[实用新型]闭环控制与开环控制对比教学实验仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及物理教学仪器的技术领域，尤其涉及一种闭环控制与开环控制对比教学实验仪，它特别适合在课堂上作实验教学演示用。

背景技术

所谓控制系统是指控制器对被控对象（机器、设备或生产过程）施加作用并完成一定控制任务的元器部件的组合,它有开环控制、闭环控制和复合控制三种方式，而开环控制、闭环控制则是最为基本的控制方式。在中学通用技术课程的“控制与设计”教纲中：对“开环控制”的定义表述为控制器与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的一种控制过程，它的特点是输出量不对系统的控制作用发生影响。而“闭环控制”则是指控制器会将输出量直接或间接反馈到输入端形成闭环并参与系统控制作用的一种控制方式。它的特点是输出量会对系统的控制作用发生影响，当系统的实际输出量偏离期望值时，它会利用反馈产生的偏差所取得的控制作用来自行消除偏差使系统的输出量恢复至期望值。我们在长期从事“控制与设计”物理教学实践中认为：由于“控制”的基本概念较为抽象，教师很难讲解、同学们也很理解“控制”的基本概念、工作原理和工作方式，在“课标”中建议采用“实验法、讲授法”相结合的方式进行教学，希望通过实验演示控制系统的工作过程，再引导学生分析其工作原理，使同学们能正确理解开环、闭环两种控制方式的区别和特点。客观地说，这种实验教学方式对提升学生“观察现象、分析问题和解决问题”的能力、培养学习控制系统相关知识的兴趣是有一定作用，它对学习掌握“控制与设计”知识要点具有事半功倍的教学效果。根据了解：在现行“控制与设计”教学中一般都是采用课本上的图片进行讲解教学，即使在有条件的学校开设“控制与设计”课堂实验时所用仪器的功能也是极为单一的，它只能单个演示一种控制过程，在实际教学中存在“实验操作麻烦效率低、实验演示的直观对比性差”的使用缺陷，这正是现行“控制与设计”实验仪器还需要进一步改进和完善的地方。

实用新型内容

本实用新型的目的是在现有技术的基础上提出一种全新结构的闭环控制与开环控制对比教学实验仪，它能同时对比演示两种控制过程，经试用表明：具有结构简捷操作方便、实验效率高、演示直观可比性强、教学效果好的突出优点。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来实现的：

本实用新型提出的一种闭环控制与开环控制对比教学实验仪，它包括实验基台、安装于实验基台的电源箱、左微型电机、左微型泵、右微型电机、右微型泵和水槽，其特征在于：在实验基台的演示立板上固定安装左水箱、右水箱，左微型泵的左上水管伸入左水箱内，在左水箱内对应上控水位线、下控水位线的位置处分别配装常闭触头传感浮球、常开触头传感浮球，右微型泵的右上水管伸入右水箱内，在右水箱上部配装溢流管，溢流管的底端伸入水槽内。它的结构特点是：在演示立板上并排安装刻划有上控水位线、下控水位线的左水箱、右水箱，由左、右微型泵分别向左、右水箱内同时供水对比演示开环、闭环两种控制方式。它是采用常闭触头传感浮球、常开触头传感浮球来感应检测左水箱内的水位高低，并反馈至左微型电机的控制电路中，进而控制左微型泵开启或停止作业，即可直观演示“由常闭触头传感浮球、常开触头传感浮球将左水箱内的水位物理量（即输出量）反馈至左微型电机的控制电路进而控制左微型泵启停作业（即输入端）”的闭环控制方式。而右水箱则是采用右微型电机带动的右微型泵直接供水，它不能将右水箱内的水位物理量（即输出量）直接反馈至右微型电机的控制电路（即输入端），右微型泵开启或停止供水只与右微型电机是否通电相关联，它能演示“右水箱内的水位（即输出量）只与右微型电机通电时间相关联”的开环控制方式。在上述两个控制系统对比实验的演示过程中，由老师引导学生观察闭环、开环两种控制现象并对比分析讲授其工作原理，即能帮助学生快速理解开环、闭环两种控制方式的区别和特点，从而建构“开环”与“闭环”、“开环控制”与“闭环控制”的知识概念，对提高“控制与设计”物理教学水平有明显的技术效果。

更进一步地说，本实用新型还具有如下的技术特征：

在电源箱内配装有蓄电池和由开关电源电路、电源切换控制电路组成的电源转换控制装置。配装电源转换控制装置的目的是由开关电源电路将220V/50Hz的市电转换成为12V直流电后再向左、右微型电机进行低压安全供电，这对确保实验教学的安全用电性能具有一定作用。它还可通过电源切换控制电路对蓄电池进行充电备用，当电网停电时，可由电源切换控制电路自动切换成蓄电池供电模式进行实验教学，有效维持教学秩序正常进行。