到60 ℃即可使Rt分压满足12Vct，即2脚电压＜12Vct，3脚输出高电平，电机启动；C项，Rp的滑动触点向下移，则5脚电位Vct变小，对应Vct也变小，此时需要温度升高到60 ℃以上才能满足Rt的分压变小，且当小于变小后的Vct时，电机才能启动，故电机启动时的温度要高于60 ℃；D项，温度从60 ℃以上降低到60 ℃以下时，Rt的分压由小于12Vct变为大于12Vct、小于Vct，此时3脚输出为保持状态，即输出高电平，故电机保持转动。 感谢观看 苏教版（2019）选择性必修1《电子控制技术》 $