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第三節　閉環控制系統的干擾與反饋
考試內容
考試要求
考試屬性
反饋的含義
b
必考＋加試
簡單控制系統運行的主要干擾因素
c
必考＋加試
閉環控制系統中反饋環節的作用
b
必考＋加試
閉環控制系統的工作過程
b
必考＋加試
功能模擬方法和黑箱方法
a
必考＋加試
1.反饋的含義
自動控制系統中，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稱為反饋。
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，稱為反饋方法。
2.簡單控制系統運行的主要干擾因素
在控制系統中，除輸入量(給定值)以外，引起被控量變化的各種因素稱為干擾因素。
3.閉環控制系統中反饋環節的作用
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，從而減少輸出量的偏差，穩定輸出量。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。
4.閉環控制系統的工作過程
(1)由于干擾因素等的存在，系統的被控量偏離給定值。
(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。
5.功能模擬方法和黑箱方法
(1)功能模擬方法：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。
(2)黑箱方法：把將要研究的系統作為黑箱，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。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
一、 干擾與反饋
干擾使控制系統的輸出量(或被控量)偏離給定值。
反饋使控制系統的輸出量(或被控量)趨于穩定。
【典例1】　洲際彈道導彈是一種無人駕駛的無翼飛行器，以慣性制導為主。慣性制導(inertial guidance)是利用陀螺儀和加速度表組成的慣性測量裝置測量導彈的運動參數，控制其按預定路線飛行的一種制導方式。整個制導系統由慣性測量裝置、計算機和執行機構等組成。慣性測量裝置測出導彈運動參數的變化，計算機根據實時測得的數據、發射前輸入的初始條件和重力影響等數據，算出導彈的實際飛行速度、航向、姿態和坐標，并將這些數據與制導程序要求的預定值進行比較，根據偏差大小產生相應的制導指令，執行機構根據制導指令控制導彈沿正確的路線飛行。請根據示意圖和描述，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)該控制系統的控制器和被控對象分別是________和________(在①陀螺儀；②計算機；③加速度表；④洲際導彈中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(3)導彈在飛行過程中會受到外界環境的各種干擾，以下不屬于干擾因素的是________在①計算機等裝置設置的預定路線；②紅外光輻射來誘導導彈偏離目標；③飛行過程中碰到了飛鳥中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(4)慣性測量裝置測量導彈的運動參數變化并與制導程序要求的預定值進行比較，這一過程稱為________。
解析　導彈運行過程不需要人直接干預，人只是給控制發出指令或設置相關信息，控制過程有反饋，故(1)選②④。洲際導彈是該系統所要控制的裝置是被控對象。計算機是接收偏差信號并進行處理和發出指令的裝置是控制器，故(2)答案選②④。根據干擾和反饋的定義可知(3)(4)答案選① 和反饋。
答案　(1)②　④　(2)②　④　(3)①　(4)反饋
[方法總結]　判斷控制系統是開環控制還是閉環控制，主要是分析系統是否有反饋，是人工還是自動控制要看開始和結束或全程人是否參與；干擾只要將輸入量排除其他能引起輸出量變化的都是干擾因素，任何系統都會受到干擾，閉環控制系統由于具有反饋過程能起到抗干擾的作用，控制精度高；也必須注意有些是外界因素但對系統不產生任何影響那不是干擾因素。
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。
變式訓練1　(2016·3浙江高考)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
解析　該題是開環控制，控制過程是響鈴時間順序設定到控制器(電腦)，電腦發出指令給執行器(功率放大器)，控制被控對象(音箱)發出鈴聲(輸出量)。故答案選D。
答案　D
