第二节 闭环电子控制系统的设计和应用
考试内容
考核要求
(1)简单闭环电子控制系统的基本工作原理
(2)简单的闭环电子控制系统设计、安装与调试
(3)安装过程中常见问题的分析和解决
b
c
c
1.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环节而构成的。它具有较高的控制精度，能实现自动控制。冰箱、空调、恒温箱、智能洗衣机、水位监控设备等大都采用闭环电子控制系统。
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)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对象实施控制。
(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。
(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少至最低。
(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。
一、简单闭环电子控制系统的工作原理(b)
1.闭环电子控制系统
电子控制系统的输出结果对系统的控制有影响，也就是被控量的变化会改变控制系统工作状态，这种电子控制系统称为闭环电子控制系统。
2.闭环电子控制系统的工作原理
它是在开环电子控制系统基础上增加反馈环节而构成的。所谓反馈就是检测系统的输出量并返回到输入端与给定量进行比较的过程。
闭环电子控制具有较高的控制精度，能实现自动调整控制状态，使被控量接近或等于给定量。
【典例1】 该系统中干燥器出口的气体温度与奶粉质量密切相关，生产工艺要求出口温度保持恒定，假设蒸汽流量和浓缩奶流量恒定，则温度控制子系统的工作过程如下：将检测到的干燥器内温度信号传送给放大器和可控硅，并与设定温度值比较，根据温度偏差信号控制冷气阀门的打开程度，调节燃油冷空气的流量，使干燥器内的温度稳定在设定温度，下列关于该控制系统的说法正确的是( )
A.被控对象是放大器和可控硅 B.控制器是热敏元件
C.执行器是冷气阀门 D.输出量是冷空气的流量
解析 根据工作原理，该系统的被控对象是干燥器，热敏元件是检测装置；执行器是冷气阀门，输出量是干燥器内的实际温度。故选C。
答案 C
【变式训练1】 下列控制系统中，不属于开环电子控制系统的是( )
A.红绿灯定时控制系统 B.自动门控制系统
C.音乐喷泉水柱高低控制系统 D.加热炉温度控制系统
解析 加热炉温度控制系统存在反馈，属于闭环控制系统。故选D。
答案 D
二、简单闭环电子控制系统的设计、安装与调试(c)
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.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对象实施控制。
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。
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少至最低。
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。
【典例2】 如图所示为JN6201集成电路孵化箱温度控制系统电路图。请回答以下问题：
(1)该控制系统属于________控制系统，该控制系统的控制(处理)部分是________，执行部分是________。
(2)调试时，将温度传感器Rt1放入37 ℃水中，调整电位器________，使继电器触点J－2触点________。
(3)再调试时，将温度传感器Rt2放入39 ℃水中，调整电位器________，使继电器触点J－2触点________。
(4)当9脚长时间处于低电平时，三极管V2处于________状态，V3处于________状态，继电器J________，电热丝通电加热。
(5)调试时，发现不管孵化箱的温度如何，继电器J始终吸合，该故障的原因可能是( )
A.三极管V3内部击穿 B.二极管V5内部击穿
C.R4虚焊 D.R5连焊
解析 (1)该控制系统存在反馈，故属于闭环电子控制系统；ICJN6201负责接收信息并将信息传给执行器V1、V2及继电器J。(2)Rt1与Rp1串联，故调试时应调节Rp1，低温时电热丝加热故J－2触点吸合。(3)Rt2与Rp2串联，故调试时应调节Rp2，高温时电热丝停止加热故J－2触点断开。(4)9脚低电平则V2基极为低电平，V2导通，V3也随之导通，继电器J通电。(5)V3击穿时相当于短路，则会导致继电器始终吸合。
