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第四章　控制與設計
[考試標準]
考試內容
考試要求
考試屬性
已考點
控制的手段與應用
①控制的含義
②控制的手段和方法
③控制的應用
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必考
未考
控制系統的工作過程與方式
①簡單開環控制系統的基本組成和工作過程
②閉環控制系統的基本組成
③簡單的閉環控制系統的方框圖
④控制器和執行器的作用
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必考＋加試
2015年10月選考(第10、14題)
2016年4月選考(第10、14題)
2016年10月選考(第10、14題)
2017年4月選考(第9、10題)
2017年11月選考(第10題)
2018年4月選考(第10題)
閉環控制系統的干擾與反饋
①反饋的含義
②簡單控制系統運行的主要干擾因素
③閉環控制系統中反饋環節的作用
④閉環控制系統的工作過程
⑤功能模擬方法和黑箱方法
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必考＋加試
未考
控制系統的設計與實施
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必考＋加試
未考
控制系統方案的設計
一、控制的手段與應用
1.控制的含義
(1)含義：人們按照自己的意愿或目的，通過一定的手段，使事物向期望的目標發展，這就是控制。
(2)構成控制的三要素：控制的對象、控制要達到的目的和控制手段。理解任何控制現象，都要明確控制的對象是什么，控制要達到什么目的和采取什么控制手段。
2.控制的手段和方法
(1)按控制過程中人工干預的情形分：
①人工控制：控制的過程是在人的直接干預和全程干預下進行。
②自動控制：在無人直接參與的情況下，使事物的變化準確地按照期望的方向進行。
(2)按執行機構的不同分：機械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等。
①機械控制：利用控制論的理論與方法解決機械工程實際問題。
②氣動控制：靠空氣壓縮原理進行工作；如汽車輪胎充氣，屬于氣動控制過程：有氣泵，氣罐，有閥門開關決定通氣與否，有壓力表查看壓力，流量表看流量(不是非有不可)等最簡單的設施。
③液壓控制：使用液壓泵將機械能轉化為壓力，推動液壓油，通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動液壓缸做出動作，完成各種設備不同的動作需要。
④電子控制：以電子電路為信息采集、處理核心，并根據設計輸出指令的控制技術。
3.控制的應用
(1)生活：控制應用到生活中，提高了人們的生活質量，人類能夠在一定程序下按照自己的意愿改變周圍的環境，使之滿足人們的需要。例如：空調、ATM自動取款機、紅外線感應式水龍頭。
(2)生產：生產中往往需要對溫度、濕度、壓力、速度及加工動作等進行控制，控制在生產中得到了廣泛的應用。如汽車自動裝配生產線、自動噴漆、數控機床。
(3)軍事國防：精密的制導武器、神州飛船的發射等，有著廣泛的應用。如精密制導導彈、火箭、宇宙飛船。
二、控制系統的工作過程與方式
1.控制系統
(1)概念：任何一種控制的實現，都要通過若干個環節，這些環節就構成了一個系統，稱為控制系統。
(2)主要環節：輸入量、被控對象、輸出量(三要素)。
(3)控制系統的輸出與輸入之間有一定的對應關系。
例如：電風扇的風速控制
→→
(輸入)　　　　　　　　　　　　　(輸出)
2.簡單開環控制系統的組成及工作過程
(1)定義：控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響的控制系統。
(2)特征：系統的輸出量僅受輸入量控制，輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞。
(3)方框圖：
輸入量→→→輸出量
輸入量：控制系統的給定量。
控制器：對輸入信號進行處理并發出控制命令的裝置或元件。
執行器：直接對被控對象進行控制的裝置或元件。
控制量：執行器的輸出信號。
被控對象：控制系統中所要控制的裝置或生產過程。
輸出量：控制系統所要控制的量。
(4)典型案例：紅綠燈定時控制系統、防盜報警控制系統、火災自動報警系統、公園的音樂噴泉自動控制系統、普通電風扇風速控制系統、可調光臺燈控制系統等。
例如：紅外線自動門控制系統
(輸入)紅外裝置是否檢測到人體熱輻射發出的信號→控制電路→電機→自動門→門的開啟或關閉(輸出)
3.閉環控制系統的組成及方框圖
(1)定義：系統的輸出量返回到輸入端并對控制過程產生影響的控制系統。
(2)基本組成：與開環控制系統相比，閉環控制系統多了檢測裝置、比較器。
(3)閉環控制系統的方框圖：
控制器：對輸入信號(偏差值)進行運算處理，并發出控制命令。
執行器：根據指令對被控對象直接控制。
(4)典型案例：供水水箱的水位自動控制系統、加熱爐的溫度自動控制系統、花房溫度控制系統、家用電飯鍋保溫控制系統、家用電冰箱溫度控制系統等。
三、閉環控制系統的干擾與反饋
1.干擾因素
在控制系統中，除輸入量(給定值)以外，引起被控制量變化的各種因素稱為干擾因素。
2.反饋
(1)涵義：控制系統中，將輸出量通過適當的檢測裝置，返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋。
(2)作用：減少輸出量的偏差，穩定輸出量。
(3)反饋方法：利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統的輸出來調整系統的行為，使系統沿著預期的目標運行的方法。
(4)閉環控制系統的核心是通過反饋來減少被控制量(輸出量)的偏差。閉環控制系統的工作過程：
①由于干擾因素的存在，系統的被控量偏離給定值時；
②閉環控制系統中的反饋環節能及時檢測出被控量的值，并迅速反饋到輸入端，與給定值進行比較；
③控制器根據比較得到的偏差信號進行調節，從而使系統的被控量接近給定值，達到精確控制的目的。
例：供水水箱的水位自動控制系統、加熱爐的溫度自動控制系統
(5)開環、閉環對被控量的控制比較
開環控制系統一般結構簡單，適用于控制精度要求不高而系統本身的元件又比較穩定的場合。
閉環控制系統設計比較麻煩，結構相對復雜，構成控制系統的成本較高。閉環控制系統是自動控制中廣泛采用的一種方式，用于要求高精度和高可靠性的場合。
3.功能模擬法與黑箱方法
(1)功能模擬法：以功能和行為的相似性為基礎，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法。功能模擬法為仿生學、人工智能、價值工程提供了科學方法。
(2)黑箱方法：通過對系統輸入與輸出關系的研究，進而推斷出系統內部結構及其功能的方法。例：通過輸入圖像、電或聲音信號，觀測、分析腦電波的輸出反應，研究人腦對視覺或聽覺信息的傳遞、變換和處理功能，得知人腦內部結構的細節，就是黑箱方法的運用。
黑箱方法提供了一種不必打開黑箱就可以研究其內部結構和功能的方法。
一個系統內部結構不清楚時，利用外部觀察和試驗方法，獲得系統(即黑箱)的輸入——輸出特性；再根據這種信息，在不打開“黑箱”的情況下，研究其功能和屬性，探索其構造和機理的一種科學方法。
四、控制方案的設計與實施
1.控制系統設計的一般思路
(1)系統要達到的目標
(2)控制的對象
(3)被控對象的特性
(4)被控量和控制量
(5)外界的主要干擾因素
(6)制定既達到目的、又經濟、易于實現的方案
(7)設備和元件
在以上問題都確定后：
(1)要根據實際設計對控制精度的要求以及條件的可行性來確定是用開環控制系統還是閉環控制系統來實現所要最終達到的目的。
(2)畫出控制方框流程圖。