變式訓練2　(2016·3浙江高考)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
解析　響鈴時間順序設定是輸入量，根據干擾的定義它不屬于干擾。故答案選B。
答案　B
變式訓練3　如圖所示是智能清潔機器人，具有吸塵、防撞功能。吸塵系統用電機帶動清掃刷轉動，清掃灰塵并將灰塵集中于吸風口處，由吸塵機構制造的吸力將灰塵吸入灰塵存儲器中。防撞系統中傳感器檢測周圍的障礙物，單片機對信號加以判斷，控制電機驅動輪子改變方向，躲避障礙。以下分析正確的是(　　)
A.吸塵系統屬于開環控制，吸塵系統的被控對象是灰塵存儲器
B.防撞系統中傳感器檢測周圍的障礙物，防撞系統屬于閉環控制
C.防撞系統的傳感器可以選用紅外傳感器
D.防撞系統的被控對象是輪子
解析　本題這二個系統都是開環控制系統，選項A被控對象是灰塵，防撞系統中傳感器檢測的是輸入量，系統是開環，防撞系統應選用位移傳感器，輪子是防撞系統控制的被控對象。故答案選D。
答案　D
二、功能模擬方法和黑箱方法
實現自動控制的方法之一功能模擬法，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。
研究系統的方法之一黑箱方法，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。
【典例2】　如圖所示為中科院研發的一款智能機器人，能模仿人唱歌、跳舞等。這種用機器人模仿人的功能和行為的方法屬于(　　)
A.黑箱方法 B.移植方法
C.虛擬方法 D.功能模擬方法
解析　本題考查功能模擬法的概念。功能模擬法是指用“模型”模擬“原型”的特定功能、行為的方法。“用機器人模仿人的功能和行為”符合功能模擬法的概念。故答案是D。
答案　D
[方法總結]　功能模擬法是指用“模型”模擬“原型”的特定功能、行為的方法，而黑箱是一個內部結構、功能未展示的系統，是通過輸入和輸出進行判斷的。
變式訓練1　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　A、B、C、三個選項均是通過輸入和輸出來判斷功能狀況的是黑箱方法。D項是能夠看清內部結構的。故不是黑箱方法。
答案　D
變式訓練2　如圖所示方框中是一電路結構，請你根據輸入和輸出進行判斷內部電路結構是下列哪種結構(　　)
解析　本題考查的是黑箱方法，根據題意輸入是12 V，輸出是4 V，電路的分壓原理可知C答案符合題意。
答案　C

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.如圖所示為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。判定該控制系統屬于閉環控制方式的理由是(　　)
A.探頭能檢測土壤濕度
B.控制電路能發出控制指令
C.閥門參與水流控制
D.探頭參與反饋
解析　輸出量(實際的濕度值)通過檢測裝置(探頭)，返回到輸入端并與輸入量(設定的濕度值)進行比較，從而減少輸出量的偏差，穩定輸出量。這反映了閉環控制系統的核心，即通過反饋來減少被控制量(實際的濕度值)的偏差。故答案是D。
答案　D
2.監控攝像系統(如圖所示)被廣泛用于記錄道路交通實時圖像信息。對于監控攝像系統，下列環境因素中不屬于干擾因素的是(　　)
A.噪聲 B.濃霧
C.閃電 D.沙塵
解析　濃霧、閃電、沙塵會造成(輸出量)記錄道路交通實時圖像信息發生變化，而噪聲不會影響系統的工作不是干擾因素。故答案選A。
答案　A
3.風力發電機運行時風輪對準風向才能獲得最大風能，如圖是風力發電機跟蹤風向的控制系統示意圖，風向測定裝置將檢測到的風向信號送給迎風控制裝置與設定值比較，迎風控制裝置根據角度偏差信號控制偏航電機運轉，調整風輪角度，使風輪始終對準風向。
(1)根據描述，在跟蹤風向的控制系統方框中“________”處填寫相應的內容。
(2)風向測定裝置將檢測到的風向信號送給迎風控制裝置與設定值比較的過程稱為________(從①干擾；②反饋；③控制中選擇一項，將序號填在“________”處)。
解析　風力發電機跟蹤風向的控制系統是閉環控制系統，能調整風輪角度，使風輪始終對準風向。控制器：接收偏差信號處理并發指令的裝置是迎風控制裝置；執行器：偏航電機，被控對象：風輪，輸出量：風輪與風向間的實際角度，檢測器：風向測定裝置。
答案　(1)①迎風控制裝置　②偏航電機　③風輪
④風輪與風向間的實際角度　⑤風向測定裝置　(2)②
4.恒溫式燃氣熱水器的溫度控制系統為閉環控制。下列因素中，不屬于該溫度控制系統干擾因素的是(　　)
A.燃氣的流量 B.進水的流量
C.進水的溫度 D.出水的溫度
解析　燃氣的流量、進水的流量、進水的溫度都能引起輸出量出水溫度的變化是干擾因素。出水的溫度是輸出量不屬于該溫度控制系統干擾因素。故答案是D。
答案　D