答案 (1)闭环电子 ICJN6201 三极管V2、V3和继电器J (2)Rp1 吸合 (3)Rp2 断开 (4)饱和 饱和 通电 (5)A
【变式训练2】 如图所示为JN6201集成电路孵化箱温度控制系统电路图。请回答以下问题：
(1)当孵化箱温度刚好为下限温度37 ℃时，9脚输出________(①高电平；②低电平中选择一项填入“________”处)。
(2)当孵化箱温度从39 ℃下降到37 ℃过程中，三极管V2________(①导通；②截止中选择一项填入“________”处)，________亮；(①发光二极管V7；②发光二极管V8中选择一项填入“________”处)。
(3)在调试鸡蛋孵化恒温控制系统时，发现孵化箱内的温度已经超过39 ℃，加热器还在加热。为了让系统正常工作，应________(①调大Rp1；②调小Rp1；③调大Rp2；④调小Rp2中选择一项填入“________”处)。
解析 (1)当孵化箱温度刚好为下限温度37 ℃时，电热丝应处于加热状态，故V2、V3均处于导通状态，9脚为低电平。(2)当孵化箱温度从39 ℃下降到37 ℃过程中，电热丝停止加热，故V2、V3处于截止状态，此时J－1与V7相连，故V7发光。(3)上限调节电阻为Rp2，现要将上限调低，则应将Rp2调大。
答案 (1)② (2)② ① (3)③
三、安装过程中的常见问题的分析和解决(c)
安装过程中的常见问题的分析和解决：
1.看懂闭环电子控制系统的原理图；
2.检查电路中焊接质量，防止出现假焊、虚焊等；
3.检查各部件安装的位置、牢固性，特别是传感器的正确安装；
4.用示波器、多用电表检测输入部分关键点的电压、波形等电子参数；
5.改变输入部分(传感器)的状态，用示波器、多用电表检测输出部分关键点的电压、波形等电子参数；
6.根据检查的结果，判断故障的原因。
【典例3】 如图所示为555集成电路组成的水位控制系统电路图。请完成以下任务：
(1)该控制系统的控制(处理)部分是________，执行部分是________。
(2)当水箱水位处于图中所示的水位时，6脚是________电平，2脚是________电平。
(3)当水箱水位处于图中a、b之间时，3脚输出________。
(4)调试时候发现，该控制系统能将水位控制在a与c之间，说明水位探头C在水箱中放置的高度________水位探头B的位置。
解析 (1)CB7555接受信息并传递给执行部分V4和继电器J。(2)当水位处于图中所示位置时，6脚接地，2脚接电源正极。(3)当水位处于a、b之间时CB7555处于保持状态，故3脚输出无法确定。(4)当c高于b时系统能将水位控制在a、c之间。
答案 (1)CB7555 V4 (2)低 高 (3)无法确定 (4)高于
如图所示为水塔水位控制电路。该电路由降压整流电路、水位探头(a、b、c)、555时基电路、继电器控制电路等组成。555时基电路输入输出关系见下表。当水位低于探头b时，继电器J吸合，使常开触点J1－1闭合，抽水机启动开始给水塔加水；当水位到达探头c时，抽水机停止加水。请完成第1～2题。
1.要实现题目提出的设计要求，以下虚线框中补全电路图中，正确的是( )
解析 根据题目所提的设计要求，可以分析出A正确。故选A。
答案 A
2.电路连接完毕后进行调试，发现水位到达c点时，抽水机还在抽水，以下可能的原因是( )
A.电容C1击穿 B.电阻R1虚焊
C.电阻R1连焊 D.继电器触点接触不良
解析 电阻R1连焊，2、6脚为低电平，3脚输出高电平，抽水机一直工作。故选C。
答案 C
3.在通用技术课堂上，老师要求同学们设计一个水箱水位控制电路，要求如下：当水箱中的水位低于b点时，水泵工作；水位到达c点时，水泵停止工作。下图是小通设计的电路，下列关于该电路的分析说法中，不正确的是( )
A.电容C起到延时的作用 B.该电路能实现题目的要求
C.V2应选择NPN型三极管 D.D1起到开关作用
解析 该电路不能实现题目的要求，当水位到达c点后，由于电容C的延时作用，电动机还会工作一段时间，最终水会高于c点。故选B。
答案 B
4.如图所示小明设计的水位控制系统，当水位低于b点时水泵M抽水，水位达到a点时停止抽水。555集成电路6脚电位升至2/3Vcc时3脚输出低电平，2脚电位低至1/3Vcc时3脚输出高电平。请完成以下任务。
(1)555集成电路管脚识别正确的是(在下列选项中选择正确的选项，将序号填写在“____”处)；
(2)测试电路时发现，当555集成电路的3脚输出高电平时，继电器J不工作，合理的调节措施是________(在①减小R1和R2的阻值；②减小R3的阻值；③减小R4的阻值；④减小R5的阻值中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)。
