CN103218936B - 一种开环与闭环控制系统演示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开环与闭环控制系统演示器装置，包括：转向开关；与所述转向开关的第一触点相连的开环控制系统；与所述转向开关的第二触点相连的闭环控制系统；与所述开环控制系统和所述闭环控制系统相连的微型水泵。本发明提供的开环与闭环控制系统演示装置为学生提供了一个增加感性认识和辅助学习的实验平台。

Description

一种开环与闭环控制系统演示器

技术领域

本发明涉及一种教学演示设备领域，尤其涉及一种开环与闭环控制系统演示装置。

背景技术

目前在中学控制系统课程教学过程中，对于开环与闭环控制系统进行讲解时，通常是教师在黑板面上画出图形来讲解该系统的工作原理，不仅教师作图复杂，而且由于学生不能完全理解具体的开环与闭环控制系统原理及工作过程，因此学习起来理解效果较差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可以实际操作、演示的开环与闭环控制系统演示器，以解决现有技术中用图形来抽象讲解开环与闭环控制系统工作原理及过程而导致的不容易理解的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种开环与闭环控制系统演示器，包括：

转向开关；

与所述转向开关的第一触点相连的开环控制系统；

与所述转向开关的第二触点相连的闭环控制系统；

与所述开环控制系统和所述闭环控制系统相连的微型水泵。

优选的，所述的开环控制系统包括：

与所述转向开关第一触点相连的时间继电器；

与所述时间继电器相连的、受所述时间继电器控制的第一开关。

优选的，所述的闭环控制系统包括：

与所述转向开关第二触点相连的继电器；

与所述继电器相连并与所述第一开关相连的、受所述继电器控制的第二开关；

与所述继电器第一端头相连的、用于在闭环控制系统中启动所述微型水泵的预设电压值的控制电源；

与所述预设电压值的控制电源相连的、用于控制所述预设电压值的控制电源的第三开关；

第一端与所述继电器第二端头、第三端头相连的，第二端与所述继电器第四端头相连的下限位开关；

第一端与所述下限位开关、所述继电器第四端头相连的，第二端与所述第三开关相连的上限位开关。

优选的，该演示器还包括：

用于放置微型水泵的供水水箱。

优选的，该演示器还包括：

位于所述供水水箱上方的、用于控制水位的控水水箱。

优选的，该演示器还包括：

位于所述控水水箱中，并且悬挂于所述上限为开关上的、用于控制上限水位的上限位浮球。

优选的，该演示器还包括：

位于所述控水水箱中，并且悬挂于所述下限为开关上的、用于控制下限水位的下限位浮球。

优选的，该演示器还包括：

安装于所述控水水箱下部的、用于向所述供水水箱注水的简易水龙头。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

该演示器通过转向开关接通开环控制系统或闭环控制系统以控制与所述开环控制系统和所述闭环控制系统相连的微型水泵向控水水箱抽水以控制控水水箱的水位，从而演示了不同控制方式的开环控制系统和闭环控制系统各自的工作原理。因此，与对开环与闭环控制系统原理图进行抽象的讲解相比，用该演示器对开环与闭环控制系统工作原理进行演示，理解起来更容易、效果更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为开环与闭环控制系统演示器的电路图;