5.如圖所示為胎壓監測系統示意圖，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，以下因素不屬于干擾因素的是________(在①其他車載裝置收發的無線信號；②中央處理器工作異常；③調整正常胎壓范圍中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)。
解析　該題輸出量是警報聲和車載顯示器顯示的信號，沒有檢測裝置去檢測輸出量即不存在反饋所以是開環。控制過程無人參與是自動控制。該題系統控制的目的是報警和顯示信號這就是輸出量。中央處理器是接收輸入量并進行比較和發出指令的裝置是控制器。檢測的壓力應選壓力傳感器。胎壓是輸入量根據干擾的定義是非干擾因素。
答案　(1)②　③　(2)②　④　(3)②　(4)③
6.下列醫療診斷方法中不屬于黑箱方法的是(　　)
解析　A、C、D三個選項均是通過輸入和輸出來判斷功能狀況的是黑箱方法。B項是能夠看清內部結構的故不是黑箱方法。故答案是B。
答案　B
7.如圖所示是家用燃氣減壓閥結構示意圖，橡膠薄膜把上氣室和減壓室分割成相互獨立的空間，上氣室的呼吸孔與大氣相連。高壓氣體通過進氣嘴進入減壓室內，減壓室內氣壓升高橡膠薄膜被頂起，進氣嘴關閉停止進氣；減壓室內氣壓下降，進氣嘴打開，高壓氣再次進入減壓室，從而控制減壓室內氣壓。請根據結構示意圖和工作過程描述，完成以下任務：
(1)該氣壓控制系統的控制手段和控制方式分別屬于________、________控制(在①開環控制；②閉環控制；③人工控制；④自動控制中選擇一項，將序號填寫在“________”處)；
(2)該控制系統的執行器、被控對象分別是________、________。(在①進氣嘴；②杠桿；③橡膠薄膜；④減壓室內的氣體中各選擇一項，將序號填寫在“________”處)；
(3)為了使減壓室內的氣壓增大，調節螺塞應該________(在①往上調；②往下調；③上下調都可以中選擇一項，將序號填寫在“________”處)；
(4)該氣壓控制會受到各種干擾，以下因素中不屬于干擾因素的是________(在①橡膠薄膜老化；②呼吸孔堵塞；③減壓室內氣壓變化；④燃氣瓶內的氣壓減少中選擇一項，將序號填寫在“________”處)。
答案　(1)④　②　(2)①　④　(3)② 　(4)③
1.如圖所示，抽屜每次拉開，抽屜內的LED燈會自動點亮30 s。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
解析　該控制系統是開環控制系統，系統控制的量是燈的亮和滅。故答案選D。
答案　D
2.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遞給放大及處理電路，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　根據題意可知該系統是開環控制系統，雨水信號是輸入量；放大及處理電路是控制器；執行器是電動機；被控對象是系統控制的對象即窗戶。答案選D。
答案　D
3.閉環控制系統中反饋的作用是(　　)
A.消除干擾因素 B.實現自動控制
C.減少輸入量的偏差 D.減少輸出量的偏差
解析　反饋是閉環電路的核心，使輸出量保持穩定。答案選D。
答案　D
4.關于開環控制系統和閉環控制系統，下列說法正確的是(　　)
A.開環控制系統由于某種干擾信號的作用使輸出信號出現非正常狀態時，要進行糾正，必須借助于人工
B.開環控制系統是人工控制，閉環控制系統是自動控制
C.開環控制系統會受到干擾因素影響，而閉環控制系統卻不會
D.因為閉環控制系統的精度高，所以在設計一個控制系統時盡可能設計閉環控制系統
解析　閉環有反饋過程，當系統受到干擾時能使被控量發生變化，通過反饋能使輸出量趨于穩定。故答案選D。
答案　D
如圖所示的酒精含量探測器，它由控制電路、傳感器及顯示器、打印機等部件組成，它的工作原理是乙醇氣體通過傳感器，轉化為電流或電壓信號，再通過電路模數轉換，在儀器上顯示出氣體中的酒精濃度值。被測駕駛員只需將口鼻靠近吹嘴進行輕微呼氣，僅需1秒鐘，敏銳的探測器就能直接顯示出測試結果。請回答5～6題。
5.該探測器使用的是(　　)
A.濕度傳感器 B.速度傳感器
C.氣敏傳感器 D.溫度傳感器
答案　C
6.該控制系統的控制器和被控對象是(　　)
A.傳感器和駕駛員
B.控制電路和駕駛員
C.控制電路和顯示器
D.傳感器和顯示器
解析　由題意可知該系統是開環控制系統，控制過程是乙醇氣體通過傳感器轉化為電信號輸入到控制電路，最終在顯示器顯示酒精濃度值。故答案選C。
答案　C
7.如圖為一款軌道小車，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，以下說法不正確的是(　　)
A.被控對象是軌道 B.檢測器是探測頭
C.執行器是電機 D.輸出量是小車運動狀態
