专题八 控制及其设计-普通高中春招考试备考教材 通用技术（第六版）

专题八　 控制及其设计 课程标准 １．理解控制、控制系统的含义及在生产和生活中的应用，通过案例分析了解手动控制、 自动控制、智能控制的特点。 ２．熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成与工作过程，理解其中的控制 器、执行器等的作用，了解干扰现象和反馈原理，并用方框图表达控制系统的工作过程。 ３．根据控制系统的控制要求，确定被控量、控制量，进行简单的控制系统的方案设计，并 搭建一个简易的控制系统装置，进行调试运行和综合评价。 考试要求 知识点 内　 容 考试层次 Ａ Ｂ Ｃ 控制的含义及分类 控制的含义，手动控制与自动控制，开 环控制与闭环控制 √ 控制系统的组成和描述 控制系统的基本组成和工作过程，控制 系统方框图 √ 干扰与反馈 控制系统的干扰因素，反馈环节在闭环 控制系统中的应用 √ 控制系统的设计 控制系统的设计思路及方法 √ 知识点拨 第一节　控制的含义及分类 １．控制的含义 人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是 控制。 １６１ ２．控制的分类 （１）根据控制手段分为手动（人工）控制和自动控制 •手动（人工）控制：必须在人的直接干预和全程干预下才能完成的控制。 •自动控制：不需要人的干预，就可按期望规律或预定程序进行的控制。 •判断是手动控制还是自动控制的方法：只要人参与系统的控制过程，就是手动控制， 只设定输入量并未在控制的过程中进行操作的情况应排除，反之是自动控制。 比如家中空 调的调温系统，人设定温度只是设定输入量，空调温度控制系统的控制过程中并不包括人的 操作，所以该系统是自动控制系统。 （２）根据控制方式分为开环控制和闭环控制 •开环控制：控制系统的输出量不对系统的控制过程产生影响的控制。 •闭环控制：能将系统的输出量反馈到输入端进行比较，并根据它们的差别（误差）及时 调整控制作用，使控制的误差减小的控制。 判断是开环还是闭环控制的方法：关键看系统的输出端与输入端之间是否存在反馈回 路，输出量对控制过程是否产生影响。 分析当控制效果（即被控量）发生变化时，如给被控对 象或被控量施加一些干扰，控制系统能否通过反馈来减少被控量（输出量）的偏差，如果能， 则为闭环控制，否则为开环控制。 判断闭环控制的步骤如下：确定控制目的→确定输出量→ 确定控制对象→确定输出量是否被检测送回输入端→对下一轮控制产生影响。 如果控制过 程在不断修正，并把输出量随时反馈到输入端，即为闭环控制。 典型案例分析 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　【案例 １】下列事例属于自动控制的是（　 　 ）。 Ａ．电梯的上下运行 Ｂ．用气筒给自行车的轮胎充气 Ｃ．摇动辘轳，提取井水 Ｄ．调节挡位控制风扇的风速 【答案】Ａ 【解析】本题主要考查手动控制与自动控制。 判断是手动控制还是自动控制的方法：只 要有人参与控制过程，不管是全程还是部分参与控制过程，就是手动控制，反之是自动控制。 本题中只有 Ａ 选项不需要人的直接参与就可按预定程序进行。 所以本题的正确答案是 Ａ。 【案例 ２】下列控制系统属于闭环控制系统的是（　 　 ）。 Ａ．红绿灯定时控制系统 Ｂ．广场音乐喷泉控制系统 Ｃ．冰箱温度控制系统 Ｄ．银行自动门开关控制系统 【答案】Ｃ 【解析】本题主要考查开环控制与闭环控制。 闭环控制系统的特点是能将控制的结果反 馈回输入端并与希望值进行比较，根据比较的误差及时调整控制功能，使误差减小。 因此判 断是开环控制还是闭环控制主要是确定输出量是否被检测送回输入端，对下一轮控制是否 产生影响。 只有 Ｃ 选项中冰箱内被控制后的实际温度会对下一轮的控制产生影响。 所以本 ２６１ 题的正确答案是 Ｃ。 【案例 ３】小明同学在上学、放学路上发现，街道上的路灯有时由于没有及时关闭而浪费 电，而有时天黑了灯又没有及时打开，为此他设计了一个控制系统，该控制系统能够使路灯 在天亮时关闭，在天黑后打开。 该控制系统属于（　 　 ）。 Ａ．手动控制系统、开环控制系统 Ｂ．自动控制系统、开环控制系统 Ｃ．手动控制系统、闭环控制系统 Ｄ．自动控制系统、闭环控制系统 【答案】Ｂ 【解析】本题主要考查控制系统的分类。 该控制系统能根据天气自动打开或关闭路灯， 不需要人直接参与控制过程，所以属于自动控制；且该控制系统的输出量路灯灯光不会对下 一轮控制结果产生影响，所以属于开环控制。 故本题的正确答案是 Ｂ。 【案例 ４】如图 ８⁃１ 所示是一款无人驾驶汽车，它能利用车载传感器来感知车辆周围环境， 图 ８⁃１ 并根据感知所获得的道路、车辆位置和障碍物等信息，控制车辆的 转向和速度，自动规划行车路线，并按规划的路线安全、可靠地到 达目的地。 该无人驾驶汽车控制系统属于（　 　 ）。 Ａ．手动控制系统、开环控制系统 Ｂ．自动控制系统、开环控制系统 Ｃ．手动控制系统、闭环控制系统 Ｄ．自动控制系统、闭环控制系统 【答案】Ｄ 【解析】本题主要考查控制系统的分类。 该控制系统能根据道路环境自动规划行车路 线，不需要人直接参与控制过程，属于自动控制；且该控制系统能将控制结果反馈回输入端 进行比较，随时根据偏差及时调整行驶方向和速度，使车辆安全到达目的地，属于闭环控制。 故本题的正确答案是 Ｄ。 检测练习 单项选择题 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　１．下列事例不属于控制的是（　 　 ）。 Ａ．将降落的雨水收集起来用于灌溉农田 Ｂ．风力发电 Ｃ．“嫦娥二号”卫星发射成功 Ｄ．火山喷发 ２．下列事例属于自动控制的是（　 　 ）。 Ａ．按钮开关的控制 Ｂ．光控路灯点亮的控制 Ｃ．投掷飞镖的控制 Ｄ．人工调节容器内液面高度的控制 ３．下列控制系统属于开环控制系统的是（　 　 ）。 Ａ．电风扇的机械定时开关控制系统 Ｂ．