图2为开环与闭环控制系统演示器的结构图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

本发明实施例提供了一种开环与闭环控制系统演示器，如图1所示，包括：转向开关100；与所述转向开关100的第一触点相连的开环控制系统；与所述转向开关的第二触点相连的闭环控制系统；与所述开环控制系统和所述闭环控制系统相连的微型水泵400。其中，所述开环控制系统包括与所述转向开关100第一触点相连的时间继电器201和与所述时间继电器201相连的、受所述时间继电器201控制的第一开关202，所述的闭环控制系统包括：与所述转向开关100第二触点相连的继电器302；与所述继电器302相连并与所述第一开关202相连的、受所述继电器302控制的第二开关301；与所述继电器302第一端头相连的、用于在闭环控制系统中启动所述微型水泵400的预设电压值的控制电源306；与所述预设电压值的控制电源306相连的、用于控制所述预设电压值的控制电源306的第三开关305；第一端与所述继电器302第二端头、第三端头相连的，第二端与所述继电器302第四端头相连的下限位开关303；第一端与所述下限位开关303、所述继电器302第四端头相连的，第二端与所述第三开关305相连的上限位开关304。该演示器还包括用于放置微型水泵400的供水水箱（图1中未标出）；位于所述供水水箱（图1中未标出）上方的、用于控制水位的控水水箱（图1中未标出）；位于所述控水水箱（图1中未标出）中，并且悬挂于所述上限位开关304上的、用于控制上限水位的上限位浮球（图中未标出）；位于所述控水水箱（图1中未标出）中，并且悬挂于所述下限位开关303上的、用于控制下限水位的下限位浮球（图中未标出）；安装于所述控水水箱（图1中未标出）下部的、用于向所述供水水箱（图1中未标出）注水的简易水龙头（图1中未标出）。

下面根据图1具体介绍该演示器的具体工作过程。

开环控制系统的工作过程：

将该演示器的线路连接完毕之后接通220V电源，按动转向开环100接通开环控制系统演示部分的电路，通过时间继电器201设定抽水时间，闭合第一开关202，供水水箱（图1中未标出）中的微型水泵400开始向控水水箱（图1中未标出）抽水，直到到达预先设定的计时时间，时间继电器201触点断开，微型水泵400便停止抽水。

在开环控制系统中，抽水时间可以预先设定，为输入量，控水水箱（图1中未标出）的水位可以用水面高度计算，为输出量。由开环控制系统的演示过程可以看出，在开环控制系统中，控水水箱（图1中未标出）的水位只受预先设定的抽水时间控制，如果设定的时间长，那么控水水箱（图1中未标出）的水位就相对高，设定的时间短，那么控水水箱（图1中未标出）的水位的相对低，因此，开环控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。

闭环控制系统的工作过程：

本实施例中的闭环控制系统，上限位浮球（图中未标出）和下限位浮球（图中未标出）根据上限位开关304和下限位开关303进行设计。下面具体介绍对上限位浮球（图中未标出）和下限位浮球（图中未标出）的设计标准以及通过上限位浮球（图中未标出）和下限位浮球（图中未标出）控制控水水箱（图1中未标出）水位的过程。对于上限位浮球（图中未标出）和下限位浮球（图中未标出）的设计可以参照下例：

假设如果下限位开关303受到50克力作用时就会闭合，当水淹没整个下限位浮球（图中未标出）的时候，该下限位浮球（图中未标出）所受的浮力为10克力，那么下限位浮球（图中未标出）的质量设计就要超过50克，可以选择下限位浮球（图中未标出）的质量为55克。同理，如果上限位开关304受到50克力作用时就会闭合，当水淹没整个上限位浮球（图中未标出）的时候，该上限位浮球（图中未标出）所受的浮力10克力，那么上限位浮球（图中未标出）的质量设计就要超过50克，也可以选择上限位浮球（图中未标出）的质量为55克。

将该演示器的线路连接完毕之后接通220V电源，按动转向开关100接通闭环控制系统演示部分的电路，闭合第二开关301和第三开关305，当控水水箱（图1中未标出）的水位没有到达上限位浮球（图中未标出）和下限位浮球（图中未标出）的位置时，上限位浮球（图中未标出）和下限位浮球（图中未标出）在重力的作用下，分别把上限位开关304和下限位开关303的接点向下压，使得上限位开关304和下限位开关303都处于闭合状态，当闭合第二开关301和第三开关305后，微型水泵400就会进行抽水，并且继电器302的第三端头和第四端头也同时短接，当控水水箱（图1中未标出）的水超过下浮球的某一位置时，下限位浮球（图中未标出）在浮力的作用下，就断开下限位开关303，但控制电流还是经上限位开关304后到达继电器302的第4端头再经第3端头到过继电器302的线圈，所以还会继续抽水，直到控水水箱（图1中未标出）里的水超过上限位浮球（图中未标出）的某一位置时，上限位浮球（图中未标出）在浮力的作用下，断开上限位开关304，此时，继电器302的控制电源306被断开，微型水泵400停止向控水水箱（图1中未标出）抽水。