解析　該題控制的方式是開環，工作過程是左、右探測頭探測到金屬信號，增加小車右輪、左輪電機速度，使車子左轉和右轉所以車輪是系統控制的裝置。故答案是A。
答案　A
8.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　該控制系統的輸出量是打開和關閉爐蓋，系統無反饋它是開環控制。傳感器應選紅外傳感器。多人同時靠近也能正常工作，液壓裝置控制被控對象爐蓋的打開和關閉是執行器。故答案是C。
答案　C
9.如圖所示的視力保護提醒裝置，當光敏電阻監測到外界光線低于設定亮度的下限或上限時，三極管導通，揚聲器發出聲音。 當外界光線值在設定亮度的范圍時，三極管截止，揚聲器不發出聲音。 下列關于視力保護提醒裝置的提醒控制系統分析中，正確的是 (　　)
A.被控對象是人的眼睛
B.輸入量是電流
C.控制量是三極管電流的大小
D.該控制系統有反饋，控制方式屬于閉環控制
解析　此系統是開環控制，三極管承擔控制器和執行器的功能，其輸出即為控制量，所以答案是C。
答案　C
10.如圖所示某大學公共浴室中，為了避免閥門未關而造成水資源浪費，不破壞墻體對原沐浴系統進行改造，增加節水控制系統，下列說法正確的是(　　)
A.圖示所有管道均為水管
B.該控制系統中，用戶卡是輸入量
C.電磁閥的作用主要調節沐浴水的冷熱程度
D.節水控制器內部應采用具有運算功能的單片機，能讀取用戶卡中的余額，并判斷該用戶是否具有淋浴權限的功能
答案　D
11.如圖所示是體育館升旗控制系統示意圖，圖中控制電腦輸出音頻信號奏起國歌的同時也輸出控制信號給繼電器，繼電器工作，電動機帶動卷揚機轉動，旗桿向上升。當國歌結束，控制信號消失，旗桿剛好升到頂部停住。關于該控制系統說法中正確的是(　　)
A.該控制系統的被控對象是卷揚機
B.該控制系統的控制量是旗桿的升降
C.電動機電源電壓的波動是該控制系統的干擾因素
D.該系統的設計模擬了人的功能和行為，是黑箱方法的應用
答案　C
12.如圖所示是一個室內水箱水位控制系統。①進水管有雜物導致水流量變小②出水量的增大或減小③突然斷水④天降暴雨⑤浮球破損，上述因素中有幾項屬于該控制系統的干擾因素(　　)
A.1 B.2 C.3 D.4
答案　D
13.中國家電行業的傳奇——海爾公司在2010年柏林國際電子消費品展銷會上推出了一款人力洗衣機。這款環保洗衣機可以將配套的動感自行車健身器材在使用時所產生的人力能量，經過能量轉換器變成電能，用于驅動洗衣機清洗衣物。20分鐘的運動可以支持洗衣機用冷水清洗一次常量衣物，算得上是一款從側面督促您健身，保持健康生活狀態的實用家電了。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人腳踩的力；②衣物；③洗衣機運行或停止中選擇一項，將序號填寫在“________”處)；
(4)該控制系統的干擾因素是________(在①人腳踩的力；②系統各部件之間的摩擦；③洗衣機的運行速度中選擇一項，將序號填寫在“ ________”處)。
解析　該控制系統無反饋，全程有人參與故(1)、(2)答案選①。輸出量是系統需控制的量故答案選③。人腳踩的力、洗衣機的運行速度分別是輸入量和輸出量，系統各部件之間的摩擦能引起輸出量的變化。故答案②。
答案　(1)①　(2)①　(3)③　(4)②
14.如圖是數控機床的位置控制系統示意圖。檢測裝置檢測機床工作臺的實際位移，并將該位移值傳輸給數控裝置與設定位移量進行比較，數控裝置根據比較的偏差值控制伺服裝置運動，驅動機床工作臺到達指定的位置。
(1)根據示意圖及其描述，在控制系統框圖中“________”處填寫相應的內容。
(2)實際位移量與設定位移量的比較是由________完成的(從①檢測裝置；②數控裝置；③輸入裝置；④伺服裝置中選擇一項，將序號填在“________”處)。
解析　 (1)數控機床控制系統是閉環系統，檢測裝置檢測到實際位移與設定位移量進行比較，控制裝置控制伺服裝置運動，能讓工作臺達到設定位移。輸入量：設定位移；輸出量：實際位移；檢測器：檢測裝置；被控對象：工作臺；執行器：伺服裝置。(2)實際位移量與設定位移量的比較即輸入量與輸入量的比較，由控制裝置(即虛線框內部件)完成。
答案　(1)①設定位移　②伺服裝置　③機床(機床工作臺)　④實際位移　⑤檢測裝置　(2)②
15.如圖所示是飛機自動駕駛系統原理圖，自動駕駛系統是 一種通過飛行員操作設定，或者由導航設備接收地面導航信號，自動控制飛行器完成飛行動作的裝置。使用自動駕駛儀主要是為了減輕飛行員的負擔，使飛機自動按設定的姿態、航向、高度和馬赫數飛行。通過垂直陀螺儀得到飛機目前的飛行數據，經放大器、舵機使飛機自動飛行，關于該控制系統回答以下問題：
(1)該控制系統屬于________控制(在①開環；
②閉環中選擇一項)。
(2)該控制系統的被控對象是________；(在①舵機；②垂直陀螺儀；③飛機中選擇一項)。