高压锅压力控制系统 Ｃ．抽水马桶水箱的水位控制系统 Ｄ．花房恒温控制系统 ３６１ 图 ８⁃２ 　 　 ４．如图 ８⁃２ 所示，在一些公共场所的洗手池边安装了感应式洗手液 自动挤出器，当人手靠近时，机器会自动挤出洗手液，该控制系统属于 （　 　 ）。 Ａ．自动控制系统、开环控制系统 Ｂ．自动控制系统、闭环控制系统 Ｃ．手动控制系统、闭环控制系统 Ｄ．手动控制系统、开环控制系统 图 ８⁃３ ５．如图 ８⁃３ 所示为一款智能马桶盖，它具有保持冲洗水温在 ３０ ℃左右的功能，当传感器检测到水温过低时加热器加热，反之 则停止加热。 以下对该控制装置分析正确的是（　 　 ）。 Ａ．属于开环控制、自动控制 Ｂ．属于开环控制、手动控制 Ｃ．属于闭环控制、自动控制 Ｄ．属于闭环控制、手动控制 ６．精确制导导弹的工作原理是：在导弹发射时，先用卫星摄像机拍摄目标，并将目标的 图像保存在导弹中，导弹发射后，弹头前的摄像机不断将导弹前方的图像送到导弹内的信号 处理单元，信号处理单元将摄像机送回的图像与存储的图像进行比较，并根据它们的误差调 整飞行方向，最终击中目标。 该控制系统的控制手段和控制方式分别属于（　 　 ）。 Ａ．手动控制、开环控制 Ｂ．自动控制、开环控制 Ｃ．手动控制、闭环控制 Ｄ．自动控制、闭环控制 图 ８⁃４ ７．如图 ８⁃４ 所示为一款汽车上的智能感应雨刷器，这种 雨刷器能通过雨量传感器采集数据，然后控制芯片根据雨量 的大小，通过雨刷器电机智能调节雨刷摆动的频率，为驾驶 者提供良好的视野，从而大大提高雨天驾驶的安全性。 该控 制系统属于（　 　 ）。 Ａ．自动控制系统、闭环控制系统 Ｂ．自动控制系统、开环控制系统 Ｃ．手动控制系统、闭环控制系统 Ｄ．手动控制系统、开环控制系统 ８．当旅客携带金属制品通过机场安检处的金属探测门时，探测门即发出声音报警，该报 警控制系统的控制手段和控制方式属于（　 　 ）。 Ａ．手动控制、开环控制 Ｂ．自动控制、开环控制 Ｃ．手动控制、闭环控制 Ｄ．自动控制、闭环控制 ９．声光照明灯特别适用于车房、仓库、停车场等特殊场所，光线不足时，可以用声音来控 制开启，并且能够自动延时关闭，给人们带来了方便。 该照明灯控制属于（　 　 ）。 Ａ．电子控制、开环控制 Ｂ．电子控制、闭环控制 Ｃ．机械控制、开环控制 Ｄ．机械控制、闭环控制 ４６１ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　１０．关于以下控制系统，说法不合理 ∙∙∙ 的是（　 　 ）。 Ａ．自行车的刹车系统是手动、机械、开环控制系统 Ｂ．学校开水房电加热开水器的恒温控制系统是自动、电子、闭环控制系统 Ｃ．水塔的水位控制系统是自动、机械、开环控制系统 Ｄ．家中空调的恒温控制系统是自动、电子、闭环控制系统 第二节　控制系统的组成和描述 １．控制系统的组成和描述 •控制系统的组成实体：比较器（闭环）、控制器、执行器、被控对象、反馈环节（闭环）。 比较器：将被控量与给定量进行比较，求出偏差值（存在于闭环控制中）。 控制器：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。 执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件。 被控对象：控制系统中所要求控制的装置或生产过程。 反馈环节：检测被控量并返回到系统的输入端（存在于闭环控制中）的设备。 •控制系统传递的量：输入量（给定值）、控制量（执行器的输出信号）、被控量（输出量）。 输入量（给定值）：控制系统的给定量。 控制量：执行器的输出信号。 输出量（被控量）：控制系统所要控制的量，也是控制系统的输出信号。 ２．控制系统方框图 开环控制系统的结构框图如图 ８⁃５ 所示，其信号的传递从输入到输出是单向的。 图 ８⁃５ 闭环控制系统的结构框图如图 ８⁃６ 所示，其信号的传递从输出到输入增加了反馈环节， 构成一条闭合回路。 开、闭环控制系统的本质区别就是有无反馈环节。 图 ８⁃６ 常见的开、闭环控制系统方框图如下： 自动门的开环控制方框图如图 ８⁃７ 所示。 ５６１ 图 ８⁃７ 　 　 游泳池水位的开环控制系统方框图（设定时间以控制水位）如图 ８⁃８ 所示。 图 ８⁃８ 游泳池水位的闭环控制系统方框图（检测装置反馈控制水位）如图 ８⁃９ 所示。 图 ８⁃９ 抽水马桶水箱水位的控制系统方框图如图 ８⁃１０ 所示。 图 ８⁃１０ 加热炉的温度自动控制系统方框图如图 ８⁃１１ 所示。 图 ８⁃１１ 典型案例分析 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　【案例 １】如果将人和自行车看成一个控制系统，在人骑自行车的过程中，控制器和被控 对象分别是（　 　 ）。 Ａ．大脑、肢体 Ｂ．眼睛、肢体 Ｃ．眼睛、自行车 Ｄ．大脑、自行车 【答案】Ｄ ６６１ 【解析】本题主要考查控制系统的描述。 在骑车的过程中，人实际是在随时观察自行车 的行驶方向或路线，如果出现偏差，人就会控制自行车的行驶方向，及时纠正，在这个过程中 发出控制命令的部分是大脑；要对自行车行驶方向进行调整，是通过对自行车的控制来实现 的，所以控制的作用对象是自行车。 所以本题的正确答案是 Ｄ。 图 ８⁃１２ 【案例 ２】如图 ８⁃１２ 所示是一支防近视智能笔，内置红外传感 器，当使用者书写时头部过于接近桌面，红外感应器会感应到使 用者脸部反射的红外线信号，将信号传给中央处理器，通过芯片 的作用，机械部件产生联动，笔尖就会自动缩回，当使用者调整好 坐姿，笔尖又会自动伸出，恢复正常的书写功能。 在上述智能笔 的笔尖伸缩控制系统中，执行器和被控对象分别为（　 　 ）。 Ａ．芯片、机械部件 Ｂ．机械部件、笔尖 Ｃ．机械部件、学生 Ｄ．芯片、学生 【答案】Ｂ 【解析】本题主要考查控制系统的基本组成。 