(3)小明设计控制电路中，忘记设置水泵工作状态指示灯，请你在虚线框内选择合适的端子连接发光二极管V3和电阻R6，使得水泵M抽水时V3发光，不抽水时V3不发光。
(4)系统工作一段时间后，三极管V1损坏，小明准备用手头仅有的PNP型三极管替代原来的三极管，请你在虚线框内选择合适的端子重新连接电路。要求保持系统原有的功能，继电器线圈接在集电极上。
解析 (1)略。(2)3脚已经为高电平，J不工作，说明三极管基极电势偏低，要调高电势可以减小R5。(3)略。(4)略。
答案 (1)② (2)④
(3)如图
(4)如图
5.如图a所示为小云设计的孵化箱高、低温报警电路，当温度低于设定下限或者高于设定上限时发光二极管发光报警，当温度在设定范围内时不报警。其中Rt1、Rt2为负温度系数温度传感器。请完成以下任务：
图a
(1)调节上限温度的是________(在①Rp2；②Rt1；③Rt2；④Rp3中选择一项，将序号填写在“________”处)。
(2)Rp1调大，设定的下限温度将会________(在①升高；②降低中选择一项，将序号填写在“________”处)。
(3)电路调试好后，Rp2________Rp3(在①＞；②＜；③＝中选择一项，将序号填写在“________”处)。
(4)在电路调试的过程中，小云发现发光二极管亮度不够，打算采用三极管驱动发光二极管。请在图b框1中填入合适的三极管，并将框2中所有的元件的连接起来。
图b
(5)小云打算对图1的电路做进一步改进，实现如下功能：当孵化箱温度低于设定下限时加热器加热，到达设定上限时加热器停止加热，请把图c虚线框1和框2中的电路补充完整。
图c
答案 (1)④ (2)① (3)① (4)如图
(5)如图
1.如图所示电路是光控路灯的模型，当光线较弱时，发光二极管自动点亮，当光线较弱时，发光二极管不发光。下列说法不正确的是( )
A.输入部分是光敏传感器
B.控制部分是晶体三极管组成的电子电路
C.输出部分是晶体三极管
D.输出部分是发光二极管
解析 输出部分是发光二极管。故选C。
答案 C
2.如图所示是热带鱼鱼缸温度电子控制电路图，当水缸内的热敏电阻检测出水温高于最高设定水温时，水缸内的加热丝就停止加热；当水缸内的热敏电阻(负温度系数)检测出水温低于最低设定水温时，水缸内的加热丝就加热，使水温稳定在一定范围内(注：水温低时，集成芯片555输入端2、6脚电位很低，输出端3脚为高电平，继电器J吸合，电热丝通电加热。)将热敏传感器Rt放入设定水温的水中，不管怎么调电位器R1和R2，电热丝都不通电加热，下列原因不可能的是( )
A.二极管V接反了 B.热敏电阻Rt断路
C.继电器J线圈内部断路 D.输出端3脚与继电器线圈虚焊
解析 二极管V接反则对J失去了保护作用，线圈可能被烧坏而导致无法工作；热敏电阻Rt断路，则2、6脚接地，3脚输出高电平，电热丝会一直工作；J内部断路，线圈无法通电，电热丝不工作；3脚虚焊则继电器无法接通，电热丝也无法工作。故选B。
答案 B
3.如图所示为某款简易水箱自动上水和LED指示电路，其中V1是指示灯(水位超过设定值后能自动停止抽水)。当有人用水而使水箱中的水位降到a、b两个探头之间时，抽水泵和指示灯的工作状态分析正确的是( )
A.抽水泵抽水、V1不发光 B.抽水泵不抽水、V1发光
C.抽水泵抽水、V1发光 D.抽水泵不抽水、V1不发光
解析 水位下降时，继电器工作在保持状态，故保持跟前一状态一样，水泵不抽水，V1发光。故选B。
答案 B
4.如图所示是小明设计的蔬菜大棚温度控制系统电路图，其基本原理是预设温度控制范围20 ℃～30 ℃。当温度低于下限温度时，电热丝通电加热升温，当温度上升到上限温度后电热丝断电，停止加热。已知继电器J有两个常开触点J－1、J－2，则以下说法正确的是( )
A.热敏电阻Rt为正温度系数
B.要把上限温度调高到32 ℃，下限保持20 ℃不变，则需将Rp2的活动触头向右滑
C.将Rp1阻值调小，则上限温度，下限温度均调高
D.V1截至时，J－1闭合
解析 低温时电热丝加热，故V1导通，基极为低电平，故Rt为大电阻，Rt为负温度系数的热敏电阻，当V1截止时J－1断开，A、D错误；加热时Rp1和Rp2并联，要调高上限，需要减小并联电阻把Rp2向左滑动；将Rp1阻值调小，则上限温度，下限温度均调高。故选C。
答案 C
如图所示为小通设计的雨水自动化灌溉系统，选择粗铜导线作为传感器。请分析该电路，完成第5～6题。
5.为防止电动机长时间空转烧毁，要求集雨器水位低b点时，电动机停止工作，则虚线框内应选用的逻辑门是( )
A.或门 B.与门 C.与非门 D.或非门
解析 水位低b点时，b导线的电势为0，电动机停止工作，V2应该截止，逻辑门的输出应该为0，因此虚线框中应该是与门。故选B。
答案 B
6.调试电路时发现，当虚线框中的逻辑门输出高电平时，继电器J不工作，合理的调节措施是( )