(3)設計自動駕駛系統時，既要考慮到系統的成本，又要考慮到系統精度、可靠性，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)。
(4)下列屬于系統干擾的是________(在①高空氣流波動；②乘客在飛機內走動；③飛機燃油報警；④飛機內行李位置變化中選擇對的選項)。
解析　(1)該系統有反饋是閉環控制；(2)飛機是該系統控制的裝置是被控對象；(3)既要考慮到系統的成本，又要考慮到系統精度、可靠性，需統籌兼顧體現了系統分析的綜合性原則；(4)高空氣流波動會造成飛機的飛行狀態(輸出量)發生變化屬于系統的干擾因素。
答案　(1)②　(2)③　(3)③　(4)①
16.如圖所示的船舶傾斜控制系統，用于幫助船只在裝載或者卸載過程中保持垂直，在可調控制器和液位變送器的工作下，轉運兩側抗傾斜水罐中的壓載水來進行傾角矯正。
(1)該系統的控制手段與方式分別屬于________控制和________控制(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，將序號填寫橫線處)。
(2)該系統的被控對象是________(①水箱；②液位開關；③液位傳送器；④船舶中選擇合適的選項，將序號填寫橫線處)。
(3)該系統的控制量是________(①船舶傾斜角度；②液位差；③海水柜的容量；④水箱中的水位中選擇合適的選項，將序號填寫橫線處)。
(4)該系統海水柜吸入的水質質量太差，閥門積垢太多后堵塞時，會導致水泵馬達空燒而損壞，船舶傾斜控制系統隨之失效，這句話的描述中，沒有提到的系統特性是________(①整體性；②相關性；③環境適應性；④動態性；⑤目的性中選擇合適的選項，將序號填寫橫線處)。
解析　(1)船舶傾斜控制系統從手段和方式上來分析，無需人參與和通過反饋使船只在裝載或者卸載過程中保持垂直是自動和閉環控制；(2)系統控制的裝置是船舶所以被控對象是船舶；(3)液位變送器是執行器其輸出量液位差就是控制量；(4)這句話描述的是①②③④四種特性沒有提到目的性。
答案　(1)②　④　(2)④　(3)②　(4)⑤
17.雨滴感應式自動雨刷控制系統使駕駛員免除手動操作雨刷的麻煩，傳感器將檢測出的雨滴大小變成電信號，傳遞給單片機，單片機根據電信號的強弱控制直流電動機的轉速，從而控制雨刷的速度，使得雨刷的速度與雨量大小相適應。請根據描述，完成以下任務：
(1)該系統的控制方式和控制手段分別屬于________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)該系統的被控對象是________，執行器是________(在①雨刷；②雨量；③直流電動機；④單片機中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(3)雨滴感應式自動雨刷控制系統會受到各種干擾，以下因素中不屬于干擾因素的是________(在①雨刷器上的沙塵；②霜凍；③特大暴雨中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)。
解析　無人參與且無反饋控制手段是自動控制，控制方式是開環控制；電動機接收電信號直接對雨刷控制故被控對象是雨刷，執行器是直流電動機；特大暴雨是輸入量。故不是干擾因素。
答案　(1)②　③　(2)①　③　(3)③
18.如圖所示是空氣能熱水器控制系統。其工作過程是：溫度傳感器檢測儲水箱中的水溫，把信號反饋給微電腦控制器，與設定的溫度值進行比較，達到設定的溫度值時，控制器控制蒸發器、壓縮機關閉。請回答下列問題。
(1)該定量控制系統的控制方式屬于________(在①閉環控制；②開環控制中選擇一項，將序號填寫在“________”處)；
(2)溫度傳感器在該控制系統中屬于________(在①輸入處理裝置；②檢測反饋裝置中選擇一項，將序號填寫在“________”處)；
(3)該控制系統的執行器與控制量分別是________、________(在①微電腦控制器；②蒸發器、壓縮機；③熱量；④溫度值中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(4)溫度傳感器應該安裝在________里(在①膨脹閥；②蒸發器；③儲水箱中選擇一項，將序號填寫在“________”處)。
解析　該控制系統被控量是水溫且有反饋是閉環控制故(1)答案選①；溫度傳感器檢測儲水箱中的水溫，把信號反饋給微電腦控制器，與設定的溫度值進行比較是檢測裝置故(2)答案選②；系統的執行器(3)是②，它們的輸出量就是控制量故(3)答案選③；因為測量的是水溫所以應放置在水中故(4)答案是③。
答案　(1)①　(2)②　(3)②　③　(4)③
