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第五章电子控制系统的设计及其应用[考试标准]考试内容考试要求考试属性已考点开环电子控制系统的设计和应用①简单开环电子控制系统的工作原理②简单开环电子控制系统的设计、安装与调试③安装过程中常见问题的分析和解决bcc加试2016年10月选考(第17题)闭环电子控制系统的设计和应用①简单闭环电子控制系统的基本工作原理②简单闭环电子控制系统的设计、安装与调试③安装过程中常见问题的分析和解决bcc加试2015年10月选考(第10、14题)2017年4月选考(第17题)一、开环电子控制系统的设计和应用1.简单开环电子控制系统的工作原理系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这样的系统称开环控制系统，开环控制系统适用于简单的系统，它没有反馈环节，响应时间较长，成本较低。2.设计和安装开环电子控制系统的一般步骤如下(1)依据设计要求进行分析，确定被控量和被控对象。(2)根据开环电子控制系统的方框图，选择恰当的传感器，确定控制(处理)部分使用的电路和元器件，选择合适的执行部件。(3)参照相关资料，在输入、控制(处理)和输出部分之间分别选择合适的接口电路，设计或改进原有的电路。(4)检测元器件或实用电路的质量。(5)安装电路，放置元器件错接、虚焊，要注意对未使用的引脚处理，注意接地。(6)调试电路，检查触发电压大小。二、闭环电子控制系统的设计和应用1.简单闭环电子控制系统的工作原理闭环电子控制系统是在开环电子控制系统基础上增加反馈而构成的。2.设计和安装闭环电子控制系统的一般步骤如下(1)按照设计要求，确定被控量和被控对象。(2)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。(3)按照电路图安装电路。(4)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少至最低。(5)通过制作、试验，发现设计存在的问题，对方案进行改进和优化。【例1】在电子控制技术实践课上，小明准备设计一个遮光、通风控制系统，选择光敏电阻和正温度系数的热敏电阻作为传感器。请完成以下各题：(1)光敏电阻值随光照强度变化的规律与________相似(从A；B；C中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；(2)小明提出的控制要求和设计的控制电路如图所示，其中X点输入光照强度信号，Y点输入温度信号。根据控制要求分析电路，J1、J2的作用是________(从A.J1用作遮光控制、J2用作通风控制；B.J1用作通风控制、J2用作遮光控制中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；控制要求输入输出光照温度遮光继电器通风继电器弱≤26℃释放释放强≤26℃释放释放弱＞26℃释放吸合强＞26℃吸合吸合(3)小明在测试电路时，发现R3和R4的阻值不符合电路要求，导致J1和J2始终都不能吸合，合理的调整措施是________、________(在A.增大R3；B.减小R3；C.增大R4；D.减小R4中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；(4)请你根据控制要求，在虚线框内将传感器和电阻正确的连接到电路中。答案(1)B(2)A(3)BD(4)[变式1]王明同学设计了如图所示的由555集成电路、覆铜板探头、喇叭、电位器、电阻、电容和电池等组成的雨水报警器。根据该控制系统回答以下问题。(1)该控制系统的工作方式为()A.闭环电子控制B.开环电子控制C.先闭环电子控制后开环电子控制D.先开环电子控制后闭环电子控制(2)在调试过程中，将水滴在覆铜板上，喇叭不发出声音，单独检测喇叭是好的，关于用多用电表检测的说法，错误的是()A.