A.减小R4的阻值 B.减小R5的阻值
C.减小R3的阻值 D.减小R2的阻值
解析 减小R5的阻值，V2的基极的电流增大，流过继电器J的电流会增大，继电器将会工作。故选B。
答案 B
7.如图所示是小明设计的水位控制系统，当水位低于b点时水泵M抽水，水位达到a点时停止抽水。555集成电路6脚电位升至2/3Vcc时，3脚输出低电平；2脚电位低至1/3Vcc时3脚输出高电平。调试中发现有时会出现溢水而仍未停止抽水的现象，下列故障原因分析中合理的是( )
A.R5接触不良 B.R4接触不良
C.R2接触不良 D.R1接触不良
解析 由已知输出的故障现象推导可能的故障原因，此题要求熟练掌握555电路的输入、输出关系。R5接触不良将停止抽水；R1、R2接触不良都只会使3脚输出为0，也将停止抽水，R4接触不良时将使6脚电位无法升至2/3Vcc，将一直抽水。故选B。
答案 B
8.如图所示是用CB555组成的水箱水位控制系统模拟实验电路。d1、d2、d3三个接点分别连接水箱中的水位探头。该控制系统可以使得水箱中的水位稳定在高水位(H)和低水位(L)之间。3个水位探头与控制电路中的d1、d2、d3连接起来方案中，正确的是( )
A.d1接L、d2接H、d3接c B.d1接c、d2接H、d3接L
C.d1接H、d2接L、d3接c D.d1接c、d2接L、d3接H
解析 根据题目要求分析，选B。
答案 B
9.如图所示的电路，当水杯中的水位在a、b两个探头之间时，V1和V2的状态分别是( )
A.V1亮、V2亮 B.V1不亮、V2亮
C.V1亮、V2不亮 D.条件不足，无法判断
解析 当水位探头在a、b之间时，触发器处于保持状态，故无法确定V1、V2的状态。故选D。
答案 D
10.下图是张雷设计的一个温度指示实验电路，核心为一块555芯片，其功能见下表。R1与R2是同样的负温度系数型的热敏电阻，Rp1与Rp2均是可调电阻，V1和V2分别为红色与绿色的发光二极管。调节好Rp1与Rp2，使温度在37 ℃时6脚电压<VCC，2脚电压<VCC，40 ℃时6脚电压>VCC，2脚电压>VCC。3.该实验电路在温度升至40 ℃时会触发某种亮灯状态，但现在温度升至39 ℃时就触发了。为了恢复原控制设定，则以下措施中正确的是( )
6脚
2脚
3脚(电平)
>VCC
>VCC
低
<VCC
>VCC
不变
<VCC
<VCC
高
>VCC
<VCC
高
A.调大Rp1 B.调小Rp1 C.调大Rp2 D.调小Rp2
解析 根据描述Rp1可以调节上限，现要调高上限，又根据Rt1为负温度系数的热敏电阻，则应调小Rp1。故选B。
答案 B
11.小明利用555集成芯片设计了一个如图所示的自动浇花控制电路。当花盆中土壤湿度较小时，探针a和探针b之间的电阻值较大，使得3脚输出为高电位，继电器吸合，水泵M启动；往花盆里加水，花盆中的土壤到达一定湿度时(探针a和探针b之间的电阻值较小)，水泵停止加水。在该电路调试过程中，无论花盆中土壤的干湿程度如何，水泵M始终处于加水状态，造成该现象的原因可能是( )
A.调节Rp时，中心抽头调整到图示中最上方
B.三极管V1烧坏断路
C.电阻R两管脚连焊，造成短路
D.焊接过程中1脚虚焊
解析 调节Rp时，中心抽头调整到图示中最上方，2、6脚为低电平，3脚高电平，继电器吸合。故选A。
答案 A
12.如图所示是小黄设计的烘箱温度控制装置的部分电路。数字集成电路采用NE555集成芯片，它的输入输出关系见图中表格。要求温度低于温度下限时，加热器开始加热，温度高于温度上限时，加热器停止加热，请完成以下任务：
输入管脚情况
输出管脚
2脚输入
6脚输入
3脚输出
低电平
低电平
高电平
高电平
高电平
低电平
高电平
低电平
保持
低电平
高电平
禁止
(1)电容C为普通瓷片电容，根据图中所示电容值，应该选择标有数值为________的电容(在①102；②103；③104中选择一项，将序号填写在“________”处)。
(2)如果烘箱温度在上限和下限温度之间，NE555集成芯片的3脚输出________(在①低电平；②高电平；③不确定中选择一项，将序号填写在“________”处)。
(3)根据电路图，当温度低于下限温度时，要求V1亮、V2灭；当温度高于上限温度时，要求V1灭、V2亮。请在虚线框内选择合适的端子连接电路。
(4)下图是小黄用直流电磁继电器来控制加热器工作的电路，要实现题中所提的设计要求，请在虚线框内选择合适的端子连接电路。
(5)在第(4)问中，把虚线框中的电路连接好后，把继电器常闭开关换成常开开关。如果要实现题中所提的控制要求，必须要重新设计输入部分的电路，请在下图左边虚线框内选择合适的端子连接电路。