从题干可以分析出输入量是使用者脸部反 射的红外线信号；控制器是对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件，本题的控制 器为中央处理器；执行器是直接对被控对象进行控制的装置或元件，本题的执行器是机械部 件；被控对象是控制系统中所要求控制的装置或生产过程，本题的被控对象是笔尖，被控量 是笔尖缩回或伸出。 所以本题的正确答案是 Ｂ。 【案例 ３】如图 ８⁃１３ 所示是一种烘手器的控制系统结构框图。 该控制系统的执行器和被 控量分别是（　 　 ）。 图 ８⁃１３ Ａ．红外线开关、风机 Ｂ．红外线开关、热风 Ｃ．驱动电路、风机 Ｄ．驱动电路、热风 【答案】Ｄ 【解析】本题主要考查开环控制系统方框图。 从该控制系统的结构框图来看，输入量是 人手信号，控制器是红外线开关，执行器是驱动电路，被控对象是风机，被控量是热风。 所以 本题的正确答案是 Ｄ。 图 ８⁃１４ 【案例 ４】如图 ８⁃１４ 所示为一位科学家专门为女儿设计的一 辆有趣的“自行车”。 女儿只要用脚不停地蹬踩，就能给电视机供 电，想偷懒就看不到电视。 在整个控制过程中，系统的执行器和 被控量分别是（　 　 ）。 Ａ．脚、电视机供电 Ｂ．女儿、自行车 Ｃ．自行车、女儿 Ｄ．自行车、电视机供电 ７６１ 【答案】Ａ 【解析】本题主要考查控制系统的设计思路。 要设计好一个控制系统，应该明确这个系 统要达到的目的是什么，是怎样实现这个控制过程的。 分析题干得知该控制系统要达到的 目的是给电视机供电，实现的方式是通过人不停蹬踩给电视机供电，所以执行器是脚，被控 对象是电视机，被控量是电视机通电。 所以本题的正确答案是 Ａ。 【案例 ５】如图 ８⁃１５ 所示为一款水箱的水位自动控制系统示意图。 该控制系统的执行器 和被控量分别是（　 　 ）。 图 ８⁃１５ Ａ．阀门、实际水位 Ｂ．阀门、水箱 Ｃ．连杆机构、给定水位 Ｄ．阀门、给定水位 【答案】Ａ 【解析】本题主要考查闭环控制系统方框图。 从该控制系统的结构框图来看，输入量是 给定水位，控制器是连杆机构，执行器是阀门，控制量是阀门的开度，被控对象是水箱，被控 量（输出量）是实际水位。 所以本题的正确答案是 Ａ。 【案例 ６】如图 ８⁃１６ 所示为公共厕所人体感应自动供水系统示意图。 当探头检测到有人 进入厕所，控制器控制电磁阀打开，向水箱供水。 请根据示意图和描述回答 １、２ 题。 图 ８⁃１６ ８６１ 　 　 １．该系统的控制手段和控制方式分别属于 和 （在“①手动控制；②自 动控制；③开环控制；④闭环控制”４ 项中选择合适的两项，将序号填写在“ ”处）。 ２．电磁阀属于该控制系统中的 （在“①输入量；②控制器；③执行器；④被控对 象”４ 项中选择合适的一项，将序号填写在“ ”处）。 【答案】１．②③　 ２．③ 【解析】本题主要考查控制系统的分类及控制系统的基本组成。 该控制系统检测到有人 进入厕所后能自动打开水箱冲水，不需要人直接参与控制过程，所以属于自动控制；该控制 系统中输出量（水箱的水位）不会对下一轮控制结果产生影响，所以属于开环控制。 分析题 干可知本系统的输入量是人的红外线信号，执行器是电磁阀，被控对象是水箱。 图 ８⁃１７ 【案例 ７】如图 ８⁃１７ 所示是太阳能发电场，在太阳能跟踪 系统的控制下，可保持太阳能电池板随时正对太阳。 其控制 过程为：传感器检测太阳能电池板的位置坐标，然后控制器 控制动力装置根据不同季节和每日不同时间段的太阳光线 的位置对太阳能电池板作出相应调整，从而提高太阳能的发 电效率。 请根据示意图和描述回答 １、２ 题。 １．该控制系统属于开环控制系统还是闭环控制系统？ ２．请结合图 ８⁃１８，该控制系统的给定值是 ，执行器是 ，被控对象是 ，被控量是 （在“①太阳能电池板的位置坐标；②动力装置；③太阳光光线 的位置；④太阳能电池板”中选择合适的选项，将序号填写在“ ”处）。 图 ８⁃１８ 【答案】１．闭环控制系统　 ２．③②④① 【解析】本题主要考查控制系统的分类及控制系统方框图。 该控制系统能将获取的太阳 能电池板位置坐标与太阳光线的位置进行比较，从而影响下一轮的控制，所以属于闭环控制 系统；分析题干可知给定值是太阳光光线的位置，执行器是动力装置，被控对象是太阳能电 池板，被控量是太阳能电池板的位置坐标。 ９６１ 检测练习 一、单项选择题 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　１．小王用手从书架上取书，这个控制过程中的控制器、执行器和被控对象分别是（　 　 ）。 Ａ．手、大脑、书 Ｂ．书、大脑、手 Ｃ．大脑、书、手 Ｄ．大脑、手、书 ２．如图 ８⁃１９ 所示为一套装于门后使用的防盗报警系统。 使用时用户先将报警器隐蔽， 电源开关接通，当有人撬锁推门入室时，磁控传感控制电路会被触发从而接通报警器的电子 开关，报警器发出警报。 该报警系统的执行器是（　 　 ）。 Ａ．报警器 Ｂ．电子开关 Ｃ．电源开关 Ｄ．磁控传感控制电路 图 ８⁃１９ 图 ８⁃２０ ３．如图 ８⁃２０ 所示是一款盲人导航手表，手表内的声呐和传感器测量障碍物与人的距离，并 将信号发送给微处理器，随着盲人与障碍物距离的缩短，手表上的震动马达震动加快，使手表 的震动频率加快，从而提醒和警示盲人。 关于盲人导航手表控制系统，下列说法不正确 ∙∙∙ 的是 （　 　 ）。 Ａ．控制器是微处理器 Ｂ．控制量是障碍物与人的距离 Ｃ．被控对象是手表 Ｄ．执行器是震动马达 ４．广泛应用于公共场所的自动感应式水龙头的控制过程是：当传感器检测到人手靠近 时，电脑板就控制阀门开启，水龙头出水，手离开后阀门自动关闭。 该控制系统的执行器和 输入量分别是（　 　 ）。 Ａ．阀门、手的红外信号 Ｂ．手的红外信号、红外传感器 Ｃ．阀门、红外传感器 Ｄ．手的红外信号、水龙头 图 ８⁃２１ ５．如图 ８⁃２１ 所示为一款人脸自动识别签到系 统，当人脸靠近到一定距离时，摄像头上方的红外线 感应器将侦测到的信号输入电路模块，电路模块控制 摄像头进行拍照，从而完成签到。 下列对该控制系统 的分析正确的是（　 　 ）。 Ａ．