闭环控制系统的工作过程与方式

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本文介绍了一种小型温度测量与控制系统——闭环温度控制系统。

该系统利用单片机可以方便地实现对PID参数的设定，也可以通过计算机与单片机的串行通讯，实现工业过程中的交互式PID控制。

该原理是用温度传感器将检测到的温度转化为电信号，然后经过变送器使输出电信号随输入温度信号呈线性关系。

之后再经过A/D转换送入PC机中，与设定值进行比较，得出偏差。

对此偏差经PID算法进行修正，求得对应的控制量经D/A转换来控制驱动器，从而实现对温度的闭环控制。

本学期主要设计、制作和调试直流稳压电源和变送器,了解信息测试、校准和控制的过程,不仅提高了电子工程设计和实际操作方面的综合能力,而且培养了研发工程项目中所具备的基本素质和要求。

一、课题背景 (3)二、需求分析 (3)三、方案论证 (3)(一)稳压电源方案选择 (3)(二)变送器方案选择 (4)四、电路设计 (5)(一)直流稳压电源部分1.工作原理 (5)2. Protel99 SE 自主绘制电路原理图 (6)3.所需元件 (7)4.芯片介绍 (8)(二)变送器部分1.工作原理 (9)2.所需元件 (11)3.芯片介绍 (11)4.参数计算 (13)五、电路调试 (13)六、故障分析 (17)七、结果与收获 (18)八、致谢 (19)九、参考文献 (20)一、课题背景第一阶段我们主要解决闭环温度控制系统的直流稳压电源和变送器这两部分。

要求在工业生产中降低成本，降低材料、能源消耗，提高产品质量和生产效率。

二、需求分析稳压电源和变送器的功能和指标如下:1.温度测量范围: 0℃～+100℃2.温度测量误差: 不大于±2℃(在次要求下尽量提高指标)3.变送器输出电压: 0～5V4.测量误差: 满刻度1%（0.05V或1℃ ）5.要求线性规律控制电压—温度6.保证电路性能稳定可靠,具有一定的抗干扰能力7.注意各电路之间的可靠配合与保护问题(过流、断路、过热保护)三、方案论证（一）稳压电源方案选择要求输入9 V和14 V的交流电压,输出＋5 V和±12 V的直流电压。