解析 (1)0.01微法等于10000皮法，用三位数码表示法表示为“103”。(2)如果烘箱温度在上限和下限温度之间，NE555集成芯片的3脚输出可能是高电平，也可能是低电平。(3)根据电路图，当温度低于下限温度时，3脚输出是高电平；当温度高于上限温度时，3脚输出是低电平。(4)PNP型三极管的发射极接电源的正极，集电极接负载。(5)只需Rt1、Rt2接电源的负极，Rp1、Rp2接电源的正极，2、6脚的解法不变。
答案 (1)② (2)③
(3)
(4)
(5)
13.如图所示是小通设计的水箱水位控制装置的部分电路。要求水位低于低水位L位置时，水泵才开始抽水，水位达到高水位H位置时，水泵停止抽水。请完成以下任务：
(1)请根据电路的逻辑关系及设计要求，在a、b、c三点中选择合适的点分别于1、2、3三点连接。
(2)如果水位在低水位L以下，V的状态是________(在①亮；②灭中选择一项，将序号填写在“________”处)。
(3)如果水位在高水位H和低水位L之间时，电动机的工作状态是________(在①抽水；②不抽水；③无法确定中选择一项，将序号填写在“________”处)。
(4)小通同学进行电路调试时，发现电流太小，无法驱动水泵正常工作。于是，小通用三极管控制直流继电器触点的闭合与断开，用电磁继电器的触点作为水泵的接通开关，水泵由48 V直流电源供电。请你根据题目要求，选择合适的三极管，在下图虚线框中帮助小通画全电路。
解析 (1)水位在低水位L以下时，2、3脚为低电平，2脚经过非门后变成高电平，下面一个或非门输出高电平，电动机工作，抽水；水位上升到高水H位和低水位L之间时，触发器处于保持状态，故电动机还在工作，抽水；当水位到达高水位H时，2、3脚为高电平，2脚经过非门后变成低电平，下面一个或非门输出低电平，电动机不工作，停止抽水。
(2)②；略。(3)略。(4)下面一个或非门输出高电平时，电动机工作，抽水；而继电器是常开开关，所以要选择NPN型三极管，负载要接在集电极。
答案 (1)
(2)② (3)③
(4)
14.如图1所示是小郭设计的水箱水位控制的部分电路，其中，R2、R3远大于R1。要求水位低B点时，水泵开始抽水；水位到达C点时，水泵停止抽水。请完成以下任务：
图1
(1)当水位低于B点时，或非门的输出端D输出________(在①高电平；②低电平中选择一项，将序号填写在“______”处)。
(2)要实现电路功能，请在图1电路虚线框1中选择合适的连接点，把电路补充完整。
(3)在搭接图1电路时，发现手上只有一个四二输入或非门集成门电路，没有非门。为了实现电路功能，请把图2虚线框2中的电路补充完整。
图2
(4)小郭打算对图1的电路进行改进，用NPN型三极管(采用共发射级接法)驱动继电器，继电器的触点作为水泵的接通开关。请把图3虚线框3中的电路补充完整。
图3
解析 (1)B、C都为低电平，故D为高电平。(2)要实现题中所提的要求，虚线框1中，应该有一个由或非门组成的基本触发器。(3)把或非门两个输入脚并联在一起，变成一个非门。(4)略。
答案 (1)①
(2)
(3)
(4)
15.如图a所示为一恒温控制电路，其工作过程为：当温度高于37 ℃时风扇运转将热空气排出，同时室外的冷空气进入室内，实现降温；当温度降低到33 ℃时风扇停止运转，温度上升。电路中C1、C2为比较器，其特性如图b所示。请根据要求完成下列各题。
(1)假设A1是用来调节温度上限的，请将虚线框内的电路补充完整。
(2)该电路图中Rt应选择________(在A.正温度系数热敏电阻；B.负温度系数热敏电阻中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
(3)使用过程中发现当温度低于33 ℃时风扇仍在运转，下列情况中不可能的是________(在A.电阻R3太大；B.三极管击穿；C.Rp1连焊；D.Rp3虚焊中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
(4)现需将温度下限调整到30 ℃则应该________(在A.调大Rp1；B.调大Rp2；C.调大Rp3；D.调小Rp1；E.调小Rp2；F.调小Rp3中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
(5)在不改变上、下限温度设定的条件下，将电路中的或非门改成与非门，将电路补充完整。
解析 (1)略。(2)根据功能要求，当温度高于37 ℃时，A1输出低电平，故Rt的特性是温度越高阻值就越大，故选A。(3)R3越大三极管基极的电位就越低，三极管越容易截止，则风扇更易停转，不符合题意，故选A。(4)A2控制温度下限，当调低温度下限时，Rt/Rp1的值减小，故R2/Rp3的值也应减小，R2为定值电阻故只能调大Rp3；如果调小Rp1则上限温度也发生改变，故不可取。故选C。(5)略。