19.如圖所示為汽車電動助力轉向控制系統示意圖。其工作原理是電子控制單元ECU根據扭矩傳感器檢測到的轉向盤轉角信號、汽車速度信號和汽車負載信號綜合確定轉向助力大小和方向，并控制電動機相應轉動，電機作用于減速機構，減速機構帶動轉向齒輪、轉向齒條和連接桿使車輪轉到相應角度。請根據示意圖和描述，完成以下任務：
(1)該系統的控制手段和方式分別屬于________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)該系統的被控對象是________(在①電動機；②減速機構；③轉向齒輪、轉向齒條和連接桿④車輪中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(3)該系統中的負載信號的傳感器應選用________(在①速度傳感器；②力敏傳感器；③磁敏傳感器中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(4)下列屬于該系統干擾因素的是________(在①汽車剎車減速；②駕駛員猛打方向盤；③汽車進入強力磁場地區；④汽車駛過坑洼地帶中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)。
答案　(1)②　③　(2)④　(3)②　(4)③④
20.如圖所示是帶鋼糾偏控制系統。傳感器對帶鋼邊緣進行檢測，檢測結果送入微控制器，微控制器計算出偏差信號并給出相應的控制信號， 控制信號經伺服驅動器放大后送至伺服電機，電機帶動智能換向閥，換向閥驅動油缸動作，從而驅動糾偏執行機構移動，實現帶鋼糾偏。
①傳感器　②補償型控制放大器　③微控制器　④伺服電機　⑤換向閥　⑥油源　⑦油缸
請根據示意圖和描述，完成以下任務：
(1)該系統的輸入量是________(在①設定的帶鋼位置；②油缸的動作；③執行機構的移動方向中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)。
(2)系統設計中需要根據帶鋼寬度選擇傳感器的尺寸，這體現了系統的________(在①相關性；②整體性；③目的性中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)。
(3)傳感器對帶鋼邊緣進行檢測，將檢測結果送入微控制器并與輸入量進行比較的過程稱為________。
(4)關于該控制系統不需要做的試驗是________(在①異常運行試驗；②機械密封試驗；③帶鋼強度試驗；④正常運行試驗中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)。
解析　(1)設定的帶鋼位置是事先設定的量是系統的輸入量；(2)這是要素之間的關系是相關性；異常運行試驗的目的是提高系統可靠性，可能避免不應有的事故發生。如“外部突然斷電試驗”，當設備在手動或自動運行時，不論在何種情況下，對于外部的突然斷電，均能可靠停止，且通過規定的操作步驟能使設備恢復正常工作。
答案　(1)①設定的帶鋼位置　(2)①相關性　(3)反饋　(4)③帶鋼強度試驗
21.如圖是兩種不同的氣壓控制。圖甲是小型車載充氣泵，給輪胎充氣前預設一個胎壓值，充氣后胎壓達到預設值時，電機關閉，充氣結束。圈乙是空氣壓縮機，當儲氣罐內氣壓低于2 atm(標準大氣壓)時，氣泵啟動，儲氣罐充氣；當儲氣罐內氣壓高于3 atm時，氣泵關閉，停止充氣。根據要求，完成下列各題。
(1)圖甲和圖乙的充氣控制分別屬于________和________(在①開環控制；②閉環控制中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(2)上述圖甲和圖乙的控制中，被控對象分別為________和________ (在①電機；②車胎：③儲氣罐；④氣泵中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(3)圖甲的控制過程中，以下不屬于干擾因素的是________(在①供電電壓的波動：②胎壓傳感器測量不準確；③充氣皮管漏氣；④改變預設氣壓中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(4)車載充氣泵依靠車內12 V電源供電，設計時不能單純為了提高充氣速度而提高電機功率，需要考慮到電機功率和車載電源的供電平衡。這體現了系統分析的________(①綜合性；②整體性；③科學性；④目的性中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)。
答案　(1)①　② 　(2)②　③　(3)④　(4)①
22.如圖所示是一款平衡車。電動獨輪平衡車主要通過控制器(智能芯片)、姿態傳感器(陀螺儀)、執行器(電機)三部分來實現平衡。當駕駛者傾斜身體時，姿態傳感器輸出相應姿態信息，控制器感知到這個信息后，命令電機向相應方向旋轉，姿態傳感器按一定頻率不停地測量車子姿態，并輸出姿態息到控制器，控制器不停地調整電機的轉動方向和轉速，這樣就保持了一個動態的平衡。