将RP调到最下端，2脚、6脚有电压，说明电容器C1是好的B.3脚有电压输出，说明电容器C3是好的C.7脚无电压，说明7脚未焊接好D.8脚无电压，说明8脚未焊接好(3)王明同学想把该报警器改装成防盗报警器，下列改装方案不合适的是()A.将覆铜板探头换成红外线感应装置来控制B.将覆铜板探头换成干簧管来控制C.将覆铜板探头换成压力触点来控制D.将覆铜板探头换成声音传感器来控制解析(1)该电子控制系统的被控对象是喇叭，控制喇叭发出声音，不存在反馈回路，所以该控制系统的工作方式为开环电子控制系统。(2)该电子控制系统的工作原理是电源通过电阻R2、覆铜板和电位器RP对电容C1充电，充电过程，2脚和6脚是低电压，3脚输出是高电平。电容C1充满电后，通过电位器RP和覆铜板往7脚进行放电，放电过程，2脚和6脚是高电压，3脚输出是低电平。整个过程在3脚形成振荡回路。将RP调到最下端，2脚、6脚有电压，说明电容器C1能正常充放电，电容器C1是好的。3脚有电压输出，如果电容器C3是好的，喇叭应该正常工作，有声音输出。7脚和8脚无电压，说明未焊接好。(3)防盗报警器是防止小偷进入家中，可以将该报警器放置在窗台上，能够检测人体的传感器，可以用红外线装置，也可以用脚不小心踩到压力开关来触发报警，也可以用干簧管安装在窗户上来触发，靠声音传感器来触发不是好的方案。答案(1)B(2)B(3)D[变式2](2017·4月绍兴模考)如图所示是小明根据电脑CPU降温原理改编设计的自动降温通风装置部分电路，其中IC是运算放大器，输入输出逻辑关系见图中表格。当温度达到或超过40℃时，该装置风扇电机工作，实现通风降温。请完成以下任务。(1)小明制作上述电路时使用的三极管均为硅管。为判别三极管类型，他把多用电表调到合适的电险挡，调零后用黑表笔接触其中一个三极管管脚J1，红表笔接触另两个管脚，发现两次测得的电阻均较小(约500Ω左右)。再用红表笔接管脚J1，黑表笔接触另两个管脚，发现两次测得的电阻均较大(约100kΩ左右)。则该三极管是________(在①NPN型管，管脚J1为基极；②为PNP型管，管脚J1为基极中选择一项，将序号填写在“________”处)；(2)现有以下四个型号的直流电磁继电器，小明制作电路时应选用的直流电磁继电器为________(从以下继电器中选择一项，将序号填写在将序号填写在“________”处)；(3)上述电路还缺少温度分压电路，为实现温度达到或超过40℃时，该装置风扇电机工作，实现通风降温，Rt是负温度系数热敏电阻。请根据电路的逻辑关系在虚线框中帮助小明把电路连接完整。(4)测试时，小明将Rt放入盛有冷水的烧杯，插入温度计，加入热水使水温等于40℃，调节RP1使________(在①V5发光；②V6发光中选择一项，将序号填写在“________”处)。然后他用多用电表10VDC挡，测量R4两端(g、h两点)电压，电压为________(在①6V；②5.3V；③0V中选择一项，将序号填写在“________”处)。若小明想在30℃就让风扇工作，他应该________RP1(在①增大；②减小中选择一项，将序号填写在“________”处)。答案(1)①(2)④(3)连接完整的电路图如下图。两电阻器位置都正确才能得分(4)②②①【易混易错】反馈方法运用反馈的概念分析和处理问题的方法，叫反馈方法。反馈方法最大优点在于：任何偏差不论其来源如何，都可以按照这一方法不断地加以消除。因此，当系统的工作受到种种不确定因素的干扰或者目标处于不断变化的情况下，这种控制方法就更加有力。反馈是达到预期目标的最好方法。反馈可分为负反馈和正反馈。增强输入讯号效应的叫正反馈；减弱输入讯号效应的叫负反馈。正反馈常用来产生振荡；负反馈能稳定放大，减少失真。1.粮仓为了防止谷物缓慢氧化积聚热量多而发生火灾，需要安装有如下功能的自动报警器：正常情况下，绿灯亮；当仓内温度升高时红灯亮，同时电铃也响，以此报警。请按上述要求设计该自动报警控制系统，器材不限。答案2.如图所示是一个光控玩具电动机控制电路原理图。