答案 (1)如图
(2)A (3)A (4)C (5)如图
16.小明准备设计一个养猪场温、湿度模拟控制系统，选择湿敏电阻和负温度系数的热敏电阻作为传感器。当养猪场的温度或湿度高于设定值时开启相应的控制装置(M1、M2)进行自动调节。控制电路如图所示，其中G1、G2为集成运算放大器，其输入输出的逻辑关系是：V＋>V－，输出高电平；反之，输出低电平。请分析电路，完成以下任务：
(1)请根据控制要求和电路原理，在虚线框内补全电路(不添加任何元器件)。
(2)根据电路原理，M1、M2控制功能分别是________(在①M1为温度调节，M2为湿度调节；②M1为湿度调节，M2为温度调节中选择合适的选项)。
(3)将电位器Rp中心向下滑动，设定温度将会________(在①变高；②变低中选择合适的选项)，设定湿度将会________(在①变大；②变小中选择合适的选项)。
(4)当养猪场温、湿度同时超过上限时，要求发出声音报警，提醒工作人员进行人工干预。请你在下图虚线框内用一个逻辑门与电路进行正确连接，实现报警功能。
解析 (1)当养猪场的温度或湿度高于设定值时，G1输出低电平，G2输出高电平，根据题目要求M1、M2要工作，所以三极管V1、V2要被导通，故G1连接R4，G2连接R3。(2)结合第(1)问可知，M1为温度调节，M2为湿度调节。(3)将电位器Rp中心向下滑动，Rp的电阻将会变小，G1的同向端和G2的反向端的电压将会变小，故设定温度将会变低，设定湿度将变小。(4)当养猪场的温度和湿度同时超过上限时，G1输出低电平，G2输出高电平，三极管V1、V2被导通，J1、J2吸合，要使蜂鸣器报警，综合分析，虚线框中为与门。
答案 (1)
(2)① (3)② ②
(4)
17.如图所示是水箱水位闭环控制系统电路图。a、b、c三个水位探头(用粗铜电线制作)放置在水箱的不同位置。工作时合上水泵电源开关S，当水位下降至b点以下时，水泵向水箱注水，当水位升至a点时，水泵即停止注水。请完成以下各题：
(1)当水位从a下降到b的过程中，三极管V1处于________状态(在①放大；②饱和；③截止中选择一项，将序号填写在“________”处)。
(2)为了显示水泵的工作状态，拟用发光二极管(红色)显示水泵正在给水箱注水，用发光二极管(绿色)显示水泵停止注水。现有1.5 V的发光二极管2个(红色和绿色各1个)，限流电阻1个。请用以上元件在虚线框中补全该电路图。
(3)为了防止控制电路出现故障时水溢出水箱，在水箱上端d处设置一个探头(用粗铜电线制作)，当水位升高至d处时，蜂鸣器能自动报警，以提醒人员断开水泵电源开关S。现有5 V电源1个；蜂鸣器1个；可调电阻1个；四二输入与非门1片(用其中的1个与非门即可，引出脚为1—3脚)；导线若干。请用导线连接以下元器件中未连接的部分，组成报警电路。
解析 (1)水位从a降到b的过程中，水泵不往水箱加水，继电器J不得电，即三极管V2处于截止状态，基极电位为低电平，所以三极管V1的集成极电位也为低电平，即V1处于饱和状态。(2)多余输入端的处理可以接高电位，也可以与另一输入端相连接，蜂鸣器两个输入端有电位差就会鸣叫。(3)略。
答案 (1)②
(2)如图所示
(3)如图所示
18.下图为利用基本触发器设计的某鱼缸温度电子控制系统，当水缸内的热敏电阻(负温度系数)检测出水温低于设定下限温度时，水缸内的加热丝就加热；当水缸检测出水温达到设定上限温度时，水缸内的加热丝就停止加热。根据该原理完成以下任务：
(1)图中虚线框内是两个或非门组成的基本触发器，当R＝1，S＝0时，基本触发器________(在①置1；②置0中选择一项，将序号填写在“________”处)。
(2)当温度达到上限时，发光二极管的状态为________(在①V1亮、V2不亮；②V1不亮、V2亮；③V1、V2都不亮中各选择一项，将序号填写在“________”处)。
(3)调节Rp1和Rp2的阻值，可以调节温度控制的范围。在调试中，发现该水缸在加热过程中尚未达到上限温度，就自动停止加热。为改变这一现象，应该调节________(在①Rp1；②Rp2中选择一项，将序号填写在“________”处)，且应________(在①向下调节；②向上调节中选择一项，将序号填写在“________”处)。
(4)现要对加热电路进行功能改进，要求水缸内加热丝不工作时，绿色警示灯亮；水缸内温度低于设定的下限温度时，红色警示灯亮并且加热丝开始工作，同时加热丝与警示灯发生断路故障将互不影响，并且红、绿警示灯在工作时需要串联限流电阻，请根据描述，在下图中绘制好J－1电路。
解析 (1)因为图中虚线框内是两个或非门组成的基本触发器，是高电平触发的。(2)当温度达到上限时，发光二极管的状态为V1亮、V2不亮。(3)调节Rp1和Rp2的阻值，可以调节温度控制的范围。在调试中，发现该水缸在加热过程中尚未达到上限温度，就自动停止加热。为改变这一现象，应该调节Rp1且应向上调节。因为电阻调节的方法是“你大我也大”。(4)本题考查输出部分的设计。