根據上述說明，回答下列問題：
(1)該系統的控制手段和控制方式分別屬于________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，將序號填入“________”處)。
(2)該控制系統的控制器和被控對象分別是________和________(在①人體；②姿態傳感器；③智能芯片；④電機；⑤獨輪車中選擇合適的選項，將序號填入“________”處)。
(3)在實際車運行過程中，由于平衡車本身的運動所產生的加速度會使得輸出信號無法準確反映真正的傾角。這被稱為該控制系統的________。
答案　(1)②　③　(2)③　⑤　(3)干擾因素
23.(1)如圖所示，工程師恩格爾伯格(Joseph Engelberger)與機械運動學、人體解剖學和計算機等領域的專家組建團隊，共同研發了世界上第一臺工業機器人，體現技術的創新性，也體現技術________性質。該團隊在研發該產品時采用了________(①綜合性；②兩面性；③專利性；④功能模擬法；⑤黑箱方法從上述選項中選一項，將序號填入“________”中)。
(2)如圖所示，為將一個物體從A移到B位置，需要一個龐大系統來實現，從系統分析綜合性原則考慮，首先要解決________(①回轉伺服控制器；②視覺系統；③控制計算機；④通訊協議；⑤滑覺與力覺傳感器，從上述選項中選一項，將序號填入“________”中)。
答案　(1)①　④　(2)②
24.如圖所示的減速器是常用的機械部件。工程師為了判斷其內部故障，通常轉動輸入軸，根據發出的聲音來判斷故障。該診斷方法屬于(　　)
A.黑箱方法 B.功能模擬法
C.干擾法 D.虛擬試驗法
答案　A
25.如圖所示為一款可穿戴式仿生機械腿，整套系統采用了仿生設計，通過傳感器檢測感知，以內置電動馬達為動力，將它穿在身上后，可以提供必要的支撐力，在雙手手杖的輔助下，讓人重新站立。這款機械腿的行為屬于(　　)
A.反饋方法 B.奇特性構思方法
C.黑箱方法 D.功能模擬法
解析　這款機械腿是用“模型”模擬“原型”的功能和行為，所以答案是D。
答案　D
26.為了測量集成電路芯片好壞，可以采用電壓測量法：先給集成電路接上工作電壓，然后測出各引腳對地的電壓值，依此來判斷集成電路的好壞。這種方法是(　　)
A.黑箱方法 B.移植方法
C.虛擬方法 D.功能模擬法
解析　先給集成電路接上工作電壓是輸入信號，然后測出各引腳對地的電壓值是輸出信號，通過輸入和輸出的關系進而判斷集成電路的好壞，是黑箱方法。故答案選A。
答案　A
課件23張PPT。第三節　閉環控制系統的干擾與反饋1.反饋的含義自動控制系統中，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稱為 。
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，稱為反饋方法。 反饋2.簡單控制系統運行的主要干擾因素在控制系統中，除輸入量(給定值)以外，引起被控量變化的各種因素稱為 。 干擾因素3.閉環控制系統中反饋環節的作用 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，從而減少輸出量的偏差，穩定輸出量。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。 4.閉環控制系統的工作過程 (1)由于干擾因素等的存在，系統的被控量偏離 。
(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 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。 給定值偏差信號5.功能模擬方法和黑箱方法(1) ：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。
(2) ：把將要研究的系統作為黑箱，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。 功能模擬方法黑箱方法一、 干擾與反饋
干擾使控制系統的輸出量(或被控量)偏離給定值。