当外界有足够的光照时，电动机转动，外界光照不足时，电动机不转动。分析完成下列问题。(1)电路中J—1是继电器的________触点(从①常开；②常闭；③转换中选择一项，填写序号)。(2)当外界光照由强转弱时，光敏电阻R1的阻值________(从①增大；②减小；③不变中选择一项，填写序号)。(3)按电路图安装好该电路后，发现不管外界光线是强还是弱，电动机一直不运行。发生该故障的原因可能是________(从①电阻R2阻值太大；②电阻R2阻值太小中选择一项，填写序号)。(4)现在给该电路设计一个发光二极管指示电路。当电动机转动时，绿色二极管亮，当电动机不转动时，红色二极管亮。现有1.5V的发光二极管2个(红色和绿色各1个)，限流电阻1个。请用以上元件在下图虚线框中补全该电路图。答案(1)③(2)①(3)②(4)3.交通信号灯有红、黄、绿三种，三种灯分别单独工作或黄、绿灯同时工作时属于正常情况，其他情况均属故障。请设计一个交通报警控制电路，当出现故障时可以输出报警信息。(1)该控制系统是________(开环或闭环)电子控制系统。(2)请用与非门设计该控制电路，并给出逻辑表达式及逻辑电路图。答案(1)开环(2)设红黄绿灯分别为A、B、C，输出为Y，其真值表为：ABCY00010010010001101000101111011111由此可推出其逻辑表达式为Y＝ABC＋AB＋AC转化为与非式为Y＝ABC＋AB＋AC4.(2015·10月浙江选考)如图a所示是声光控开关实验电路原理图，电路中发光二极管V3在光线较弱且有声音时才能发光。MIC(传声器)、C1、V1、R2、R3、R4组成声音信号采集与放大电路，R1、R5组成光线信号的采集电路，V2，R6、C2组成灯光延时电路。集成电路CC4011为四2输入与非门(引脚见图b)，用于控制和输出逻辑电平。请完成以下任务：(1)集成电路CC4011中与非门的2个输入端A(1脚)和B(2脚)与输出端Y(3脚)的逻辑关系是________；(2)当光线由强变弱时，光敏电阻R1的阻值________(在“①增大；②减小；③不变”中选择一项，将序号填写在“________”处)；(3)图a中，当CC4011的4脚输出高电平，二极管V2导通，由于V2导通时电阻值较小，电容C2很快被充电到高电平，此时发光二极管V3________(在“①发光；②不发光”中选择一项，将序号填写在“________”处)；(4)小亮同学完成实验后，准备将该实验电路应用于楼道灯的控制。楼道灯由220V交流电源供电，采用直流电磁继电器的触点作为楼道灯的开关，用三极管控制继电器触点的闭合与断开。请你根据上述要求在虚线框中帮助小亮画全电路。图c解析本题考查与非门的理解、组成电路的应用及分析。(2)光线由强变弱，二极管V3要导通发光，11脚为高电平，根据与非门的逻辑关系，光敏电阻阻值要增大使l脚为高电平；(3)C2充电到高电平，10脚为低电平，11脚为高电平，所以V3发光。(4)输出高电平时三极管饱和，继电器得电导通，楼道灯亮；图中二极管起到保护继电器的作用。答案(1)Y＝AB或全高出低，有低出高或ABY001011101110(2)①(3)①(4)如图所示1.(2017·4月浙江模考)图a所示是光控喇叭试验电路原理图，当光线充足时，喇叭发出声音。R1、R2、R3、V1组成光线信号采集与放大电路，集成店里JN6201为音乐集成电路(引脚见图b)，用于实现逻辑控制和音乐的输出。请完成以下任务：光控喇叭试验电路JN6201引脚图(1)当光线充足，喇叭发出声音时，此时三极管V1的工作状态为________(在①饱和；②放大；③截至中选择一项，将序号填写在“________”处)；(2)现在电路中接入一个发光二极管，当喇叭响起时，发光二极管点亮，喇叭不响时，发光二极管熄灭，以下接入位置中最合理的是________(在①R1与R2之间；②V1的发射极；③V2的基极中选择一项，将序号填写在“________”处)；(3)发光二极管的