答案 (1)② (2)① (3)① ②
(4)如图
19.如图a所示为热水器的恒温控制电路图。其中555集成电路的内部结构如图b所示，其功能见图c表格。电路中Rt是负温度系数的热敏电阻，RW是电热丝。当温度低于30 ℃时电热丝开始加热，当温度低于45 ℃时电热丝停止加热。分析该电路并完成以下任务：
图a
图b
输入管脚的情况
输出管脚
6脚输入
2脚输入
3脚输入
>2VCC/3
>VCC/3
低电平
<2VCC/3
>VCC/3
保持
<2VCC/3
高电平
>2VCC/3
禁用
图c
(1)在图a虚线框内选择一个合适的三极管把线路补充完整。
(2)当温度达到45 ℃时，三极管和继电器J的状态分别处于________(在A.截止和吸合；B.饱和和吸合；C.截止和释放；D.饱和和释放中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
(3)现要让电热丝在水温下降到25 ℃就开始加热应________(在A.调小Rt；B.调小Rp；C.调大Rp；D.调大Rt中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
(4)为了防止水箱无水空烧，改进图a的电路部分如图d所示，请在虚线框内选择合适的接线柱把电路图补充完整。
图d
解析 (1)略。(2)当温度达到45 ℃时，电热丝停止加热，所以继电器释放，所以继电器线圈中没有电流，故三极管截止。故选C。(3)负温度系数热敏电阻Rt在水温为25 ℃的水中比在30 ℃的水中的阻值要大，故可以将Rp也调大，保证Rt/Rp的值不变。故选C。(4)略。
答案 (1)如下图
(2)C (3)C (4)如下图
课件19张PPT。第二节 闭环电子控制系统的设计和应用反馈环节1.闭环电子控制系统是在开环电子控制系统基础上增加_________而构成的。它具有较高的_________，能实现自动控制。冰箱、空调、恒温箱、智能洗衣机、水位监控设备等大都采用__________________。
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_______和__________。
(2)如果对控制量控制的精确度要求较高，应利用有______的闭环电子控制系统对被控对象实施控制。控制精度闭环电子控制系统被控量被控对象反馈(3)根据闭环电子控制系统的方框图，选择______________的电子电路、_________的执行器、_________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。
(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_________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。
(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。控制(处理)部分输出部分检测部分干扰因素一、简单闭环电子控制系统的工作原理(b)
1.闭环电子控制系统电子控制系统的输出结果对系统的控制有影响，也就是被控量的变化会改变控制系统工作状态，这种电子控制系统称为闭环电子控制系统。2.闭环电子控制系统的工作原理它是在开环电子控制系统基础上增加反馈环节而构成的。所谓反馈就是检测系统的输出量并返回到输入端与给定量进行比较的过程。
闭环电子控制具有较高的控制精度，能实现自动调整控制状态，使被控量接近或等于给定量。【典例1】 该系统中干燥器出口的气体温度与奶粉质量密切相关，生产工艺要求出口温度保持恒定，假设蒸汽流量和浓缩奶流量恒定，则温度控制子系统的工作过程如下：将检测到的干燥器内温度信号传送给放大器和可控硅，并与设定温度值比较，根据温度偏差信号控制冷气阀门的打开程度，调节燃油冷空气的流量，使干燥器内的温度稳定在设定温度，下列关于该控制系统的说法正确的是( )A.被控对象是放大器和可控硅 B.控制器是热敏元件
C.执行器是冷气阀门 D.输出量是冷空气的流量
解析 根据工作原理，该系统的被控对象是干燥器，热敏元件是检测装置；执行器是冷气阀门，输出量是干燥器内的实际温度。故选C。
答案 C【变式训练1】 下列控制系统中，不属于开环电子控制系统的是( )A.红绿灯定时控制系统 B.自动门控制系统
C.音乐喷泉水柱高低控制系统 D.加热炉温度控制系统
解析 加热炉温度控制系统存在反馈，属于闭环控制系统。故选D。