输入量是人脸的红外线信号 Ｂ．该控制系统中存在比较和反馈环节 Ｃ．控制器是摄像头 Ｄ．被控对象是人脸 ０７１ ６．如图 ８⁃２２ 所示为一款风阻尼器，用于高层建筑应对强风的影响。 一个几百吨重的大 铁球通过弹簧和液压装置安装在高层建筑物的中上部，当强风来袭时，该装置使用传感器来 探测建筑物的摇晃程度，并通过计算机来控制弹簧、液压装置，推动大铁球向反方向运动，从 而降低建筑物的摇晃程度。 若把大铁球作为被控对象，下列分析不正确 ∙∙∙ 的是（　 　 ）。 Ａ．控制量是风力的大小 Ｂ．输入量是建筑物的摇晃程度 Ｃ．控制器是计算机 Ｄ．输出量是大铁球的运动方向和速度 图 ８⁃２２ 图 ８⁃２３ ７．如图 ８⁃２３ 所示是一款夹在书本上的预防近视提醒仪，能检测使用者头部与书本的距 离，当距离过近时，电脑板发出信息，使电子开关闭合，发光单元射出提示性文字和表情符号 用以提醒使用者。 在下列关于近视提醒仪控制系统的说法中，正确的是（　 　 ）。 Ａ．该系统为闭环控制系统 Ｂ．被控对象是使用者 图 ８⁃２４ Ｃ．执行器为电子开关 Ｄ．控制量是提示性文字和表情符号等警告信号 ８．如图 ８⁃２４ 所示为海尔公司在 ２０１０ 年柏林国际电子消费品展 销会上推出的一款环保人力驱动洗衣机。 这款环保洗衣机可以将 配套的动感自行车健身器材在使用时所产生的人力能量，经过能量 转换器变成电能，用于驱动洗衣机清洗衣物。 ２０ 分钟的运动可以支 持洗衣机用冷水清洗一次常量衣物。 该人力驱动洗衣机控制系统 的被控量是（　 　 ）。 Ａ．洗衣机运行或停止 Ｂ．脚踩的力 Ｃ．衣物 Ｄ．电能 图 ８⁃２５ ９．如图 ８⁃２５ 所示是一款自动感应垃圾桶，其控制过程为： 当手伸至一定距离时，垃圾桶上方的红外线感应器将侦测到 的信号输入电路模块，电路模块控制电机转动，电机转动开启 桶盖。 当手离开一段时间后，桶盖自动关闭。 在下列对该控 制系统的分析中，不准确 ∙∙∙ 的是（　 　 ）。 Ａ．被控对象是垃圾桶盖 １７１ Ｂ．控制器是红外线感应器 Ｃ．执行器是电机 Ｄ．输入量是手的红外线信号 １０．如图 ８⁃２６ 所示的电吹风的工作原理：接通挡位开关，由设定的挡位控制模块控制电 图 ８⁃２６ 机驱动风扇转动，产生不同类型的风输出。 该控制系统的输 入量和被控量分别是（　 　 ）。 Ａ．电吹风挡位、电热丝发热 Ｂ．电吹风挡位、不同类型的风 Ｃ．挡位控制模块、风扇转动 Ｄ．挡位控制模块、电机 二、综合分析题 图 ８⁃２７ １．如图 ８⁃２７ 所示为小明设计的一款婴儿摇篮，它能 根据婴儿的哭声自动摇摆摇篮，其工作原理为：婴儿发出 哭声，声电传感控制器就会把检测到的婴儿哭声信号转 换为电信号，并传送给伺服电机，伺服电机工作并带动摇 篮摇摆。 请将图 ８⁃２８ 中婴儿摇篮控制系统方框图补充 完整（在“摇篮；伺服电机；声电传感控制器；摇篮摇摆； 婴儿哭声信号”中选择合适的内容，填入图中的①②③ 处）。 图 ８⁃２８ 图 ８⁃２９ ２．如图 ８⁃２９ 所示的倒车雷达是汽车泊车或者倒车时 的安全辅助装置，它主要由超声波传感器探头、主机控制 器和蜂鸣器等组成。 汽车倒车时，由安装在车尾保险杠上 的探头发出和接收超声波信号，然后将信号输入主机控制 器，主机控制器据此计算出车体与障碍物之间的距离及方 位，当汽车与障碍物之间达到危险距离值时，电子开关就 接通蜂鸣器发出警报，提醒驾驶员注意安全。 该倒车雷达 控制系统的控制器是 ，被控对象是 ，输出值是 （在“①超声波传感 器探头；②主机控制器；③蜂鸣器；④警报声；⑤汽车与障碍物的实际距离”中选择合适的选 项，将序号填写在“ ”处）。 ３．广泛应用于校园的直饮机具有自动加热、保温、净化水质等功能。 其加热原理为：当 水温没有达到给定值时，控制电路发出信号，使继电器吸合，加热器开始工作，直饮机进入加 热状态；当温度上升到给定值时，加热器便停止工作。 请根据描述回答下列问题。 ２７１ 　 　 该直饮机加热控制系统的控制器是 ，执行器是 ，被控对象是 ，输出量是 （在“①直饮机；②水的实际温度；③控制电路；④加热器；⑤继 电器”五个选项中选择合适的选项，将序号填写在“ ”处）。 第三节　控制系统的设计、干扰与反馈 １．控制系统的设计思路 要设计好一个控制系统，应该明确这个系统要达到的目的是什么，所要控制的对象是什 么，被控对象有哪些重要的特性，被控量和控制量分别是什么，外界的主要干扰因素有哪些等。 设计一个控制系统，是选择开环控制还是闭环控制，应根据对控制精度的要求及条件的 可行性而定。 一般来说，开环控制系统的设计相对简单，而闭环控制系统的控制精度要求较 高，抗干扰能力较强。 ２．干扰因素 除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。 它可以作用在控 制系统中除输入量以外的各个部分，做题时要抓住“除输入量以外”“引起被控量变化”这两 个关键信息。 一般来说，闭环控制系统能不断修正控制效果，以减少被控量和基准量（希望值）之间的 误差，所以闭环控制系统比开环控制系统有更好的抗干扰能力。 干扰因素可能有一个，也可能有若干个。 有的干扰因素是由环境造成的，如影响自行车行 驶速度变化的自然风；有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。 ３．反馈 在自动控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较 的过程，就是反馈。 ４．功能模拟法 以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟“原型”的功能和行为的方法称为功能模拟 法。 做题时要抓住概念中“以功能和行为的相似性为基础”，如机械手模拟人的双手的功能。 ５．黑箱方法 把将要研究的系统作为黑箱，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部 结构及其功能的方法，就是黑箱方法。 