(3)畫出必要的設計圖紙(控制電路設計或系統結構設計)和實施圖紙，撰寫設計說明書等。
2.開環控制系統的設計
開環控制系統的設計相對比較簡單，在明確設計要求，明確被控對象、被控量和控制量后，即可考慮具體控制系統的方案。
3.閉環控制系統的設計
(1)一個閉環控制系統要正常工作，首先必須是穩定的。
(2)控制系統的控制精度必須符合要求，即系統的輸出量與給定值之差應控制在允許的范圍之內。
(3)閉環控制系統應有較好的抗干擾性能。
(4)在進行閉環控制系統的設計時，幾項控制要求之間往往會產生矛盾，需要結合具體問題全面解決或有所側重地解決。
【例1】　(2017·11月浙江選考)如圖所示是三相異步電動轉速控制系統示意圖。系統通過改變交流電的頻率來改變電動機的轉速。通過觸摸屏設定電動機的轉速，變頻調速器將50 Hz的交流電轉變成與設定轉速相對應頻率的交流電，驅動電動機轉動；裝在電動機輸出軸上的測速發電機隨電動機一起轉動并發電；PLC根據測速發電機的電流大小，判斷電動機實際轉速與設定轉速之間的差值，向變頻調速器發出指令，改變驅動電流的頻率。下列關于該控制系統的分析中正確的是(　　)
A.執行器是電動機
B.控制器是變頻調速器
C.輸出量是測速發電機的電流信號
D.控制量是變頻調速器輸出的電流頻率
解析　執行器是變頻調速器，控制器是PLC，輸出量是電機的是實際轉速。
答案　D
[變式1]　如圖所示為高速公路汽車速度監測系統，測速雷達測量車速，經控制器判斷后，控制攝像頭將超速車輛的圖像信息記錄下來，作為違章處罰的證據。該速度監測系統中的被控制對象是(　　)
A.汽車 B.測速雷達
C.速度顯示器 D.攝像頭
解析　首先確定輸入、輸出，輸入量為汽車速度，輸出量為記錄超速車輛的圖像信息，其次確定被控對象，哪個裝置記錄超速車輛的圖像信息，題干中容易看出，攝像頭。所以答案是D。如果再深入研究可以發現，該題的執行器也是攝像頭。
答案　D
【例2】　(2018·11月浙江選考)如圖所示是某水溫控制系統示意圖。蒸氣對容器中的水加熱后變成冷凝水排出。熱電偶對出水的溫度進行檢測，并將測得的信號送到PID控制器與設定的溫度比較，PID控制器根據偏差值控制電磁閥調節蒸氣的流量。下列因素的變化對蒸氣流量的調節沒有影響的是(　　)
A.冷凝水的溫度 B.進水的溫度
C.熱電偶的性能 D.PID控制器的設定參數
答案　A
[變式2]　巡航導彈原理是：導彈上裝有衛星定位系統和小型噴射器，設定彈道后，衛星會時刻檢測導彈的位置，看其是否在預設軌道上行駛。當導彈偏離預設軌道時，衛星將通過無線通信技術告訴導彈往哪個方向調整，導彈收到信號后，再通過自身的小型噴射器來修正導彈的飛行，直至命中目標。小型噴射器屬于該控制系統的(　　)
A.被控對象 B.輸入元件
C.執行器 D.控制器
答案　C
【例3】　(2016·3月浙江統考)某學校鈴聲控制系統的工作過程是：電腦根據設定的時間順序，發出電信號給功率放大器，使音箱發出鈴聲。請根據上述說明，完成(1)～(2)題。
(1)關于該控制系統的說法中，不正確的是(　　)
A.控制器是電腦
B.執行器是功率放大器
C.被控對象是音箱
D.輸出量是功率放大器發出的電信號
答案　D
(2)各種干擾因素會造成系統工作不正常，下列不屬于干擾因素的是(　　)
A.電腦中侵入病毒程序
B.響鈴時間順序設定錯誤
C.工作電壓超出系統正常工作范圍
D.系統附近使用無線電設備
答案　B
[變式3]　如圖所示是一款普通抽水馬桶的水箱水位控制裝置。扳動放水手柄，水箱沖水，與此同時，浮球下降，打開進水塞，水箱開始進水。當水位開始上升，浮球上浮到原設定位置時，水箱停止進水。下列有關該水箱水位控制系統的說法中正確的是(　　)
A.進水量是該系統的輸入量
B.出水量是該系統的主要干擾
C.該系統的控制手段是液壓控制
D.往水箱中放入少量磚塊，水箱水位的設定值將受影響
答案　B
【例4】　如圖所示為某倉儲運貨工作示意圖，運貨車的工作過程是：當傳感器檢測到車上的載貨量達到設定值時，控制電路控制電機轉動，車駛向卸貨平臺；當車上的限位開關接觸到卸貨平臺，電機停止轉動，車停下等待卸貨；當傳感器檢測到貨物被卸，電機反向轉動，車返回裝貨平臺。請回答下列各題，填寫“________”處的相應內容。
(1)該運貨車的控制方式屬于________。(在①閉環控制；②開環控制中選擇一項，填寫序號)
(2)該運貨車的控制手段屬于________。(在①手動控制；②自動控制中選擇一項，填寫序號)
(3)該控制系統中，若車上與卸貨平臺相接觸的限位開關損壞，可能造成________。(在①車到了卸貨平臺后，電機繼續轉動；②車到了卸貨平臺后，不等卸貨馬上返回裝貨平臺；③傳感器無法檢測載貨量中選擇一項，填寫序號)
(4)為了防止裝貨時載貨量達到設定值的瞬間，車就開走，產生危險。針對此情況，以下對該系統進行優化的措施中合適的是________。(在①提高傳感器的靈敏度；②增加延時裝置，裝貨后延時幾秒鐘再開動；③降低電機轉速中選擇一項，填寫序號)
答案　(1)②　(2)②　(3)①　(4)②
[變式4]　LEGO魔方機器人近幾年深受廣大青少年兒童的喜愛，它的工作原理是先用傳感器采集魔方6個面上每塊(1面有9塊)的顏色，然后由主控制器根據特定算法計算結果，控制機械手翻轉魔方，從而達到自動解魔方的效果。如果魔方的顏色不標準或者周圍的光線太暗，都會對魔方機器人解魔方形成干擾。根據示意圖和描述，完成以下任務：
(1)該系統的控制手段和控制方式分別屬于________和________(在①人工控制；②自動控制；③開環控制；④閉環控制中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(2)該控制系統的被控對象是________(在①LEGO主控制器；②機械手；③魔方中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(3)該系統中的傳感器應選用________(在①聲音傳感器；②顏色傳感器；③溫度傳感器中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(4)為了提高LEGO魔方機器人識別魔方6個面顏色的效果，設計人員針對不同的光線環境做了大量的實驗，得出一系列數據，對魔方的感光敏感度進行了調整，該工作人員采用了________的系統分析的方法(在①整體性原則；②科學性原則；③綜合性原則中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”)。
答案　(1)②　③　(2)③　(3)②　(4)②
【例5】　(2016·4月浙江選考)根據消防要求，倉庫、圖書館等場所都要安裝火災自動報警系統。當煙霧探測器檢測到的煙霧濃度超過設定值時，電子開關被接通，報警器發出聲光信號進行報警。關于該報警控制系統，以下說法中正確的是(　　)
A.輸出量是有無聲光信號
B.被控對象是倉庫、圖書館等場所
C.控制器是電子開關
D.反饋裝置是煙霧探測器
解析　該控制系統中，輸入量是煙霧濃度信號，輸出量是有無聲光信號，控制器是煙霧探測器，執行器是電子開關，被控對象是報警器。
答案　A
[變式5]　(2017·3月紹興一模)如圖所示是一加熱爐的恒溫自動控制示意圖。以下關于該控制系統的說法正確的是(　　)
A.該控制系統的設計模擬了人的功能和行為，這種研究方法是黑箱方法
B.電熱絲在控制系統中的作用是檢測溫度并反饋
C.調低設定溫度或爐體隔熱性能不好會導致爐內溫度降低，都是該控制系統的干擾因素
D.在加熱爐工作時，如果爐內溫度大大超過了設定值，可能的原因是控制器損壞
答案　D
【例6】　(2018·4月浙江選考)下列關于控制系統的說法中，正確的是(　　)
A.有檢測傳感器的控制系統就是閉環控制系統
B.直接對被控對象進行控制的裝置或元件稱為執行器
C.控制器發出的控制信號稱為控制量
D.能引起被控量發生變化的因素都是干擾因素
解析　開環的輸入端也有傳感器，A錯誤；執行器發出的控制信號稱為控制量，C錯誤；除了給定量以外，能引起被控量發生變化的因素都是干擾因素，D錯誤。