答案 D二、简单闭环电子控制系统的设计、安装与调试(c)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.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对象实施控制。
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。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少至最低。
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。【典例2】 如图所示为JN6201集成电路孵化箱温度控制系统电路图。请回答以下问题：(1)该控制系统属于________控制系统，该控制系统的控制(处理)部分是________，执行部分是________。(2)调试时，将温度传感器Rt1放入37 ℃水中，调整电位器________，使继电器触点J－2触点________。
(3)再调试时，将温度传感器Rt2放入39 ℃水中，调整电位器________，使继电器触点J－2触点________。
(4)当9脚长时间处于低电平时，三极管V2处于________状态，V3处于________状态，继电器J________，电热丝通电加热。
(5)调试时，发现不管孵化箱的温度如何，继电器J始终吸合，该故障的原因可能是( )
A.三极管V3内部击穿 B.二极管V5内部击穿
C.R4虚焊 D.R5连焊解析 (1)该控制系统存在反馈，故属于闭环电子控制系统；ICJN6201负责接收信息并将信息传给执行器V1、V2及继电器J。(2)Rt1与Rp1串联，故调试时应调节Rp1，低温时电热丝加热故J－2触点吸合。(3)Rt2与Rp2串联，故调试时应调节Rp2，高温时电热丝停止加热故J－2触点断开。(4)9脚低电平则V2基极为低电平，V2导通，V3也随之导通，继电器J通电。(5)V3击穿时相当于短路，则会导致继电器始终吸合。
答案 (1)闭环电子 ICJN6201 三极管V2、V3和继电器J (2)Rp1 吸合 (3)Rp2 断开 (4)饱和 饱和 通电 (5)A【变式训练2】 如图所示为JN6201集成电路孵化箱温度控制系统电路图。请回答以下问题：(1)当孵化箱温度刚好为下限温度37 ℃时，9脚输出________(①高电平；②低电平中选择一项填入“________”处)。
(2)当孵化箱温度从39 ℃下降到37 ℃过程中，三极管V2________(①导通；②截止中选择一项填入“________”处)，________亮；(①发光二极管V7；②发光二极管V8中选择一项填入“________”处)。
(3)在调试鸡蛋孵化恒温控制系统时，发现孵化箱内的温度已经超过39 ℃，加热器还在加热。为了让系统正常工作，应________(①调大Rp1；②调小Rp1；③调大Rp2；④调小Rp2中选择一项填入“________”处)。解析 (1)当孵化箱温度刚好为下限温度37 ℃时，电热丝应处于加热状态，故V2、V3均处于导通状态，9脚为低电平。(2)当孵化箱温度从39 ℃下降到37 ℃过程中，电热丝停止加热，故V2、V3处于截止状态，此时J－1与V7相连，故V7发光。(3)上限调节电阻为Rp2，现要将上限调低，则应将Rp2调大。
答案 (1)② (2)② ① (3)③三、安装过程中的常见问题的分析和解决(c)
安装过程中的常见问题的分析和解决：
1.看懂闭环电子控制系统的原理图；
2.检查电路中焊接质量，防止出现假焊、虚焊等；
3.检查各部件安装的位置、牢固性，特别是传感器的正确安装；
4.用示波器、多用电表检测输入部分关键点的电压、波形等电子参数；
5.改变输入部分(传感器)的状态，用示波器、多用电表检测输出部分关键点的电压、波形等电子参数；
6.根据检查的结果，判断故障的原因。【典例3】 如图所示为555集成电路组成的水位控制系统电路图。请完成以下任务：(1)该控制系统的控制(处理)部分是________，执行部分是________。
(2)当水箱水位处于图中所示的水位时，6脚是________电平，2脚是________电平。(3)当水箱水位处于图中a、b之间时，3脚输出________。
(4)调试时候发现，该控制系统能将水位控制在a与c之间，说明水位探头C在水箱中放置的高度________水位探头B的位置。
解析 (1)CB7555接受信息并传递给执行部分V4和继电器J。(2)当水位处于图中所示位置时，6脚接地，2脚接电源正极。(3)当水位处于a、b之间时CB7555处于保持状态，故3脚输出无法确定。(4)当c高于b时系统能将水位控制在a、c之间。
答案 (1)CB7555 V4 (2)低 高 (3)无法确定 (4)高于