闭环控制系统工作原理
闭环控制系统是一种自动控制系统，可以通过对系统输出与期望输入之间差距的反馈进行调整，从而使系统的输出更加接近期望输入。

其工作原理可以归纳为以下几个步骤：
1. 设定期望输入：在闭环控制系统中，首先需要设置一个期望输入信号，即所需的系统输出。

2. 对比期望输入与实际输出：系统会将期望输入信号与系统实际输出信号进行对比，并计算其之间的差距。

3. 生成误差信号：根据期望输入与实际输出之间的差距，系统会生成一个误差信号，该信号用于指示系统是否达到期望输出。

4. 反馈控制调整：误差信号会被送回到系统的控制器中，控制器会根据该信号制定相应的控制策略。

控制策略可以是比例控制、积分控制、微分控制或者它们的组合，以调整系统的输出。

5. 输出调整：经过控制器调整后，系统会根据控制策略对输出信号进行调整，使其更接近期望输入。

6. 循环过程：上述步骤会不断循环进行，系统会不断根据反馈信号进行调整，以使系统输出逐渐接近期望输入。

通过以上循环过程，闭环控制系统可以不断地根据实际输出与期望输入之间的差距进行调整，以使系统的输出更加接近期望
输入。

这种反馈机制可以提高系统的可靠性、稳定性和精度，使系统能够更好地适应不确定性和扰动。

什么是闭环控制系统的基本工作原理闭环控制系统是一种基于反馈机制的控制系统。

它能够对系统输出进行测量，并将这一测量结果与系统期望输出值进行比较，从而产生反馈信号。

这些反馈信号被用来调整系统输入，从而实现控制目标。

其基本工作原理可以分为以下几个步骤。

第一步，设计反馈环节。

闭环控制系统的核心在于反馈环节。

其作用是将输出信号与期望信号进行比较，并产生误差信号。

首先需要确定期望输出值，以及输出信号需要测量的物理效应。

然后，通过测量传感器或单元，可以获得一个反馈量，该量用于表示实际输出值。

这个反馈值与期望输出值进行比较，并产生一个误差信号。

误差信号通过误差放大器，得到调节量。

第二步，设定控制器。

控制器是指根据误差信号，产生控制信号的设备。

它根据误差信号计算一些公式或使用其他算法，以产生一个控制信号。

控制信号有助于使系统向期望输出值移动。

第三步，设定执行器。

执行器是指接收控制信号，产生实际动作的设备。

当控制信号通过执行器发送给物理过程时，执行器会产生实际的动作，从而实现输出信号的变化。

执行器可能是一个马达，也可能是一个液压系统。

第四步，对控制器和执行器进行调节。

一旦设定好反馈环节、控制器和执行器，就可以进行系统性能的调整。

首先根据实际的误差值，可以对控制器进行参数调节，以改善控制精度。

例如，可以调整比例、积分和微分增益等参数，以获得更好的系统性能。

对于执行器，也可以调整其参数，以更深入地了解它如何影响系统性能。

第五步，重复步骤1到步骤4，直到达到最佳系统性能。

在实际生产中，由于环境、工作负载或器件变化等因素的影响，需要不断调整并重复上述步骤。

通过反馈调整系统，最终得到在给定条件下最佳输出。

总之，闭环控制系统的基本工作原理是通过反馈机制，将实际输出与期望输出进行比较，并通过控制器和执行器进行调节，从而实现控制目标。

通过不断优化系统参数，可以最终实现最佳性能，并为生产和工业应用提供持续稳定的输出。

《闭环控制系统的工作过程》导学案闭环控制系统是一种通过感知和反馈机制不断调整和稳定系统输出的控制系统。

它通常由感知器、比较器、控制器和执行器四个主要组成部分组成。

闭环控制系统的工作过程是一个连续的循环过程，它包括感知输入信号、与参考输入进行比较、产生误差信号、通过控制器进行处理、输出控制信号给执行器、执行器控制被控对象，并将控制过程的结果反馈给感知器进行下一次循环。

首先，闭环控制系统的工作过程开始于感知器。

感知器是负责感知被控对象的实际状态或输出的部分，它往往通过传感器等设备来实现。

感知器将这些实际输出信号转化为电信号，并传递给比较器。

比较器是闭环控制系统中的关键组成部分，它将感知器传递的实际输出信号与参考输入信号进行比较。

参考输入信号是一个期望的输出值，它通常由控制系统的设计者或用户设置。

比较器计算实际输出与参考输入之间的误差，并产生误差信号。

误差信号将传递给控制器，控制器根据误差信号通过其中一种控制算法进行处理。

控制器的目标是根据误差信号调整系统的输入信号，使得系统输出尽可能接近参考输入。

常见的控制算法包括比例控制、积分控制和微分控制，在实际应用中也常使用这些算法的组合形式。

控制器根据误差信号和控制算法生成的控制信号将传递给执行器。

执行器是负责根据控制信号调整被控对象的输入或操作的装置，它可以是电机、阀门、电磁继电器等。

执行器通过调整被控对象的输入来改变系统的输出，从而使得误差信号减小，实现系统的稳定控制。

被控对象是闭环控制系统中需要控制的实际物理系统或过程。

它可以是机械装置、化学反应过程、温度控制系统等。

执行器通过对被控对象的操作来实现控制系统对系统输出的调节。

闭环控制系统的工作过程中，执行器操作被控对象后，系统的实际输出将发生变化。

感知器感知到这种变化，并将新的实际输出信号传递给比较器。

比较器再次计算误差信号，并传递给控制器。

控制器根据新的误差信号调整控制信号，并再次传递给执行器。

这样，闭环控制系统会不断地根据反馈信号调整控制信号，并达到系统输出稳定在参考输入附近的目标。

闭环控制系统的工作原理
闭环控制系统是一种控制系统，其基本原理是通过传感器将反馈信号传回控制器，然后控制器进行处理，并通过执行器控制被控对象，使其输出达到预期值。

闭环控制系统的工作原理可以归纳为以下几个步骤：
1. 传感器采集数据：在闭环控制系统中，传感器是关键的组成部分。

传感器负责采集被控对象的数据，并将其转换成电信号，传回控制器。

2. 控制器进行处理：控制器接收传感器传回的信号，并进行处理，通常使用PID控制算法进行控制，以便根据误差信号调整输出信号，使被控对象达到预期状态。

3. 执行器控制被控对象：执行器负责控制被控对象，使其输出达到预期值。

执行器可以是电机、电磁阀等，其输出信号由控制器控制。

4. 反馈信号传回控制器：一旦执行器控制被控对象，传感器将再次采集反馈信号，将其传回控制器。

控制器将使用这些反馈信号来校正其输出信号，恢复到预期状态。

通过不断重复这些步骤，闭环控制系统可以实现对被控对象的连续控制，以达到所需的目标。

闭环控制系统已广泛应用于工业自动化、机器人控制、航空航天、医疗设备等领域。

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闭环控制系统的⼯作过程与⽅式闭环控制系统的⼯作过程与⽅式闭环控制系统的⼯作过程与⽅式⼀、教学⽬标1.知识与技能（1）了解闭环控制系统的基本组成和⼯作过程，了解⽅框图的基本构成。