如不拆开设备，通过仪器检测获取输入与输出的关 系，进而判断故障。 典型案例分析 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　【案例 １】某花农正在筹建一个小型花房，在冬季，花房中的温度一般控制在 １８ ℃左右， 在夏季，则一般控制在 ２５ ℃ 左右。 要设计该花房的温度控制系统，下列器件不需要 ∙∙∙ 的是（　 　 ）。 Ａ．温度控制器 Ｂ．加热器 Ｃ．摄像头 Ｄ．温度传感器 【答案】Ｃ ３７１ 【解析】本题主要考查闭环控制系统的设计。 该花房的温度控制系统要达到的目的是保持 花房内温度恒定在设定范围内，由此可知本系统是一个闭环控制系统，控制器是温度控制器， 执行器是加热器，反馈装置是温度传感器，只有摄像头不需要。 所以本题的正确答案是 Ｃ。 【案例 ２】小李同学准备设计一款可伸缩的晾衣控制装置，它能利用手动装置或电动装 置将晾衣绳连同衣物移到室外，下雨时将它整体收回室内。 关于该控制系统的目的，下列说 法最合理的是（　 　 ）。 Ａ．下雨时自动收回衣服 Ｂ．自动将晾衣绳和衣物移到室外 Ｃ．能预测是否会下雨 Ｄ．将晾衣绳和衣服移到室外或收回室内 【答案】Ｄ 【解析】本题主要考查控制系统的设计思路。 要设计一个控制系统，应该明确这个系统 要达到的目的是什么，该控制系统的设想是通过手动或电动装置实现晾衣装置的可伸缩，即 达到将晾衣绳和衣服移到室外或者收回室内的目的。 所以本题的正确答案是 Ｄ。 【案例 ３】某校学生设计了雨天自动关窗装置，其工作原理是：下雨时传感器把检测到的 雨水信号传给放大处理电路，驱动电动机运转，从而实现自动关闭窗户。 该控制系统的传感 器应选用（　 　 ）。 Ａ．温度传感器 Ｂ．光敏传感器 Ｃ．湿度传感器 Ｄ．位置传感器 【答案】Ｃ 【解析】本题主要考查开环控制系统的设计。 分析题干得知传感器要检测的是窗户上是 否有雨水，如果有雨水信号则启动电机关闭窗户，所以检测雨水信号应选用湿度传感器。 所 以本题的正确答案是 Ｃ。 【案例 ４】最近细心的市民发现某路边出现了神奇的按钮式红绿灯，其特点是行人要过 街时，只需按一下路旁信号灯灯柱上的按钮，行人过街的红灯随即变成绿灯，机动车道的绿 灯则变成红灯，行人就可以安全通过了。 以下不属于 ∙∙∙ 该控制系统干扰因素的是（　 　 ）。 Ａ．控制电路出现故障 Ｂ．供电电源出现故障 Ｃ．信号灯损坏 Ｄ．大雨天气 【答案】Ｄ 【解析】本题主要考查干扰因素。 除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素 称为干扰因素。 本题中控制电路出现故障、供电电源出现故障、信号灯损坏这些因素都会引 起被控量的变化，所以选项 Ａ、Ｂ、Ｃ 都属于干扰因素。 因此本题的正确答案是 Ｄ。 图 ８⁃３０ 【案例 ５】如图 ８⁃３０ 所示为一种电子警察，它是现代道路 交通安全管理的有效手段，计算机根据雷达探测到的汽车位 置变化信号，计算出汽车的行驶速度并判断其是否超速，如果 超速则启动照相机抓拍，照相机对超速车辆进行抓拍时会受 到各种干扰，以下不属于 ∙∙∙ 干扰因素的是（　 　 ）。 Ａ．噪声 Ｂ．大雾 Ｃ．沙尘 Ｄ．大雨 ４７１ 【答案】Ａ 【解析】本题主要考查干扰因素。 本题中大雾、沙尘、大雨这些变化不定的因素会对照相 机的拍摄效果造成不利的影响，所以 Ｂ、Ｃ、Ｄ 选项都属于干扰因素，只有噪声不会影响照相 机的抓拍。 所以本题的正确答案是 Ａ。 检测练习 一、单项选择题 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　１．下列关于干扰因素对控制系统的作用，说法正确的是（　 　 ）。 Ａ．干扰因素仅作用于被控对象上 Ｂ．干扰因素不会作用于开环控制系统 Ｃ．控制系统中的干扰因素会引起输出量发生变化 Ｄ．干扰因素都是不可以利用的 ２．某汽车的自适应巡航控制（ＡＣＣ）系统可以使汽车自动跟随前车行驶，能减轻驾驶员 的疲劳感。 其控制过程为：驾驶员需要设定跟车距离，在车辆行驶过程中，安装在车辆前部 的雷达持续检测与前车的实际距离，ＡＣＣ 控制单元将检测到的距离与设定的距离进行比较， 并调整发动机和变速箱的参数，改变轮胎的转速，使汽车与前车始终保持一定的距离。 该控 制系统的反馈装置是（　 　 ）。 Ａ．ＡＣＣ 控制单元 Ｂ．发动机和变速箱 Ｃ．轮胎 Ｄ．雷达 ３．温室大棚恒温控制系统中反馈环节检测的是（　 　 ）。 Ａ．设定的温度 Ｂ．大棚内实际温度 Ｃ．大棚外实际温度 Ｄ．加热器的温度 ４．如图 ８⁃３１ 所示是一款电动窗帘的控制系统方框图，按下调节面板上的相应按键后将 会驱动步进电机旋转一定的圈数，带动窗帘滑轨移动，使窗帘完成预定的开合动作。 如果按 下按键后发现步进电机转动，但窗帘没有移动，则可能发生的故障是（　 　 ）。 图 ８⁃３１ Ａ．步进电机长期使用导致损坏 Ｂ．连接步进电机与调节面板的线路出现故障 Ｃ．窗帘滑轨与步进电机间的连接结构断裂 Ｄ．按键被异物卡住 ５．在驾驶汽车沿特定路线行驶的过程中，驾驶员会随时控制汽车的行驶方向。 该控制 过程中充当反馈环节的物体是（　 　 ）。 Ａ．大脑 Ｂ．眼睛 Ｃ．肢体 Ｄ．汽车 ５７１ 　 　 ６．恒温式燃气热水器能不断调整燃气的供应量，保证出水温度恒定，该闭环控制系统的 反馈装置检测量是（　 　 ）。 Ａ．燃气供应量 Ｂ．设定的水温 Ｃ．出水温度 Ｄ．火焰温度 ７．中医看病通过“望、闻、问、切”来了解病人的情况，最后对病情做出判断，这种方法是 （　 　 ）。 Ａ．黑箱方法 Ｂ．模拟法 Ｃ．虚拟法 Ｄ．功能模拟法 ８．日本某餐厅有一款智能机器人，能模仿厨师烹饪各种美食。 这种用机器人模仿人的 功能和行为的方法属于（　 　 ）。 Ａ．黑箱方法 Ｂ．移植法 Ｃ．虚拟法 Ｄ．功能模拟法 图 ８⁃３２ 如图 ８⁃３２ 所示是某水温控制系统的示意图。 水 蒸气对容器中的水加热后变成冷凝水排出。 