反饋使控制系統的輸出量(或被控量)趨于穩定。【典例1】　洲際彈道導彈是一種無人駕駛的無翼飛行器，以慣性制導為主。慣性制導(inertial guidance)是利用陀螺儀和加速度表組成的慣性測量裝置測量導彈的運動參數，控制其按預定路線飛行的一種制導方式。整個制導系統由慣性測量裝置、計算機和執行機構等組成。慣性測量裝置測出導彈運動參數的變化，計算機根據實時測得的數據、發射前輸入的初始條件和重力影響等數據，算出導彈的實際飛行速度、航向、姿態和坐標，并將這些數據與制導程序要求的預定值進行比較，根據偏差大小產生相應的制導指令，執行機構根據制導指令控制導彈沿正確的路線飛行。請根據示意圖和描述，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)該控制系統的控制器和被控對象分別是________和________(在①陀螺儀；②計算機；③加速度表；④洲際導彈中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；(3)導彈在飛行過程中會受到外界環境的各種干擾，以下不屬于干擾因素的是________在①計算機等裝置設置的預定路線；②紅外光輻射來誘導導彈偏離目標；③飛行過程中碰到了飛鳥中選擇合適的選項，將序號填寫在“________”處)；
(4)慣性測量裝置測量導彈的運動參數變化并與制導程序要求的預定值進行比較，這一過程稱為________。解析　導彈運行過程不需要人直接干預，人只是給控制發出指令或設置相關信息，控制過程有反饋，故(1)選②④。洲際導彈是該系統所要控制的裝置是被控對象。計算機是接收偏差信號并進行處理和發出指令的裝置是控制器，故(2)答案選②④。根據干擾和反饋的定義可知(3)(4)答案選① 和反饋。
答案　(1)②　④　(2)②　④　(3)①　(4)反饋[方法總結]　判斷控制系統是開環控制還是閉環控制，主要是分析系統是否有反饋，是人工還是自動控制要看開始和結束或全程人是否參與；干擾只要將輸入量排除其他能引起輸出量變化的都是干擾因素，任何系統都會受到干擾，閉環控制系統由于具有反饋過程能起到抗干擾的作用，控制精度高；也必須注意有些是外界因素但對系統不產生任何影響那不是干擾因素。
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。變式訓練1　(2016·3浙江高考)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
解析　該題是開環控制，控制過程是響鈴時間順序設定到控制器(電腦)，電腦發出指令給執行器(功率放大器)，控制被控對象(音箱)發出鈴聲(輸出量)。故答案選D。
答案　D變式訓練2　(2016·3浙江高考)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
解析　響鈴時間順序設定是輸入量，根據干擾的定義它不屬于干擾。故答案選B。
答案　B變式訓練3　如圖所示是智能清潔機器人，具有吸塵、防撞功能。吸塵系統用電機帶動清掃刷轉動，清掃灰塵并將灰塵集中于吸風口處，由吸塵機構制造的吸力將灰塵吸入灰塵存儲器中。防撞系統中傳感器檢測周圍的障礙物，單片機對信號加以判斷，控制電機驅動輪子改變方向，躲避障礙。以下分析正確的是(　　)A.吸塵系統屬于開環控制，吸塵系統的被控對象是灰塵存儲器
B.防撞系統中傳感器檢測周圍的障礙物，防撞系統屬于閉環控制
C.防撞系統的傳感器可以選用紅外傳感器
D.防撞系統的被控對象是輪子
解析　本題這二個系統都是開環控制系統，選項A被控對象是灰塵，防撞系統中傳感器檢測的是輸入量，系統是開環，防撞系統應選用位移傳感器，輪子是防撞系統控制的被控對象。故答案選D。
答案　D二、功能模擬方法和黑箱方法實現自動控制的方法之一功能模擬法，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。
研究系統的方法之一黑箱方法，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。 【典例2】　如圖所示為中科院研發的一款智能機器人，能模仿人唱歌、跳舞等。這種用機器人模仿人的功能和行為的方法屬于(　　)A.黑箱方法 B.移植方法
C.虛擬方法 D.功能模擬方法
解析　本題考查功能模擬法的概念。功能模擬法是指用“模型”模擬“原型”的特定功能、行為的方法。“用機器人模仿人的功能和行為”符合功能模擬法的概念。故答案是D。
答案　D[方法總結]　功能模擬法是指用“模型”模擬“原型”的特定功能、行為的方法，而黑箱是一個內部結構、功能未展示的系統，是通過輸入和輸出進行判斷的。變式訓練1　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　A、B、C、三個選項均是通過輸入和輸出來判斷功能狀況的是黑箱方法。D項是能夠看清內部結構的。故不是黑箱方法。
答案　D變式訓練2　如圖所示方框中是一電路結構，請你根據輸入和輸出進行判斷內部電路結構是下列哪種結構(　　)解析　本題考查的是黑箱方法，根據題意輸入是12 V，輸出是4 V，電路的分壓原理可知C答案符合題意。
答案　C

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