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第8課
體驗(yàn)控制系統(tǒng)
主要內(nèi)容：
1.人工控制與自動(dòng)控制。
2.輸入和輸出在不同控制方式下的不同形式。
3.恒溫槽實(shí)驗(yàn)。
日常生活中的很多情景都使用了恒溫控制，比如空調(diào)、冰箱、熱水器等，它們都可以抽象成簡(jiǎn)單的恒溫控制系統(tǒng)。你能通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)?zāi)M這些系統(tǒng)的恒溫控制過(guò)程嗎？
在控制系統(tǒng)的輸入、計(jì)算、輸出環(huán)節(jié)，有些需要人工干預(yù)才能完成控制，有些可以自動(dòng)控制。
一
人工控制與自動(dòng)控制
生活中的有些控制系統(tǒng)需要認(rèn)為干預(yù)才能實(shí)現(xiàn)控制。例如：在聽(tīng)音樂(lè)時(shí)，如果音量不合適，就需要認(rèn)為操作來(lái)調(diào)節(jié)音量；傳統(tǒng)水壺?zé)畷r(shí)，需要認(rèn)為觀察到水燒開(kāi)后關(guān)閉爐灶。這一類(lèi)控制都需要人根據(jù)觀察或者感受來(lái)進(jìn)行判斷并干預(yù)。
一
人工控制與自動(dòng)控制
還有一些控制系統(tǒng)會(huì)測(cè)量輸出值，輸出值的變化影響輸入端（將輸出結(jié)果作為輸入信號(hào)），再與預(yù)設(shè)的目標(biāo)值（預(yù)期效果）進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。例如：有熱保溫控制系統(tǒng)的水壺會(huì)根據(jù)加水量、水溫等信息自動(dòng)控制燒水的時(shí)間；空調(diào)系統(tǒng)通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)室內(nèi)溫度，將室內(nèi)溫度與預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)出風(fēng)口的風(fēng)速和壓縮機(jī)的功率。
二
恒溫槽實(shí)驗(yàn)
可以通過(guò)簡(jiǎn)易恒溫槽實(shí)驗(yàn)，模擬恒溫控制過(guò)程，觀察輸入、計(jì)算、輸出三個(gè)環(huán)節(jié)，分析這個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程。
二
恒溫槽實(shí)驗(yàn)
簡(jiǎn)易恒溫槽控制系統(tǒng)的主要組成和功能
簡(jiǎn)易恒溫槽示意圖
設(shè)定：預(yù)設(shè)恒溫溫度。
檢測(cè)：溫度傳感器檢測(cè)槽內(nèi)溫度，并顯示在控制板顯示模塊上。
調(diào)節(jié)：將檢測(cè)到的槽內(nèi)溫度與預(yù)設(shè)的恒溫溫度進(jìn)行比較，當(dāng)槽內(nèi)溫度低于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，啟動(dòng)加熱電阻進(jìn)行加熱，當(dāng)槽內(nèi)溫度等于預(yù)設(shè)溫度時(shí)，關(guān)閉加熱電阻。
二
恒溫槽實(shí)驗(yàn)
啟動(dòng)恒溫槽控制系統(tǒng)，預(yù)設(shè)一個(gè)恒溫溫度數(shù)值，如37℃，然后觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，分析該系統(tǒng)的輸入、計(jì)算、輸出，完成恒溫槽實(shí)驗(yàn)記錄表。
恒溫槽控制系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)
時(shí)間/分 顯示溫度/℃ 輸入 計(jì)算 輸出
1 32 溫度傳感器檢測(cè)數(shù)值（32） 檢測(cè)值小于預(yù)設(shè)值（32<37） 請(qǐng)加熱電阻
2
恒溫槽實(shí)驗(yàn)記錄表
二
恒溫槽實(shí)驗(yàn)
通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)控制系統(tǒng)屬于自動(dòng)控制系統(tǒng)。恒溫槽加熱電阻是否啟動(dòng)，跟溫度傳感器的檢測(cè)溫度和預(yù)設(shè)恒溫溫度有關(guān)。
一般來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)控制程序時(shí)，需要設(shè)置一個(gè)溫度區(qū)間來(lái)控制是否執(zhí)行加熱。例如，把溫度控制在36-38℃的區(qū)間內(nèi)，當(dāng)溫度低于下限36℃時(shí)啟動(dòng)加熱，當(dāng)溫度達(dá)到上限38℃時(shí)停止加熱。
二
恒溫槽實(shí)驗(yàn)
試一試
修改恒溫槽設(shè)定的恒溫溫度數(shù)值，觀察恒溫槽的運(yùn)行狀態(tài)。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析恒溫槽實(shí)驗(yàn)控制時(shí)為什么要設(shè)置溫度區(qū)間。
設(shè)置一個(gè)溫度區(qū)間來(lái)控制是否執(zhí)行加熱，可以減少加熱電阻頻繁啟停的情況，有利于精準(zhǔn)控制恒溫槽的溫度。
謝謝聆聽(tīng)，
下節(jié)課再見(jiàn)！

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