热电偶 对出水的温度进行检测，并将测得的信号送到 ＰＩＤ 控制器与设定的温度比较，ＰＩＤ 控制器根据偏差值控 制电磁阀调节水蒸气的供给量。 根据以上控制过程 回答 ９、１０ 题。 ９．在下列关于该水温控制系统的说法中，不合理 ∙∙∙ 的是（　 　 ）。 Ａ．该控制系统是自动闭环控制系统 Ｂ．被控制对象是冷凝水 Ｃ．电磁阀是执行器，水蒸气的供给量是控制量 Ｄ．热电偶是温度检测仪，是反馈检测装置 １０．下列因素的变化对水蒸气供给量的调节没有影响的是（　 　 ）。 Ａ．冷凝水的温度 Ｂ．进水的温度 Ｃ．热电偶的性能 Ｄ．ＰＩＤ 控制器的设定参数 图 ８⁃３３ １１．如图 ８⁃３３ 所示为一款磁浮水晶灯，位置传感器时刻检测水晶球 的高度变化，控制芯片根据检测结果改变底座中电磁线圈的电流强度， 从而改变作用于水晶球的磁悬浮力大小，使水晶球的高度稳定在设定高 度。 关于该控制系统，以下说法正确的是（　 　 ）。 Ａ．被控对象是电磁线圈 Ｂ．该控制系统是开环控制 Ｃ．输出量为电流强度 图 ８⁃３４ Ｄ．输入量为水晶球的设定高度 １２．如图 ８⁃３４ 所示是工业锅炉利用重锤进行压力控制的示 意图，重锤挂在横杆上，杆的支点在最左端，中间是锅炉的排气 孔。 当锅炉内的蒸汽压力过大，超过设定值，就会冲开排气孔上 的重锤，释放一定量的气体；气体释放后，气压降低，使得重锤又 ６７１ 重新落入封闭排气孔。 周而复始，以保持锅炉内的气压不超过规定值。 关于该压力控制系 统，以下说法正确的是（　 　 ）。 Ａ．将重锤往横杆的左端移动一段距离，可以增大锅炉的蒸汽压力 Ｂ．该控制系统需要人为调节重锤的位置，是一种人工控制 Ｃ．该压力控制系统存在反馈环节 Ｄ．输出量是排气孔是否释放气体 １３．有一种智能室内通风系统，它的工作原理为：气敏传感器检测空气中的二氧化碳浓 度，模块化集成芯片根据二氧化碳浓度自动调节气阀的开度，从而改变干净空气的输送量。 关于该控制系统，以下说法不正确 ∙∙∙ 的是（　 　 ）。 Ａ．控制器是模块化集成芯片 Ｂ．房间的窗户及房门的开闭是本系统的干扰因素之一 Ｃ．被控对象是二氧化碳浓度 Ｄ．输出量是室内空气的二氧化碳实际浓度值 在我国的北方地区，大多采用集中供暖的方式提供高温水汽入户。 如图 ８⁃３５ 所示是暖 气恒温控制系统的示意图，各家庭在采暖季节需要依据各户的要求设定室内温度，当室内温 度低于设定温度时，自动恒温暖气阀就会利用感温元件来控制阀门开启，调节合适的高温水 汽流入室内散热器，直到室内空气被加热到设定的温度值时关闭阀门，高温水汽就不再流入 散热器，室内空气不再被加热。 待室内温度下降时再次开始加热过程，如此循环以达到实现 恒温的目的。 根据以上的描述完成 １４、１５ 题。 图 ８⁃３５ １４．下列说法不合理 ∙∙∙ 的是（　 　 ）。 Ａ．感温探头是反馈元件 Ｂ．这是一个自动闭环控制系统 Ｃ．温控阀门属于该控制系统的执行器 Ｄ．室内设定的温度越高，一天内阀门打开的时间越短 １５．下列因素的变化对阀门开闭没有影响 ∙∙∙∙ 的是（　 　 ）。 Ａ．感温探头失效 Ｂ．房间经常开关门窗 ７７１ Ｃ．管道内外界流入的高温水汽的温度下降 Ｄ．房间内人员的走动 二、综合分析题 图 ８⁃３６ １．如图 ８⁃３６ 所示为一款汽车遥控钥匙，该汽车门锁遥控系统的 发明让车主无须用传统钥匙探明锁孔，远距离就能完成车门锁的开 启和关闭。 其工作原理是：遥控钥匙按键输入开锁 ／闭锁信号，通过 发射器发射，汽车天线接收该信号，经电子控制器识别解码后驱动 电动机带动车门门锁完成开锁 ／闭锁动作。 请根据示意图和描述回 答下列问题。 （１）该遥控钥匙控制系统属于 （在“①开环控制；②闭环控制”两个选项中选择 合适的一项，将序号填写在“ ”处）。 （２）该汽车门锁遥控系统的输入值是 ，控制器是 ，执行器是 （在“①开锁 ／闭锁信号；②电动机；③发射器和天线；④电子控制器”４ 项中选择合适的选项， 将序号填写在“ ”处）。 （３）下列不属于 ∙∙∙ 该控制系统干扰因素的是 （在“①车外有异物；②发射器失灵； ③电压不够，电机无法正常工作”三项中选择合适的选项，将序号填写在“ ”处）。 图 ８⁃３７ ２．如图 ８⁃３７ 所示为一款无人驾驶婴儿车，婴儿车内置 驱动电机、摄像头以及各种传感器和控制芯片。 婴儿车有 三种工作模式，在全自动模式下，车会随着父母一起前进、 后退或转弯，使车与父母的距离始终保持在设定范围内；在 遇到障碍物时，它还会自动减速、停止，一旦婴儿车离开安 全范围，父母的手机就会自动收到提醒信息。 请根据示意 图和描述回答下列问题。 （１）婴儿车随着父母一起前进、后退或转弯（跟随）的控制方式属于 ；遇到障碍 物自动减速、停止的控制方式属于 ；婴儿车离开安全范围，父母的手机会自动收到 提醒信息的控制方式属于 （在“①开环控制；②闭环控制”中选择合适的选项，将序 号填写在“ ”处）。 （２）在上述婴儿车跟随父母前进、后退或转弯的控制系统中，控制器是 ，执行器 是 （在“①驱动电机；②摄像头；③传感器；④控制芯片”４ 项中选择合适的选项，将 序号填写在“ ”处）。 （３）在婴儿车遇到障碍物减速、停止的控制系统中，输出量和控制量分别是 和 （在“①婴儿车速度；②婴儿车与障碍物的距离；③婴儿车与父母的距离；④驱动电 机的转速”４ 项中选择合适的选项，将序号填写在“ ”处）。 ８７１ 知识结构 专题检测 一、单项选择题（共 ２５ 小题，每小题 ２ 分，共 ５０ 分） 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　１．下列属于闭环控制的是（　 　 ）。 Ａ．公交车车门的开关控制 Ｂ．自动保温电热水壶的保温控制 Ｃ．电风扇的机械定时开关控制 Ｄ．电梯超载发出警报的控制 ２．如图 ８⁃３８ 所示是小伊同学利用虹吸原理制作的自动浇花器，其工作过程为：当花盆下 碟子中的水位低于设定水位线（进气管高度）时，空气便会从进气管进入水箱，排挤出等量的 水，再从出水管流入碟子中，到达水位线时停止出水，从而让碟子里的水位始终保持在设定 水位线。 