答案　B
[變式6]　關于閉環控制系統的下列說法中，正確的是(　　)
A.檢測裝置是計算被控量和給定量之間的差值的裝置
B.控制器控制被控對象
C.反饋可以克服干擾
D.被控量就是控制量
答案　C
【易混易錯】
1.閉環控制系統常考案例流程圖
(1)抽水馬桶的工作過程
(2)加熱爐的溫度自動控制系統
(3)恒溫控制系統
(4)空調控制系統
(5)高壓鍋的恒溫控制系統
(6)糧庫的濕度和溫度自動控制
2.正反饋和負反饋
反饋可分為負反饋和正反饋。前者使輸出起到與輸入相反的作用，使系統輸出與系統目標的誤差減小，系統趨于穩定；后者使輸出起到與輸入相似的作用，使系統偏差不斷增大，使系統振蕩，可以放大控制作用。對負反饋的研究是控制論的核心問題。
起增強輸入信號作用——正反饋。
起減弱輸入信號作用——負反饋。正反饋不能進行控制，會使系統的偏差越來越大。只有負反饋控制系統才能完成自動控制的任務。
負反饋控制系統最大的特點：檢測偏差，糾正偏差。
紅外光幕電梯門保護系統是一種非接觸式保護，通過安裝在轎廂門兩側的紅外發射器和接收器循環探測紅外光束，當乘客或物體進出轎門平面時，阻擋其中任何一束紅外線，控制系統就會發出信號，驅動電動機轉動，使得正在關閉的電梯門打開，從而起到保護作用。請完成1～2題。
1.該電梯門保護控制系統的控制手段和控制方式屬于(　　)
A.人工控制、開環控制 B.自動控制、開環控制
C.自動控制、閉環控制 D.人工控制、閉環控制
解析　該控制系統人沒有全程參與，整個控制過程由系統自動完成，且輸出量對本系統的輸入量無任何影響。信號是單向傳遞。
答案　B
2.下列有關該電梯門保護控制系統的說法中，錯誤的是(　　)
A.該控制系統存在檢測裝置
B.輸出量是電梯門打開
C.被控對象是紅外光束
D.執行器是電動機
解析　被控對象是電梯門。
答案　C
3.如圖所示是一款智能垃圾桶。投垃圾時，手或垃圾靠近感應區上方，桶蓋會自動打開，投入后桶蓋會自動關閉，該控制系統的控制手段和控制方式屬于(　　)
A.手動控制、開環控制 B.自動控制、開環控制
C.自動控制、閉環控制 D.手動控制、閉環控制
解析　該控制系統人沒有全程參與，整個控制過程由系統自動完成，且輸出量對本系統的輸入量無任何影響。信號是單向傳遞。
答案　B
4.如圖所示為紙漿濃度控制系統工作原理示意圖，其工作原理是：控制器將傳感器檢測到的配漿濃度與設定值相比較，根據偏差值控制電動調節閥調節清水流量，從而使配漿濃度達到設定值。請回答(1)～(3)題。
(1)該控制系統的傳感器應該選用(　　)
A.濃度傳感器 B.流量傳感器
C.壓力傳感器 D.溫度傳感器
解析　題干中信息比較明確，檢測濃度，故選A。
答案　A
(2)在該控制系統工作原理示意圖中，不直接參與濃度自動控制的部件是(　　)
A.電動調節閥 B.控制器
C.傳感器 D.手動取樣閥
解析　寫出該控制系統的流程圖，可以發現手動取樣閥與系統控制無關，故選D。
答案　D
(3)該控制系統的輸入量及輸出量分別是(　　)
A.清水流量；配漿流量
B.原漿濃度；配漿濃度
C.紙漿濃度的設定值；實際配漿濃度
D.取樣檢測濃度；配漿濃度設定值
解析　根據題意分析可知，該控制系統是閉環控制系統，輸入量是設定濃度值，輸出量為實際配漿濃度，故選C。
答案　C
5.某校學生設置了雨天自動關窗裝置，其工作原理是：下雨時，濕度傳感器把檢測到的雨水信號傳給放大及處理電路，啟動電動機關閉窗戶。關于這個控制系統，下列說法中正確的是(　　)
A.雨水信號是輸出量 B.控制器是電動機
C.執行器是濕度傳感器 D.被控對象是窗戶
解析　該系統是開環控制系統，輸入量是雨水信號，控制器是放大及處理電路，執行器是電機，被控對象是窗戶，輸出量是窗戶關或開。因此，D項正確。
答案　D
6.如圖所示是自動門示意圖。當人靠近自動門時，探頭探測到人體信號，控制電路接收到該信號后，發出相應的指令，啟動電動機把門打開。關于該控制系統，下列說法中錯誤的是(　　)
A.輸入量是人體信號 B.輸出量是門的打開
C.被控對象是人體 D.執行器是電動機
解析　這是一個開環控制系統，輸出量是門的打開或關閉，所以被控對象是門。
答案　C
7.下列方法中，不屬于黑箱方法的是(　　)
A.用儀器測試集成電路輸出信號判斷集成電路的功能
B.通過腦電波檢查診斷病人大腦的狀況
C.列車司機用錘子敲擊車輪，通過聲音判斷有無故障
D.通過胃鏡檢查診斷病人的胃部疾病
解析　黑箱方法是通過對系統輸入與輸出關系的研究，進而推斷出系統內部結構及其功能的方法，不需要直接考查其內部結構；功能模擬法是以功能和行為的相似性為基礎，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法。A、B、C都是對系統輸入與輸出的研究，進而推斷出系統內部結構及其功能的方法，所以是黑箱方法，D通過胃鏡檢查診斷病人的胃部疾病是直接考查其內部結構，所以不是黑箱方法。
答案　D
8.如圖所示是一款盲人導航手表，手表內的聲納和傳感器測量障礙物與人的距離，并將信號發送給微處理器，隨著盲人與障礙物距離的縮短，手表上的震動馬達震動加快，使手表的震動頻率加快。關于該控制系統，下列說法中不正確的是(　　)
A.控制器是微處理器
B.控制量是障礙物與人的距離
C.被控對象是手表
D.執行器是震動馬達
解析　控制量是馬達震動的頻率。
答案　B
9.如圖所示是小劉同學設計的花盆土壤濕度控制系統示意圖。其工作原理是：控制電路將探頭測得的濕度值與設定值相比較，根據偏差值控制電磁閥門打開或關閉，使土壤濕度值達到設定值。關于該控制系統，下列說法中不正確的是(　　)
A.控制方式屬于開環
B.該控制系統不存在反饋
C.被控對象是電磁閥門
D.控制量是流過電磁閥門的水流量
解析　被控對象是花盆(土壤)。
答案　C
10.如圖所示的抽屜，每次拉開，抽屜內的LED(發光二極管)燈會自動點亮30秒。該LED燈自動開關控制系統的輸出量是(　　)
A.房間的亮度 B.抽屜的開或關
C.設定的亮燈時間 D.燈的亮或滅
答案　D
11.如圖所示是某同學設計的自動干手器原理示意圖，當手靠近傳感器時，傳感器將感應信號發送給控制器，控制器控制繼電器閉合，電吹風開始工作。若將電吹風看作被控對象，則執行器是(　　)
A.傳感器 B.控制器
C.繼電器 D.插頭
解析　通過圖形可以看出讓被控對象產生動作的是繼電器給吹風機供電，故執行器為繼電器。
答案　C
12.如圖所示是常見的鍋爐液位控制系統原理圖。當蒸汽的耗氣量與鍋爐進水量相等時，液位保持為正常標準值。當鍋爐的給水量不變，而蒸汽負荷突然增加或減少時，引起鍋爐液位發生變化。不論出現哪種情況，只要實際液位高度與正常給定液位之間出現了偏差，調節器均應立即進行控制，去打開或關小調節閥，使液位恢復到給定值。則該控制系統的控制器是(　　)
A.過熱器 B.變送器
C.調節器 D.定值器
答案　C
13.如圖所示是一款防瞌睡帽。該帽子內置加速度計和陀螺儀，能感知駕駛員的頭部動作，并利用智能算法較為準確地比較區分駕駛員瞌睡動作與檢查儀表盤、看后視鏡等駕車動作。一旦該帽子中的主控制器確認為駕駛員瞌睡中，會發出指令使電子開關閉合，從而發出聲音、光線、震動等叫醒駕駛員。下列關于該控制系統的分析中正確的是(　　)
A.執行器是電子開關
B.被控對象是駕駛員
C.控制量是聲音、光線、震動等信號
D.該系統含有檢測裝置和比較部分，所以屬閉環控制系統
解析　該控制系統是開環控制，D錯誤；控制量是執行器的輸出，C選項錯誤；駕駛員根本就不是本系統的組成部分，B選項錯誤。故選A。
答案　A
14.某種磁盤驅動器讀取數據時，需將磁頭定位到某個磁道。當控制裝置接收到預期磁頭位置信號后，控制電機驅動支撐臂及磁頭移動到相應的磁道。傳感器檢測磁頭的位置，并將檢測到的信號發送給控制裝置與預期信號進行比較，控制裝置根據比較偏差值做出調整。該控制系統的被控對象是(　　)
A.控制裝置 B.控制電機
C.支撐臂及磁頭 D.傳感器
答案　C