同理，随着控水水箱（图1中未标出）中的水通过水龙头（图1中未标出）流向下方的供水水箱（图1中未标出），控水水箱（图1中未标出）中的水位下降，当下降到上限位浮球（图中未标出）所收的浮力小到使上限位开关304闭合，而下限位开关303依然断开的时候，微型水泵400继续保持不抽水状态，直到控水水箱（图1中未标出）里的水下降到下限位浮球（图中未标出）的某一位置的时候，下限位浮球（图中未标出）的浮力减小，下限位浮球（图中未标出）在重力的作用下使下限位开关303闭合，此时，继电器302重新接通控制电源306，微型水泵400又开始向控水水箱（图1中未标出）抽水。

在闭环控制系统中，可以通过控制上限位浮球（图中未标出）和下限位浮球（图中未标出）的位置控制控水水箱（图1中未标出）的水位，该系统中，除了有设定水位与实际水位的信息传递，还有从输出端返回到输入端的的信息传递，即闭环控制系统的输出量会返回到输入端并对控制过程产生影响。

基于上述实施例公开的开环与闭环控制系统演示器，该开环与闭环控制系统演示器的电路部分与水箱的具体位置关系，如图2所示，该开环与闭环控制系统演示器包括：试验箱500，控水水箱601，供水水箱602，简易水龙头603，上限位开关604（同图1的上限位开关304），下限位开关605（同图1的下限位开关303），以及悬挂于上限位开关604上的上限位浮球（图2未标出）和悬挂于下限位开关605上的下限位浮球（图2未标出）。其中，该开环与闭环控制系统演示器的电路部分集成在试验箱500中（除上限位开关604和下限位开关605），具体电路连接关系如图1所示。

该演示器演示了不同控制方式的开环控制系统和闭环控制系统各自的工作原理，用该演示器对开环与闭环控制系统工作原理进行演示，理解起来更容易、效果更好。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种开环与闭环控制系统演示器装置，其特征在于，包括：

转向开关；

与所述转向开关的第一触点相连的开环控制系统；

与所述转向开关的第二触点相连的闭环控制系统；

与所述开环控制系统和所述闭环控制系统相连的微型水泵；

其中，所述的开环控制系统包括：

与所述转向开关第一触点相连的时间继电器；

与所述时间继电器相连的、受所述时间继电器控制的第一开关；

其中，所述的闭环控制系统包括：

与所述转向开关第二触点相连的继电器；

与所述继电器相连并与第一开关相连的、受所述继电器控制的第二开关；

与所述继电器第一端头相连的、用于在闭环控制系统中启动所述微型水泵的预设电压值的控制电源；

与所述预设电压值的控制电源相连的、用于控制所述预设电压值的控制电源的第三开关；

第一端与所述继电器第二端头、第三端头相连的，第二端与所述继电器第四端头相连的下限位开关；

第一端与所述下限位开关、所述继电器第四端头相连的，第二端与所述第三开关相连的上限位开关。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

用于放置微型水泵的供水水箱。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：

位于所述供水水箱上方的、用于控制水位的控水水箱。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：

位于所述控水水箱中，并且悬挂于所述上限位开关上的、用于控制上限水位的上限位浮球。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：

位于所述控水水箱中，并且悬挂于所述下限位开关上的、用于控制下限水位的下限位浮球。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：

安装于所述控水水箱下部的、用于向所述供水水箱注水的简易水龙头。