该自动浇花控制系统属于（　 　 ）。 图 ８⁃３８ Ａ．自动控制系统、开环控制系统 Ｂ．自动控制系统、闭环控制系统 ９７１ Ｃ．手动控制系统、闭环控制系统 Ｄ．手动控制系统、开环控制系统 图 ８⁃３９ ３．如图 ８⁃３９ 所示是美国某公司研发的一款疼痛缓解设备，该设 备佩戴在小腿上，能为患有慢性疼痛疾病的人减少痛苦，它的工作 原理是：设备释放电流刺激感觉神经，接着感觉神经发出脉冲信号 示意大脑，使其产生天然的镇痛剂，来缓解疼痛。 该疼痛缓解设备 的控制属于（　 　 ）。 Ａ．手动控制、开环控制 Ｂ．自动控制、开环控制 Ｃ．手动控制、闭环控制 Ｄ．自动控制、闭环控制 ４．在电冰箱的温度控制系统（图 ８⁃４０）中主弹簧及连接杆是（　 　 ）。 图 ８⁃４０ Ａ．被控对象 Ｂ．执行器 Ｃ．控制量 Ｄ．控制器 ５．如图 ８⁃４１ 所示为自行车刹车控制系统方框图，其控制过程为：刹车时，施加一定的握 把力，通过杠杆系统，使刹车片压紧车圈（或轮轴），车轮减速，刹车握紧力与车轮转速一一对 应。 该控制系统的执行器是（　 　 ）。 图 ８⁃４１ Ａ．握把 Ｂ．杠杆系统 Ｃ．刹车片 Ｄ．车轮 图 ８⁃４２ ６．如图 ８⁃４２ 所示为一款扫地机器人，可实现自动导航并对地 面进行清扫和吸尘。 其清扫过程为：微电脑控制直流电机运行，驱 动风机高速运转，使吸尘器内部形成瞬间真空，内部的气压大大低 于外界的气压，在这个气压差的作用下，尘埃和脏物随着气流进入 机器人筒体内。 下列分析不正确 ∙∙∙ 的是（　 　 ）。 Ａ．该扫地机器人的清扫系统属于开环控制系统 Ｂ．控制器是微电脑 Ｃ．被控量是尘埃和脏物吸入机器人筒体 Ｄ．房间内的噪声会对该清扫系统造成干扰 ７．随着音乐信号的变化而变化的音乐喷泉是控制技术的一种具体应用。 其工作过程 是：由声—电转换装置将不同的音乐信号强度转换为随之变化的电信号，电信号通过变频器 控制水泵转动。 音乐声信号强，水泵的转速就快，水压上升，喷出的水柱就高。 反之，喷出的 ０８１ 水柱就低。 音乐信号的强弱与喷泉水柱的高低一一对应。 该控制系统的输出量是（　 　 ）。 Ａ．音乐信号的强弱 Ｂ．喷泉水柱的高低 Ｃ．电信号 Ｄ．水泵的转速 图 ８⁃４３ ８．如图 ８⁃４３ 所示是一款能够监控机房内温度、湿度的仪器。 当房内的温度或湿度高于设定上限或低于设定下限时，机器会自 动发出报警声。 以下分析正确的是（　 　 ）。 Ａ．机房内外的声音会对该报警系统产生干扰 Ｂ．温度、湿度的上、下限要人为设定，该报警系统为人工 控制 Ｃ．房内的温度、湿度是输入量，报警声是输出量 Ｄ．该控制系统的执行器是报警器 图 ８⁃４４ ９．如图 ８⁃４４ 所示为一款人工胰腺系统，该系统由血糖检测 仪、胰岛素泵、安全控制器三部分组成。 整个系统能模拟胰腺分 泌，持续注射胰岛素。 其工作过程为：当血糖检测仪测到佩戴者的 血糖水平升高后，指示胰岛素泵注射相应剂量的胰岛素，当血糖水 平达到预设值后，注射将自动停止，以防低血糖事件发生。 该人工 胰腺系统的执行器是（　 　 ）。 Ａ．血糖检测仪 Ｂ．安全控制器 Ｃ．胰岛素泵 Ｄ．人工胰腺系统 １０．如图 ８⁃４５ 所示为一款循迹小车，在其车头底部装有两个灰度感应探头，当左侧探头探 测到黑色信号，控制电路驱动电机增加小车右轮的转速使车子左转，直到探测头探测不到黑色 信号；右侧探头探测到黑色信号时，操作相反；当左右探测头都没有探测到黑色信号时，左右轮 的电机转速相同，车子直行。 关于该循迹小车的控制系统，以下说法正确的是（　 　 ）。 Ａ．控制器是探测头 Ｂ．输入量是循迹小车的速度 Ｃ．执行器是电机 Ｄ．被控对象是轨道 图 ８⁃４５ 图 ８⁃４６ 如图 ８⁃４６ 所示是酒店用洒水灭火喷头的结构示意图，该喷水控制系统的工作原理是： 当防护区发生火灾时，环境温度升高，玻璃球内的感温液体受热膨胀，当温度达到 ６５ ℃时玻 璃球就会破裂，于是密封件脱落，开启喷头洒水进行灭火。 请根据示意图和描述回答 １１、 １２ 题。 １８１ １１．在该喷水控制系统中，玻璃球与感温液体组成的装置所起的作用是（　 　 ）。 Ａ．控制水量 Ｂ．发出控制指令 Ｃ．控制温度 Ｄ．执行控制命令 １２．在该喷水控制系统中，以下不属于 ∙∙∙ 干扰因素的是（　 　 ）。 Ａ．水管停水 Ｂ．玻璃球漏液 Ｃ．喷头堵塞 Ｄ．着火后房间温度未达 ６５ ℃ 如图 ８⁃４７ 所示是某商场的车位引导显示系统，其主要工作原理是：通过安装在每个车 位上方的超声波车位探测器，实时采集停车场的各个车位信息，并按照一定规则将数据压缩 编码后反馈给中央处理器，由中央处理器完成数据处理，并将处理后的车位数据通过信息发 布器发送到停车场 ＬＥＤ 引导屏，进行空车位信息的显示，同时空余车位上方的指示灯打开， 从而引导车辆进入空余车位。 请根据示意图和描述回答 １３—１５ 题。 图 ８⁃４７ １３．整个控制系统的控制手段和控制方式属于（　 　 ）。 Ａ．手动控制、开环控制 Ｂ．自动控制、开环控制 Ｃ．手动控制、闭环控制 Ｄ．自动控制、闭环控制 １４．该控制系统的被控对象是（　 　 ）。 Ａ．信息发布器 Ｂ．车位指示灯 Ｃ．ＬＥＤ 引导屏 Ｄ．ＬＥＤ 引导屏和车位指示灯 １５．以下不属于 ∙∙∙ 车位引导系统干扰因素的是（　 　 ）。 Ａ．汽车没有停放在指定位置 Ｂ．ＬＥＤ 引导屏碎裂 Ｃ．车位探测器损坏 Ｄ．车辆的颜色 图 ８⁃４８ 如图 ８⁃４８ 所示为某学校的铃声控制系统，其工作过 程是：电脑根据设定的时间，发出电信号给功率放大器， 使音箱发出铃声。 请根据示意图和描述回答 １６、１７ 题。 １６．关于该控制系统的说法不正确 ∙∙∙ 的是（　 　 ）。 Ａ．输出量是电信号 Ｂ．执行器是功率放大器 Ｃ．被控对象是音箱 Ｄ．控制器是电脑 ２８１ １７．各种干扰因素会造成系统工作不正常，下列不属于 ∙∙∙ 干扰因素的是（　 　 ）。 Ａ．电脑中侵入病毒程序 Ｂ．功率放大器出现故障 Ｃ．供时电源出现故障 Ｄ．