15.如圖所示為一款3D涂鴉筆特殊顏料被加熱到設定的溫度后從筆尖流出，冷卻后變成具有一定強度的固體。當加熱溫度過高時，控制芯片會自動啟動小風扇降溫，使顏料的加熱溫度維持在一個恒定范圍。關于該控制系統，以下說法不正確的是(　　)
A.被控對象是風扇 B.輸入量是設定的溫度
C.執行器是控制芯片 D.輸出量是加熱后的顏料
答案　C
16.如圖所示是某同學設計的自動干手器原理示意圖，當手靠近出風口時，電容式位移傳感器的電容量發生變化，導致控制電路輸出電壓變化，接著電磁繼電器常開開關閉合，接通風扇與加熱器的電源，手上的水很快就被吹干，當手移開后便又恢復原來狀態，下列關于該電子控制系統的說法正確的是(　　)
A.開環控制系統，輸入部分是電容式位移傳感器
B.閉環控制電路，輸入部分是電磁繼電器
C.開環控制系統，輸出部分是電容式位移傳感器
D.閉環控制系統，輸出部分是電磁繼電器
答案　A
17.如圖所示是自動變速扶梯系統控制過程示意圖。無乘客時，扶梯緩慢運行；當乘客進入檢測傳感器的檢測范圍時，控制器接收到傳感器的檢測信號，控制電動機轉動，扶梯正常運行。下列關于該控制系統的說法中不正確的是(　　)
A.控制方式屬于開環
B.輸入量是傳感器的檢測范圍
C.被控對象是扶梯
D.控制量是電動機轉速
解析　輸入量是紅外線信號，故選B。
答案　B
18.如圖所示為傳送帶恒速控制系統示意圖，通過皮帶控制器設置預設速度，測試傳感器檢測到實際速度低于設定速度時，皮帶控制器控制調速電機加速，反之使調速電機減速，從而使傳送帶保持一定的速度運行。下列關于該恒速控制系統的說法中正確的是(　　)
A.被控對象是皮帶控制器
B.執行器是調速電機
C.檢測裝置是荷重傳感器
D.控制器是傳送帶
答案　B
19.如圖所示是汽車防側傾控制系統示意圖。其工作原理是：車輛轉彎時，傳感器檢測車身傾斜信息并傳遞給懸架控制單元，控制電磁電機調整避震高度，保持車身平穩。下列關于該系統說法中正確的是(　　)
A.執行器是電磁電機
B.輸入量是控制單元發出的控制信號
C.該系統是閉環控制系統
D.控制器是傳感器
答案　A
20.電梯都配有超載報警系統，其工作原理是：傳感器檢測電梯的載重量，控制電路進行判斷，若載重量超過設定值則接通電子開關，報警器發出聲、光信號進行報警。關于該報警控制系統，下列說法中正確的是(　　)
A.被控對象是電梯 B.控制器是電子開關
C.執行器是報警器 D.輸出量是有、無聲光信號
解析　依據題意，其流程圖為：
→→→能根據工作過程畫出流程圖，就比較簡單，選D。
答案　D
21.(2016·8月溫州模考)如圖所示為一款循跡小車，在其車頭底部裝有兩個金屬感應探測頭，當左探測頭探測到金屬信號，增加小車右輪電機速度，使車子左轉，直到探測頭探測不到金屬信號；右探測頭探測到金屬信號時，情況相反；當左右探測頭都沒有探測到金屬信號時，左右輪電機轉速相同，車子直行。關于該控制，以下說法正確的是(　　)
A.被控對象是軌道 B.控制器是探測頭
C.執行器是電機 D.輸入量是車子速度
解析　根據題干情景和開閉環分析得知，該控制系統屬于開環控制系統。輸入量是檢測信號(左右探頭信號)，控制器題干中沒有描述，實為控制電機轉速的裝置，執行器是電機，被控對象是小車，輸出量是車子行駛狀態。
答案　C
22.如圖所示是地暖供熱控制系統示意圖。當室內溫度與設定溫度存在偏差時，溫控儀啟動供熱電纜工作，使得室內溫度穩定在設定溫度附近。請根據示意圖和描述，完成以下任務：
(1)該地暖供熱控制系統的控制方式及控制手段分別屬于________和________(在①手動控制；②自動控制；③開環控制；④閉環控制中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處);
(2)該地暖供熱控制系統中的傳感器可選用________(在①溫度傳感器；②光敏傳感器；③濕敏傳感器中選擇合適的選項，將序號填寫在“________ ”處)；
(3)該地暖供熱控制系統的被控對象是________(在①溫控儀；②供熱電纜；③室內空氣；④水泥板中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處);
(4)該地暖供熱控制系統工作過程中，會受到各種干擾，以下因素中不屬于干擾因素的是________(在①室外溫度發生變化；②室內溫度設定值；③水泥板的厚度；④溫控儀的靈敏度中選擇所有合適的選項，將序號填入空格內)。
(5)下列因素中，不屬于影響本系統優化的因素的是(在①傳感器的靈敏度；②控制系統的精度和可靠性；③系統的制造和使用成本；④室外環境溫度的變化中選擇合適的選項，將序號填寫在“________ ”處)。
答案　(1)④②　(2)①　(3)③　(4)②④　(5)④
23.如圖所示為某儲氣罐壓力自動控制和自動報警系統示意圖。壓力變送器檢測儲氣罐中的壓力值，該值被送到控制器，與設定壓力值進行比較，控制器根據偏差值控制變頻氣泵的轉速，從而使儲氣罐的實際壓力達到設定值。當壓力值超出設定上限時，就發出報警信號，并自動排氣。請完成下列各題，在有“________”處填上相應的內容。
(1)該系統除了壓力自動控制子系統以外，還有________子系統和自動排氣裝置。
(2)根據示意圖及其描述，補充完整壓力自動控制系統方框圖。
(3)當壓力自動控制系統出現故障，導致儲氣罐內氣體壓力過高，在此情況下對儲氣罐有保護作用的是________(在①去車間的送氣管道；②自動排氣裝置中選擇一項，填寫序號)。
解析　本題考查的是控制系統的工作過程與方式，結合考查了系統的相關知識。第(1)題考查的是系統的分類，該系統除了壓力自動控制系統還有自動報警系統。第(2)題考查的是閉環控制系統的工作過程與方式，學生要理解氣體壓力的控制過程，變頻氣泵執行控制器的命令，
壓力變送器檢測儲氣罐內氣體壓力。另外，學生要明確控制框圖的格式要求，控制框圖的方框中一般填寫部件的名稱，有學生可能會在①中填寫“控制器控制氣泵”、②中填寫“壓力變送器檢測壓力”導致錯誤。第(3)題中如果氣罐內氣體壓力過高，對儲氣罐有保護作用的是自動排氣裝置。
答案　(1)自動報警系統　(2)①氣泵　②壓力變送器　(3)②
24.如圖所示的智能掃地機器人自動工作、自動充電，智能機器人通過電量傳感器判定內部電池電量，該電量信息被傳送到控制模塊，并由控制模塊判斷是否需要充電。如果電量低于設定電量，控制模塊就會做出需要充電決定，機器人充電器自動識別底座，引導機器人進行充電，直至充滿。
(1)根據自動充電原理的描述，補充完整方框圖，在“________”處填寫相應內容。
①________；②________；③________；④________。
(2)為防止充電座被其他物體遮擋或防止機器人進入后無返回的路線，設計師們常需要對常用家具底部高度與家具支撐腳寬度做大量的科學分析與數學統計，這體現了系統分析________原則。
(3)該掃地機器人遇到以下情況工作不會遇到問題的是________(在①沙發與地面間隙過大；②房間之間有臺階；③工作區域有干擾源中選擇一項，將序號填寫在“________”處)。
答案　(1)①控制模塊　②機器人(電池)　③實際電量　④電量傳 感器　(2)科學性　(3)①
1.如圖所示是儲氣罐氣壓控制系統原理圖，當檢測裝置檢測到儲氣罐中的氣壓低于設定值時，控制器控制壓縮機運轉，使儲氣罐的氣壓升高到設定值。該控制系統的方框圖是(　　)
解析　該控制系統的控制過程存在反饋，所以該控制系統為閉環控制，所以排除A和B；另外被控對象應該是被控量的主體，本題的被控對象為儲氣罐。
答案　C
2.如圖所示為一款賓館用的感應式液壓自動餐爐。當傳感器檢測到人靠近時，液壓裝置會自動打開爐蓋，方便客人查看或夾取食物，客人離開幾秒鐘后，爐蓋自動關閉，以保持食物的溫度與衛生。以下關于該爐蓋開合控制系統的分析中正確的是(　　)
A.控制方式屬于閉環控制
B.傳感器可以選用熱敏傳感器
C.執行器是液壓裝置
D.多人同時靠近為其干擾因素
解析　多人同時靠近是輸入，不是干擾。