（2）熟悉闭环控制系统在⽇常⽣活中的应⽤。

2.过程与⽅法（1）通过制作⾃动抽⽔控制系统，亲⾃探究、体验闭环控制系统的⼯作过程与⽅式，提⾼动⼿实践及分析问题的能⼒。

（2）通过⽐较分析，逐步形成理解和分析闭环控制系统的⼀般⽅法，提⾼⾃主学习的能⼒。

3.情感态度与价值观（1）通过对闭环控制系统制作与探究，养成善于探索，敢于创造的优良品质。

（2）利⽤所学知识解决⽣活中的技术问题，激发学习兴趣，引发探究欲望，提⾼学习的⾃信⼼。

⼆、教学重点理解闭环控制系统的基本组成及⼯作过程三、教学难点1.⽔位检测抽⽔控制系统的制作2.闭环控制系统的基本组成及⼯作过程四、教学⽅法讲授法、逆推分析法，探究法，讨论法，任务驱动法五、设计思想1.教材分析本课教学内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”的第⼆节“控制系统的⼯作过程与⽅式”。

在学⽣学习了开环控制系统的基础上学习闭环控制系统的。

上节课学⽣已经学习了开环控制系统，对系统的基本组成和⼯作过程已经了解，这节课主要是让学⽣接触闭环控制系统，在探究、对⽐、分析中掌握闭环控制系统的相关知识。

通过本节课学习，能培养和提⾼学⽣的技术素养，激发学⽣学习技术的兴趣，能切⾝体会⽣活中的技术以及技术在⽣活中的应⽤。

2.学情分析学⽣已经学习了开环控制系统的基础知识和系统、控制等基本概念，学会⽤系统⽅框图表达开环控制系统的⼯作过程，具有观察和使⽤简单控制系统的⽣活体验，这些已知知识和经验为教学中提供了条件，同时也为本节顺利进⾏闭环控制系统的学习提供了可能。

3.教学策略（1）让学⽣⾃发地、主动地探究、学习。

本课教学中利⽤⽣活中的问题激发学⽣的探究欲望，引导学⽣⾃发地把⽣活中碰到的问题⽤闭环控制系统解决。

（2）⽤逆推法分析，先探究体验闭环控制系统的⼯作过程以及基本组成，再推出概念，循序渐进，学⽣更容易接受。

简述双闭环系统的工作原理
双闭环系统是一种控制系统的结构，由两个闭环组成，分别控制内环和外环。

内环负责对系统的内部变量进行控制，而外环负责对系统的外部变量进行控制。

双闭环系统的工作原理如下：
1. 外环控制器接收到期望的输出信号和实际的输出信号，并计算出外环控制量。

2. 外环控制量作为内环的参考信号进入内环控制器。

3. 内环控制器接收到内环的参考信号和内环的实际变量，并计算出内环控制量。

4. 内环控制量作为执行机构的输入信号，控制执行机构对内环变量进行调节。

5. 内环调节后的内环变量反馈给内环控制器，用于下一次控制计算。

6. 外环控制器根据内环调节的结果或内环的反馈信息，对外环控制量进行进一步的调整。

通过这种双闭环的工作方式，系统可以实现对内环和外环变量的精确控制。

外环负责对整体系统进行调控，内环则在外环的基础上对内部细节进行微调，以确保
系统能够达到期望的性能要求。

这种双闭环的结构可以提高控制系统的稳定性和精度。

《解析闭环控制系统工作过程》教学设计一、教学目标1.通过实践体验，分析闭环控制系统的基本组成的工作过程和工作过程，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的工作过程和工作过程，学会画闭环控制系统的方框图。

三、教学方法讲授法，演示法，任务引导法四、教学过程课前互动小游戏：画笑脸启发学生思考1、情境导入陈晨家阳台上种植了两种植物一虎皮兰和绿萝。

虎皮兰喜热、耐干旱，綠萝则喜阴湿、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:相对于定时浇滥，根据土壤湿度调节浇水量的方式，在方案设计上阀门电磁阁有什么不同?活动准备:材料:控制器、湿度传感器、电磁阀、集水箱、花洒、阀门、支架等。

工具:钢丝铺、活动板手、十字螺丝刀等。

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.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，为植物输送雨水3.调试并观察过程，填写下表:士壤湿度情况电磁阀的状态花洒的状态当湿度传感器检测到花盆内土壤湿度不够时当湿度传感器检测到花盆内土壤湿度达到要求时思考: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，输人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。

闭环控制系统的基本工作原理
a :(1) 传感器收集现场信息，如流量、温度和压力等。

(2) 通过测量收集到的信息，控制器得出控制指令，即改变控制量的大小及持续时间。

(3) 根据控制器的指令，调节器改变控制量，以改变参数控制的实体。

(4) 实体的变化又反馈到传感器，完成了一个闭环。

b 闭环控制系统的基本工作原理是通过一系列的闭环控制步骤，确定控制参数的变化，实现对受控实体的控制。

这个控制过程涉及传感器、控制器、调节器和实体，以及它们之间的连接，各自起着不同的作用。