答案　D
3.如圖所示是雨量感應式雨刷，當傳感器檢測到擋風玻璃上有雨點時，把信號傳遞給單片機，由單片機控制電機驅動雨刷擦拭擋風玻璃。下列分析不正確的是(　　)
A.輸入量是雨點信號
B.控制器是單片機
C.被控對象是擋風玻璃
D.該控制系統具有檢測裝置
答案　C
4.如圖所示這款“智能水龍頭”融合了多項高新科技，它配有面部識別技術，可以自動識別出用戶的臉，從而將水溫調節到該用戶最常用的溫度和水流強度。其內置的LED燈還可以根據溫度的不同變換色彩，從而為使用者提供更加直觀的感受。下列對該控制系統的分析中正確的是(　　)
A.該控制系統是閉環控制系統
B.該控制系統有多個輸出量
C.輸入量為人手紅外信號
D.執行器是人臉識別傳感器
答案　B
某廠設計了一款智能煤氣泄漏報警燈，它的工作原理是：當探測器檢測到廚房的煤氣濃度超過設定值時，外置主控制器控制電磁繼電器導通，使報警燈報警；報警的同時，該裝置還能夠自動向事先設定的手機號碼發送信息，提醒使用者注意。根據描述，完成第5～6題。
5.下列選項中，對智能煤氣泄漏報警燈控制系統描述正確的是(　　)
A.控制量是電磁繼電器的通、斷
B.被控對象是手機
C.探測器主要起反饋作用
D.輸入量是預事先設定的手機號碼
解析　被控對象是報警器；該控制系統是開環，不存在反饋；輸入量是煤氣濃度。
答案　A
6.無人狀態下為了防止煤氣泄漏，對該控制系統進行優化，其中最合理的優化措施為(　　)
A.當煤氣濃度超過設定值時，主控制器控制電磁閥吸合，將煤氣切斷
煤氣濃度信號→→→→煤氣的通斷
B.當煤氣濃度超過設定值時，主控制器控制電磁繼電器吸合，開啟排風扇
煤氣濃度信號→→→→排風扇排風
C.增加一個煤氣檢測控制系統，將廚房內的煤氣濃度控制在設定濃度
D.增加一個人體紅外線感應子系統，有人時可以使用煤氣，無人時不通煤氣
人體紅外線→→→→煤氣通斷
答案　B
7.汽車的防盜系統是在未經允許的情況下啟動汽車，觸發器馬上就會感應到信號，立即啟動警報裝置，警報裝置便會發出刺耳的報警聲的系統。關于該防盜系統，下列說法中不正確的是(　　)
A.該系統是開環控制系統
B.輸入量是觸發器感應的信號
C.該控制系統有反饋裝置
D.輸出量是報警聲
解析　該控制系統輸入量是觸發器感應的信號，輸出量是有無刺耳的報警聲，信息流向單向，無反饋，是開環控制系統。
答案　C
8.為了改善城市的交通管理，有些地方采用了智能化的紅綠燈電子控制系統，通過調整紅綠燈的持續時間來緩解車輛的擁堵。它的工作原理為：在路口停車線前一段距離內埋下一些環形感應器，感應器將車輛在上面通過所產生的數據傳輸給微處理器，微處理器根據交叉路口車輛的多少指揮紅綠燈的自動切換。該控制系統的被控對象是(　　)
A.紅綠燈 B.車輛
C.微處理器 D.環形感應器
解析　紅綠燈自動切換，可以看出紅綠燈為被控對象。
答案　A
9.如圖所示為某學生利用所學的知識設計光控百葉窗啟閉控制系統，其工作過程是：光敏電阻檢測環境亮度高過某一個亮度時，Arduino控制板發出命令控制電機運轉，使百葉窗關閉，反之百葉窗處于開啟狀態。關于該控制系統說法正確的是(　　)
A.該控制系統存在反饋
B.該控制系統的控制器為光敏電阻
C.該控制系統的執行器為電機
D.該控制系統的被控對象為Arduino控制板
解析　依據題干信息和所學知識分析可知道，本控制系統屬于開環控制系統。輸入量：檢測信號，控制器是Arduino控制板，執行器是電機，被控對象是百葉窗，輸出量是百葉窗的狀態(開或關)。
答案　C
10.現在市面上的3D打印機都采用分層加工，疊加成型來完成。其工作原理為電腦將切片信息傳送到3d打印機，3d打印機的控制組件接收到切片信息后對機械組件發出命令，控制打印頭升溫、移動，噴出耗材，逐層疊加，形成作品。3D打印機的被控對象是(　　)
A.切片信息 B.控制組件
C.打印頭 D.機械組件
解析　本題考查的是開環控制系統的分析。切片信息→控制組件→機械組件→打印頭→作品，因此本題選C。
答案　C
11.如圖所示的這款智能窗簾由若干獨立六邊形單元構成，每個單元內都配置了光感應器、微處理器和傳動機構，光感應器監測外界光照強度與入射角度，通過微處理器和傳動機構控制花瓣形扇葉的開與合，為室內提供適宜的光照與溫度。窗簾上變化多樣的花式圖案也為家居環境增添了些許視覺上的趣味。下列分析中不正確的是(　　)
A.被控對象是智能窗簾
B.控制器是光感應器
C.輸入量是設定的外界光照強度與入射角度
D.外界風、灰塵是系統的干擾因素之一
答案　B
12.汽車ABS防抱死制動系統的工作原理如下： 在制動過程中，電子控制裝置根據車輪轉速傳感器輸入的車輪轉速信號判定車輪趨于被抱死時，電子控制裝置通過一系列的操作來調整制動輪缸的制動壓力，從而調節車輪的轉速，防止車輪在制動時被完全抱死。關于該控制系統的說法不正確的是(　　)
A.該控制系統是閉環控制系統
B.被控對象是車輪
C.給定量是車輪被抱死
D.控制器是電子控制裝置
解析　給定量是車輪不被抱死，故選C。
答案　C
13.智能球—門線技術又稱門線監視系統，是將微型傳感器植入足球內，在禁區草皮下方鋪設線纜，通電后可產生磁場，當球越過門線時，傳感器會將信號傳遞給裁判員。對該控制系統下列說法不正確的是(　　)
A.用傳感器代替人感知球是否越過門線，屬于功能模擬方法
B.通過輸入輸出信號來判斷傳感器的工作狀態的方法屬于黑箱方法
C.傳感器檢測球是否越過門線的過程屬于反饋
D.傳感器過門線時接收的電磁信號屬于輸入信號
答案　C
14.如圖所示為現代工業化養雞場溫度控制系統，當養雞場內的溫度未達到設定值時，溫控儀發出控制信號，控制熱水供暖系統或降溫濕簾等工作，以使養雞場內溫度達到設定值。下列關于該養雞場溫度控制系統分析中，正確的是(　　)
A.控制方式屬于開環控制
B.輸入量是電能
C.該控制系統存在反饋
D.輸出量是養雞場內的空氣
解析　該溫度控制系統是閉環控制系統，存在反饋；輸入量應該是設定溫度，輸出量應該是實際溫度。故選C。
答案　C
15.如圖所示是一種風阻尼器，用于高層建筑應對臺風。一個幾百噸重的大鐵球通過彈簧和液壓裝置安裝在高層建筑物的中上部，當強風來襲時，該裝置的傳感器探測到建筑物的搖晃程度，通過計算機控制液壓裝置推動大鐵球向反方向運動，從而降低建筑物的搖晃程度。若把大鐵球作為被控對象，下列分析中不正確的是(　　)
A.輸入量是建筑物的搖晃程度
B.控制器是計算機
C.控制量是風力的大小
D.輸出量是大鐵球的運動方向和速度
解析　首先確定輸入、輸出，根據題干大鐵球是被控對象，所以輸入是建筑物的搖晃程度，輸出是大鐵球的運動方向和速度。執行器是液壓裝置，控制器是計算機，控制量應該是液壓裝置推動的力量和方向。所以選項C錯誤。
答案　C
16.如圖所示是一款自動伸縮式遮陽篷的示意圖，當傳感器檢測到雨水、陽光時，將感應信號發送給控制器，啟動電機展開遮陽篷。關于該控制系統，下列說法中不正確的是(　　)
A.輸入量是雨水、陽光信號
B.控制量是前桿的位移量
C.執行器是電
D.被控對象是遮陽篷
答案　B
17.(2015·10月浙江選考)電子警察是現代道路交通安全管理的有效手段，計算機根據雷達探測到的汽車位置變化信號，計算出汽車的行駛速度并判斷是否超速，如果超速則啟動照相機抓拍，并將拍攝到的圖像信息輸送到監控中心。請根據上述說明，完成以下任務：
(1)該控制系統的控制方式屬于________控制。(在①開環；②閉環中選擇一項，將序號填寫在“________”處)
(2)該控制系統的控制手段屬于________。(在①手動控制；②自動控制中選擇一項，將序號填寫在“________”處)
(3)該控制系統的輸出量是________。(在①汽車的行駛速度；②超速車輛的圖像；③雷達信號中選擇一項，將序號填寫在“________”處)
(4)為了實時監測汽車行駛速度，應用雷達技術探測汽車的位置變化信號，通過數學模型計算出汽車的行駛速度，判斷是否超速。這體現了系統分析的________原則。(在①整體性；②科學性；③綜合性中選擇一項，將序號填寫在“________”處)
(5)照相機對超速車輛抓拍時會受到各種干擾，以下因素中不屬于干擾因素的是________。(在①雨霧；②沙塵；③車輛速度中選擇一項，將序號填寫在“________”處)
答案　(1)①　(2)②　(3)②　(4)②　(5)③
18.如圖所示為胎壓監測系統，安裝在輪胎里的傳感器測量輪胎的氣壓，并利用無線發射器將壓力信息送到中央處理器，將實際胎壓與正常胎壓設定值進行比較，當實際胎壓過高或過低時，汽車喇叭發出警報聲，同時，車載顯示器顯示輪胎氣壓異常信號。請根據示意圖和描述，完成以下任務：
(1)該系統的控制手段與控制方式分別是________和________在①人工控制；
②自動控制；③開環控制；④閉環控制中選擇合適的選項，將序號填寫在“____”處)；
(2)該控制系統的輸出量及控制器分別是________和________(在①實際胎壓；②汽車喇叭的警報聲及車載顯示器顯示的信號；③正常胎壓設定值；④中央處理器；⑤汽車喇叭及車載顯示器；⑥無線發射器中選擇合適的選項，將序號填寫在“____”處)；
(3)該系統中的傳感器可選用________(在①溫度傳感器；②壓力傳感器；③磁敏傳感器中選擇合適的選項，將序號填寫在“____處)；
(4)胎壓監測系統運行過程會受到各種干擾，以下因素屬于干擾因素的是________(在①其他車輛的喇叭報警聲；②調整正常胎壓設定值范圍；③其他車載裝置收發的無線信號中選擇合適的選項，將序號填寫在“____”處)。
答案　(1)②　③　(2)②　④　(3)②　(4)③
19.如圖所示是電熱油汀，它主要由可調式溫控器、散熱片、電熱元件等部件組成。這種取暖器是將電熱元件安裝在帶有許多散熱片的密封腔體下面，在腔體內電熱元件周圍注有導熱油。取暖器殼體溫控過程如下：使用前，先將可調式溫控器旋鈕輕輕旋轉到某一位置，設定好取暖器殼體的溫度。接通電源后，電熱管周圍的導熱油被加熱，升到腔體上部，沿散熱片對流循環，通過腔體壁表面將熱量輻射出去，從而加熱周圍空間。當取暖器殼體溫度高于設定溫度上限時，可調式溫控器會自動切斷電源停止加熱，內部存的熱量繼續向外釋放，殼體溫度下降；當取暖器殼體溫度低于設定溫度下限時，可調式溫控器觸點會自動閉合，接通電源，繼續加熱，殼體溫度上升。如此周而復始，可使取暖器殼體溫度恒定。請完成以下任務：
(1)從人機關系的角度分析，面板上的指示燈設計主要考慮了________(在“①安全目標；②信息的交互；③高效目標”中選擇一項，填寫序號)。
(2)該電熱油汀取暖器殼體的溫度控制方式屬于________(在“①閉環控制；②開環控制”中選擇一項，填寫序號)。
(3)在使用過程中，該電熱油汀取暖器發生了爆炸導致導熱油濺出傷人，最有可能原因是________、________(在“①可調式溫控器損壞，導熱油一直處于加熱狀態；②導熱油內混入了水及其它雜質；③電熱油汀取暖器持續工作時間過長”中選擇兩項，填寫序號)。
(4)該溫度控制系統中，控制器是________ ，執行器是________，給定量是________ ，被控量是________，被控對象是________。
(5)該電熱油汀取暖器使用一定時間后，由于密封圈老化，電熱元件連接處容易漏油。這體現了系統的________ (在“①整體性；②動態性；③環境適應性；④相關性；⑤目的性”中選擇一項，填寫序號)。
答案　(1)②　(2)①　(3)①　②　(4)可調式溫控器　電熱元件　設定溫度　實際溫度　取暖器殼體或導熱油
(5)②
20.(2016·3月浙江統考)如圖所示是智能車位引導系統示意圖。該系統能夠準確、快速引導駕駛員到達空余車位，其工作過程是：中央處理器接收到超聲波車位探測器探測的車位信息，經過處理后控制信息發布器把空余車位信息通過引導屏和車位指示燈顯示出來。根據示意圖及其描述，請回答下列問題。
(1)根據上述描述，分析該車位引導系統的控制過程，在方框圖中“________”處填寫相應的內容。
―→―→
(2)該智能車位引導系統可以分為信息采集、信息處理、信息發布三個子系統，其中的信息發布子系統包括信息發布器、________、________(在①車位指示燈；②超聲波車位探測器；③數據庫；④引導屏中選擇兩項，將序號填寫在“________”處)。
(3)系統設計時要考慮車位定位準確、顯示及時、抗干擾、便于維護，還要統籌兼顧成本、安裝等要素，這體現了系統分析的________原則(在①綜合性；②科學性；③整體性中選擇一項，將序號填寫在“________”處)。
答案　(1)①車位信息　②中央處理器　③信息發布器
④空余車位信息　(2)①　④　(3)①
21.如圖所示是自動變速扶梯系統控制過程示意圖。無乘客時，扶梯緩慢運行，當乘客進入檢測傳感器的檢測范圍時，控制器接收到傳感器的檢測信號，控制電動機和傳動裝置加速轉動，扶梯正常運行。請回答下列各題：
(1)根據示意圖及描述，分析自動扶梯系統控制過程，在方框圖中“________”處填寫相應的內容：
―→―→
(2)為防止扶梯加速使乘客站立不穩，檢測傳感器的安裝位置應在________(在①乘客進入扶梯踏步前；②乘客進入扶梯踏步之后中選擇一項，將序號填寫在“________”處)。
(3)該系統在運行時需要解決下面的問題，當乘客進入檢測傳感器檢測范圍時，扶梯正常運行，當乘客隨著扶梯運行離開檢測范圍后，扶梯又回到緩慢運行狀態，而此時乘客還沒離開扶梯。從合理性、可行性方面考慮，以下措施中合理的是________(在下列措施中選擇一項，將序號填寫在“________”處)。
①控制器中安裝計時器，當有乘客進入時，扶梯正常運行，計時器開始計時；若達到設定的乘客離開扶梯的時間，無其他乘客進入，扶梯自動緩慢運行，有其他乘客進入時，計時器將重新計時。
②在扶梯上布滿檢測傳感器，保證乘客在扶梯上的任一位置都能被檢測到，只有乘客完全離開扶梯時，扶梯才會緩慢運行。
③在每個踏步上安裝檢測傳感器，只要踏步上有乘客便正常運行，無乘客時便緩慢運行。
答案　(1)①檢測傳感器檢測到是否有人的信號　②電動機和傳動裝置　③扶梯　④運行速度　(2)①　(3)①
22.如圖是一款仿向日葵設計的太陽能充電器，葵花造型的太陽能電池板架在圓形底座上，底座集成了光傳感器，通過電子芯片控制馬達轉動，從而帶動電池板繞水平和垂直的旋轉軸運動，實現光線追蹤的功能。電池板收集的能量儲存在內置電池中，并能給智能手機充電。請回答下列各題：
(1)根據示意圖及描述，太陽能充電器的光線追蹤控制系統屬于________控制(在①開環；②閉環中選擇一項，將序號填寫在“________”處)；
(2)該光線追蹤控制系統的執行器與被控對象分別是________、________；
(3)太陽能充電器使用時間久了，光傳感器上會有灰塵覆蓋，造成光線追蹤功能無法實現。針對這一問題，下列優化措施中不合理的是________(在①充電器要經常人工清理灰塵；②提高光傳感器的靈敏度，使其在光線較弱時也能實現追蹤；③將光傳感器用帆布制防塵罩罩住中選擇一項，將序號填寫在“________”處)；
(4)在設計該太陽能充電器時，既要考慮充電效率，也要考慮電池容量，還要考慮充電器的體積等方面。這體現了系統分析的________原則(在①整體性；②科學性；③綜合性中選擇一項，將序號填寫在“________”處)。
答案　(1)①　(2)馬達　電池板　(3)③　(4)③
23.如圖所示是恒溫箱。當箱內溫度低于設定溫度下限80 ℃時，溫度控制器打開陶瓷加熱燈；當溫度高于設定溫度上限90 ℃時，溫度控制器關閉陶瓷加熱燈。從而使恒溫箱的實際溫度保持在一定范圍內。根據以上的描述，完成以下任務。
(1)該系統的控制方式與控制手段分別是________和________(在①人工控制；②自動控制；③開環控制；④閉環控制中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(2)該控制系統的輸出量及被控對象分別是________和________(在①實際溫度；②設定溫度；③陶瓷加熱燈；④恒溫箱中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(3)陶瓷加熱燈加熱關閉后，由于保溫箱內部空間較小，加熱燈上的余溫還會使保溫箱溫度上升，使得保溫箱的實際溫度會大于預設的上限溫度90 ℃。為了解決這個問題，以下方法可行的是________(在①更換功率更大的陶瓷加熱燈；②調低設定溫度下限；③調低設定溫度上限中選擇一項，將序號填入“________”內)；
(4)該恒溫箱在使用過程中，會受到各種干擾，以下因素中屬于干擾因素的是________(在①恒溫箱外界溫度發生變化；②調低設定溫度下限；③調高設定溫度上限中選擇一項，將序號填入“________”內)。
答案　(1)④　②　(2)①　④　(3)③　(4)①
課件45張PPT。第四章　控制與設計[考試標準]一、控制的手段與應用
1.控制的含義
(1)含義：人們按照自己的意愿或目的，通過一定的手段，使事物向期望的目標發展，這就是控制。
(2)構成控制的三要素：控制的對象、控制要達到的目的和控制手段。理解任何控制現象，都要明確控制的對象是什么，控制要達到什么目的和采取什么控制手段。2.控制的手段和方法
(1)按控制過程中人工干預的情形分：
①人工控制：控制的過程是在人的直接干預和全程干預下進行。
②自動控制：在無人直接參與的情況下，使事物的變化準確地按照期望的方向進行。
(2)按執行機構的不同分：機械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等。
①機械控制：利用控制論的理論與方法解決機械工程實際問題。
②氣動控制：靠空氣壓縮原理進行工作；如汽車輪胎充氣，屬于氣動控制過程：有氣泵，氣罐，有閥門開關決定通氣與否，有壓力表查看壓力，流量表看流量(不是非有不可)等最簡單的設施。③液壓控制：使用液壓泵將機械能轉化為壓力，推動液壓油，通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動液壓缸做出動作，完成各種設備不同的動作需要。
④電子控制：以電子電路為信息采集、處理核心，并根據設計輸出指令的控制技術。3.控制的應用
(1)生活：控制應用到生活中，提高了人們的生活質量，人類能夠在一定程序下按照自己的意愿改變周圍的環境，使之滿足人們的需要。例如：空調、ATM自動取款機、紅外線感應式水龍頭。
(2)生產：生產中往往需要對溫度、濕度、壓力、速度及加工動作等進行控制，控制在生產中得到了廣泛的應用。如汽車自動裝配生產線、自動噴漆、數控機床。
(3)軍事國防：精密的制導武器、神州飛船的發射等，有著廣泛的應用。如精密制導導彈、火箭、宇宙飛船。二、控制系統的工作過程與方式
1.控制系統
(1)概念：任何一種控制的實現，都要通過若干個環節，這些環節就構成了一個系統，稱為控制系統。
(2)主要環節：輸入量、被控對象、輸出量(三要素)。
(3)控制系統的輸出與輸入之間有一定的對應關系。
例如：電風扇的風速控制2.簡單開環控制系統的組成及工作過程
(1)定義：控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響的控制系統。
(2)特征：系統的輸出量僅受輸入量控制，輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞。
(3)方框圖：輸入量：控制系統的給定量。
控制器：對輸入信號進行處理并發出控制命令的裝置或元件。
執行器：直接對被控對象進行控制的裝置或元件。
控制量：執行器的輸出信號。
被控對象：控制系統中所要控制的裝置或生產過程。
輸出量：控制系統所要控制的量。(4)典型案例：紅綠燈定時控制系統、防盜報警控制系統、火災自動報警系統、公園的音樂噴泉自動控制系統、普通電風扇風速控制系統、可調光臺燈控制系統等。
例如：紅外線自動門控制系統
(輸入)紅外裝置是否檢測到人體熱輻射發出的信號→控制電路→電機→自動門→門的開啟或關閉(輸出)3.閉環控制系統的組成及方框圖
(1)定義：系統的輸出量返回到輸入端并對控制過程產生影響的控制系統。
(2)基本組成：與開環控制系統相比，閉環控制系統多了檢測裝置、比較器。
(3)閉環控制系統的方框圖：控制器：對輸入信號(偏差值)進行運算處理，并發出控制命令。
執行器：根據指令對被控對象直接控制。
(4)典型案例：供水水箱的水位自動控制系統、加熱爐的溫度自動控制系統、花房溫度控制系統、家用電飯鍋保溫控制系統、家用電冰箱溫度控制系統等。三、閉環控制系統的干擾與反饋
1.干擾因素
在控制系統中，除輸入量(給定值)以外，引起被控制量變化的各種因素稱為干擾因素。
2.反饋
(1)涵義：控制系統中，將輸出量通過適當的檢測裝置，返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋。
(2)作用：減少輸出量的偏差，穩定輸出量。
(3)反饋方法：利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統的輸出來調整系統的行為，使系統沿著預期的目標運行的方法。(4)閉環控制系統的核心是通過反饋來減少被控制量(輸出量)的偏差。閉環控制系統的工作過程：
①由于干擾因素的存在，系統的被控量偏離給定值時；
②閉環控制系統中的反饋環節能及時檢測出被控量的值，并迅速反饋到輸入端，與給定值進行比較；
③控制器根據比較得到的偏差信號進行調節，從而使系統的被控量接近給定值，達到精確控制的目的。
例：供水水箱的水位自動控制系統、加熱爐的溫度自動控制系統(5)開環、閉環對被控量的控制比較
開環控制系統一般結構簡單，適用于控制精度要求不高而系統本身的元件又比較穩定的場合。
閉環控制系統設計比較麻煩，結構相對復雜，構成控制系統的成本較高。閉環控制系統是自動控制中廣泛采用的一種方式，用于要求高精度和高可靠性的場合。3.功能模擬法與黑箱方法
(1)功能模擬法：以功能和行為的相似性為基礎，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法。功能模擬法為仿生學、人工智能、價值工程提供了科學方法。
(2)黑箱方法：通過對系統輸入與輸出關系的研究，進而推斷出系統內部結構及其功能的方法。例：通過輸入圖像、電或聲音信號，觀測、分析腦電波的輸出反應，研究人腦對視覺或聽覺信息的傳遞、變換和處理功能，得知人腦內部結構的細節，就是黑箱方法的運用。黑箱方法提供了一種不必打開黑箱就可以研究其內部結構和功能的方法。
一個系統內部結構不清楚時，利用外部觀察和試驗方法，獲得系統(即黑箱)的輸入——輸出特性；再根據這種信息，在不打開“黑箱”的情況下，研究其功能和屬性，探索其構造和機理的一種科學方法。四、控制方案的設計與實施
1.控制系統設計的一般思路(1)系統要達到的目標
(2)控制的對象
(3)被控對象的特性
(4)被控量和控制量
(5)外界的主要干擾因素
(6)制定既達到目的、又經濟、易于實現的方案
(7)設備和元件
在以上問題都確定后：
(1)要根據實際設計對控制精度的要求以及條件的可行性來確定是用開環控制系統還是閉環控制系統來實現所要最終達到的目的。 (2)畫出控制方框流程圖。
(3)畫出必要的設計圖紙(控制電路設計或系統結構設計)和實施圖紙，撰寫設計說明書等。
2.開環控制系統的設計
開環控制系統的設計相對比較簡單，在明確設計要求，明確被控對象、被控量和控制量后，即可考慮具體控制系統的方案。3.閉環控制系統的設計
(1)一個閉環控制系統要正常工作，首先必須是穩定的。
(2)控制系統的控制精度必須符合要求，即系統的輸出量與給定值之差應控制在允許的范圍之內。
(3)閉環控制系統應有較好的抗干擾性能。
(4)在進行閉環控制系統的設計時，幾項控制要求之間往往會產生矛盾，需要結合具體問題全面解決或有所側重地解決。【例1】　(2017·11月浙江選考)如圖所示是三相異步電動轉速控制系統示意圖。系統通過改變交流電的頻率來改變電動機的轉速。通過觸摸屏設定電動機的轉速，變頻調速器將50 Hz的交流電轉變成與設定轉速相對應頻率的交流電，驅動電動機轉動；裝在電動機輸出軸上的測速發電機隨電動機一起轉動并發電；PLC根據測速發電機的電流大小，判斷電動機實際轉速與設定轉速之間的差值，向變頻調速器發出指令，改變驅動電流的頻率。下列關于該控制系統的分析中正確的是(　　)A.執行器是電動機
B.控制器是變頻調速器
C.輸出量是測速發電機的電流信號
D.控制量是變頻調速器輸出的電流頻率
解析　執行器是變頻調速器，控制器是PLC，輸出量是電機的是實際轉速。
答案　D[變式1]　如圖所示為高速公路汽車速度監測系統，測速雷達測量車速，經控制器判斷后，控制攝像頭將超速車輛的圖像信息記錄下來，作為違章處罰的證據。該速度監測系統中的被控制對象是(　　)A.汽車 B.測速雷達
C.速度顯示器 D.攝像頭解析　首先確定輸入、輸出，輸入量為汽車速度，輸出量為記錄超速車輛的圖像信息，其次確定被控對象，哪個裝置記錄超速車輛的圖像信息，題干中容易看出，攝像頭。所以答案是D。如果再深入研究可以發現，該題的執行器也是攝像頭。
答案　DA.冷凝水的溫度 B.進水的溫度
C.熱電偶的性能 D.PID控制器的設定參數
答案　A[變式2]　巡航導彈原理是：導彈上裝有衛星定位系統和小型噴射器，設定彈道后，衛星會時刻檢測導彈的位置，看其是否在預設軌道上行駛。當導彈偏離預設軌道時，衛星將通過無線通信技術告訴導彈往哪個方向調整，導彈收到信號后，再通過自身的小型噴射器來修正導彈的飛行，直至命中目標。小型噴射器屬于該控制系統的(　　)
A.被控對象 B.輸入元件
C.執行器 D.控制器
答案　C【例3】　(2016·3月浙江統考)某學校鈴聲控制系統的工作過程是：電腦根據設定的時間順序，發出電信號給功率放大器，使音箱發出鈴聲。請根據上述說明，完成(1)～(2)題。
(1)關于該控制系統的說法中，不正確的是(　　)
A.控制器是電腦
B.執行器是功率放大器
C.被控對象是音箱
D.輸出量是功率放大器發出的電信號
答案　D(2)各種干擾因素會造成系統工作不正常，下列不屬于干擾因素的是(　　)
A.電腦中侵入病毒程序
B.響鈴時間順序設定錯誤
C.工作電壓超出系統正常工作范圍
D.系統附近使用無線電設備
答案　B[變式3]　如圖所示是一款普通抽水馬桶的水箱水位控制裝置。扳動放水手柄，水箱沖水，與此同時，浮球下降，打開進水塞，水箱開始進水。當水位開始上升，浮球上浮到原設定位置時，水箱停止進水。下列有關該水箱水位控制系統的說法中正確的是(　　)A.進水量是該系統的輸入量
B.出水量是該系統的主要干擾
C.該系統的控制手段是液壓控制
D.往水箱中放入少量磚塊，水箱水位的設定值將受影響
答案　B【例4】　如圖所示為某倉儲運貨工作示意圖，運貨車的工作過程是：當傳感器檢測到車上的載貨量達到設定值時，控制電路控制電機轉動，車駛向卸貨平臺；當車上的限位開關接觸到卸貨平臺，電機停止轉動，車停下等待卸貨；當傳感器檢測到貨物被卸，電機反向轉動，車返回裝貨平臺。請回答下列各題，填寫“________”處的相應內容。(1)該運貨車的控制方式屬于________。(在①閉環控制；②開環控制中選擇一項，填寫序號)
(2)該運貨車的控制手段屬于________。(在①手動控制；②自動控制中選擇一項，填寫序號)
(3)該控制系統中，若車上與卸貨平臺相接觸的限位開關損壞，可能造成________。(在①車到了卸貨平臺后，電機繼續轉動；②車到了卸貨平臺后，不等卸貨馬上返回裝貨平臺；③傳感器無法檢測載貨量中選擇一項，填寫序號)
(4)為了防止裝貨時載貨量達到設定值的瞬間，車就開走，產生危險。針對此情況，以下對該系統進行優化的措施中合適的是________。(在①提高傳感器的靈敏度；②增加延時裝置，裝貨后延時幾秒鐘再開動；③降低電機轉速中選擇一項，填寫序號)
答案　(1)②　(2)②　(3)①　(4)②[變式4]　LEGO魔方機器人近幾年深受廣大青少年兒童的喜愛，它的工作原理是先用傳感器采集魔方6個面上每塊(1面有9塊)的顏色，然后由主控制器根據特定算法計算結果，控制機械手翻轉魔方，從而達到自動解魔方的效果。如果魔方的顏色不標準或者周圍的光線太暗，都會對魔方機器人解魔方形成干擾。根據示意圖和描述，完成以下任務：(1)該系統的控制手段和控制方式分別屬于________和________(在①人工控制；②自動控制；③開環控制；④閉環控制中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(2)該控制系統的被控對象是________(在①LEGO主控制器；②機械手；③魔方中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(3)該系統中的傳感器應選用________(在①聲音傳感器；②顏色傳感器；③溫度傳感器中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(4)為了提高LEGO魔方機器人識別魔方6個面顏色的效果，設計人員針對不同的光線環境做了大量的實驗，得出一系列數據，對魔方的感光敏感度進行了調整，該工作人員采用了________的系統分析的方法(在①整體性原則；②科學性原則；③綜合性原則中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”)。
答案　(1)②　③　(2)③　(3)②　(4)②【例5】　(2016·4月浙江選考)根據消防要求，倉庫、圖書館等場所都要安裝火災自動報警系統。當煙霧探測器檢測到的煙霧濃度超過設定值時，電子開關被接通，報警器發出聲光信號進行報警。關于該報警控制系統，以下說法中正確的是(　　)
A.輸出量是有無聲光信號
B.被控對象是倉庫、圖書館等場所
C.控制器是電子開關
D.反饋裝置是煙霧探測器
解析　該控制系統中，輸入量是煙霧濃度信號，輸出量是有無聲光信號，控制器是煙霧探測器，執行器是電子開關，被控對象是報警器。
答案　A[變式5]　(2017·3月紹興一模)如圖所示是一加熱爐的恒溫自動控制示意圖。以下關于該控制系統的說法正確的是(　　)A.該控制系統的設計模擬了人的功能和行為，這種研究方法是黑箱方法
B.電熱絲在控制系統中的作用是檢測溫度并反饋
C.調低設定溫度或爐體隔熱性能不好會導致爐內溫度降低，都是該控制系統的干擾因素
D.在加熱爐工作時，如果爐內溫度大大超過了設定值，可能的原因是控制器損壞
答案　D【例6】　(2018·4月浙江選考)下列關于控制系統的說法中，正確的是(　　)
A.有檢測傳感器的控制系統就是閉環控制系統
B.直接對被控對象進行控制的裝置或元件稱為執行器
C.控制器發出的控制信號稱為控制量
D.能引起被控量發生變化的因素都是干擾因素
解析　開環的輸入端也有傳感器，A錯誤；執行器發出的控制信號稱為控制量，C錯誤；除了給定量以外，能引起被控量發生變化的因素都是干擾因素，D錯誤。
答案　B[變式6]　關于閉環控制系統的下列說法中，正確的是(　　)
A.檢測裝置是計算被控量和給定量之間的差值的裝置
B.控制器控制被控對象
C.反饋可以克服干擾
D.被控量就是控制量
答案　C
【易混易錯】
1.閉環控制系統常考案例流程圖
(1)抽水馬桶的工作過程(2)加熱爐的溫度自動控制系統
(3)恒溫控制系統(4)空調控制系統
(5)高壓鍋的恒溫控制系統(6)糧庫的濕度和溫度自動控制
2.正反饋和負反饋
反饋可分為負反饋和正反饋。前者使輸出起到與輸入相反的作用，使系統輸出與系統目標的誤差減小，系統趨于穩定；后者使輸出起到與輸入相似的作用，使系統偏差不斷增大，使系統振蕩，可以放大控制作用。對負反饋的研究是控制論的核心問題。
起增強輸入信號作用——正反饋。
起減弱輸入信號作用——負反饋。正反饋不能進行控制，會使系統的偏差越來越大。只有負反饋控制系統才能完成自動控制的任務。
負反饋控制系統最大的特點：檢測偏差，糾正偏差。

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