工作人员在系统附近大声讲话 图 ８⁃４９ 如图 ８⁃４９ 所示为某高铁站闸机检票刷脸进站系统，旅 客需将车票正面的二维码朝上、朝前，放置在身份证上方， 然后将身份证和车票一起放入闸机插入口，摄像头会采集 旅客的人脸信息，与身份证人脸信息和车票信息进行比对， 如果一致则闸机打开，旅客进站。 请根据描述回答 １８— ２０ 题。 １８．该闸机检票刷脸进站控制系统属于（　 　 ）。 Ａ．手动控制系统、开环控制系统 Ｂ．自动控制系统、开环控制系统 Ｃ．手动控制系统、闭环控制系统 Ｄ．自动控制系统、闭环控制系统 １９．该闸机检票刷脸进站控制系统的被控量是（　 　 ）。 Ａ．摄像头 Ｂ．闸机门 Ｃ．闸机开启或未开启 Ｄ．车票信息 ２０．下列不属于 ∙∙∙ 该系统干扰因素的是（　 　 ）。 Ａ．旅客的高矮胖瘦 Ｂ．身份证和车票的放置方式 Ｃ．口罩、帽子等遮挡物 Ｄ．闸机供电电源 图 ８⁃５０ 如图 ８⁃５０ 所示为某款可通过 Ｗｉ⁃Ｆｉ 控制的智能炖锅，该炖锅 能按照烹饪程序在各个时间段提供不同的工作温度。 炖锅上配 有温度传感器，手机通过 Ｗｉ⁃Ｆｉ 获取炖锅的温度，根据所获取的 温度与设定值比较，再自动发送打开或关闭加热器的指令，从而 实现炖锅加热时长和恒温的控制。 请根据示意图和描述回答 ２１—２３ 题。 ２１．该智能炖锅的烹饪过程属于（　 　 ）。 Ａ．开环控制、自动控制 Ｂ．开环控制、手动控制 Ｃ．闭环控制、自动控制 Ｄ．闭环控制、手动控制 ２２．该控制系统中的反馈装置与被控量分别是（　 　 ）。 Ａ．温度传感器、加热器 Ｂ．温度传感器、炖锅 Ｃ．温度传感器、炖锅内的实际温度 Ｄ．加热器、炖锅内的实际温度 ２３．炖锅加热过程中若 Ｗｉ⁃Ｆｉ 网络中断，炖锅持续加热可能会造成灾难，以下改进措施最 合理的是（　 　 ）。 Ａ．一旦断开网络，炖锅立即停止加热 Ｂ．炖锅未接到改变温度信号就一直处于同一温度工作 Ｃ．炖锅未接到改变温度信号就逐渐降低温度直至停止加热 ３８１ Ｄ．一旦 Ｗｉ⁃Ｆｉ 信号中断，炖锅按照手机上传的烹饪程序自动完成各环节的恒温控制 小孟同学发现去一些生意好的餐厅吃饭往往要花很长的时间排队，于是他想到了设计 一款自动点餐轮转的等候椅，只要客人坐在座位上，电路就发出指令使电机带动椅子自动轮 转排队。 请根据描述回答 ２４、２５ 题。 ２４．该自动点餐轮转的等候椅控制系统的被控对象是（　 　 ）。 Ａ．等候椅 Ｂ．等候的客人 Ｃ．餐厅 Ｄ．传感器 ２５．该系统的传感器最适合选用（　 　 ）。 Ａ．接触传感器 Ｂ．光敏传感器 Ｃ．热敏传感器 Ｄ．压敏传感器 二、判断题（共 １５ 小题，每小题 １ 分，共 １５ 分） １．任何控制系统一定存在被控对象。 （　 　 ） ２．控制就是为了完成一定目的而采用的方法和手段。 （　 　 ） ３．如果在控制过程中，人参与成为控制器或执行器，那这种控制一定是人工控制。 （　 　 ） ４．整个控制过程没有人的参与，那一定是自动控制。 （　 　 ） ５．在教室，学生打开空调的控制过程是自动控制。 （　 　 ） ６．在宾馆，人到门开、人走门关的感应门，它的控制是人工控制。 （　 　 ） ７．控制的输出量能送回到输入端，对下一轮控制产生影响，进行不断修正的控制是闭环 控制。 （　 　 ） ８．在开环控制系统中，传感器通常作为信号输入与信号反馈的设备。 （　 　 ） ９．闭环自动控制系统的反馈都是依靠传感器来完成的。 （　 　 ） １０．开环控制的信号传递是单向的，一般都是一次性的。 （　 　 ） １１．闭环控制的过程一般较为精细，需要反复作用于同一个被控对象上。 （　 　 ） １２．闭环控制系统的控制精度较高，抗干扰能力较强。 （　 　 ） １３．设计一个控制系统时，首先要明确控制的目的，其次还要知道控制的对象、被控量等 因素。 （　 　 ） １４．干扰因素有的是环境造成的，有的是人为原因造成的。 （　 　 ） １５．只要能引起被控量变化的各种因素都是干扰因素。 （　 　 ） 三、设计、分析题（共 ４ 小题，１ 题 ７ 分，２ 题 １０ 分，３ 题 １２ 分，４ 题 ６ 分，共 ３５ 分） 图 ８⁃５１ １．如图 ８⁃５１ 所示的“聪明红绿灯”与普通红绿灯的外形相 似，只是灯柱上多了一个触摸式操作按钮。 行人要过马路时，只 需按一下触摸式操作按钮，控制电路便会使相应继电器工作，转 换红绿灯的信号，人行横道的红灯随即变成绿灯，行人就可以安 全通过了。 请根据示意图和描述回答下列问题。 ４８１ 　 　 （１）该“聪明红绿灯”的控制系统属于开环控制系统还是闭环控制系统？ （２）请结合图 ８⁃５２ 回答，该控制系统的给定值是 ，执行器是 ，被控量 是 （在“①触摸式操作按钮的操作信号；②红绿灯信号的转换；③控制电路；④继电 器”四项中选择合适的选项，将序号填写在“ ”处）。 图 ８⁃５２ 图 ８⁃５３ ２．如图 ８⁃５３ 所示为一款太阳能饭盒，饭盒的每一层都有独立 的温度控制系统，当饭煮熟后自动进入保温状态。 保温控制系统 的工作过程是：温度传感器检测饭盒内的温度，把该信号传送给控 制电路与设定的温度进行比较，当低于设定温度时，控制电路发出 信号给加热器让其工作，反之，则加热器不工作。 请根据示意图和 描述回答下列问题。 （１）请问该饭盒保温控制系统的控制手段和控制方式分别属 于 和 （在“①手动控制；②自动控制；③开环控制；④闭环控制”四项中选 择合适的选项，将序号填写在“ ”处）。 （２）请将图 ８⁃５４ 中饭盒温度控制系统方框图补充完整（在“加热器；控制电路；太阳能饭 盒”中选择合适的内容，将答案填写在“ ”处）。 图 ８⁃５４ 图 ８⁃５５ ３．如图 ８⁃５５ 所示是某同学将无人机稳定在空中某一点上航 拍校运会入场式的画面。 这种空中定点的技术称为定点悬停。 其工作原理是：无人机通过 ＧＰＳ 定位装置获取自身所在位置的 坐标，将其与预定悬停位置的坐标进行比较，以便进行差值控 制。 当风力使其偏离预定位置时，飞行控制器会自动调节相关 电机的功率，使无人机迅速反向动作进行补偿，从而实现定点悬 停。 请根据示意图和描述回答下列问题。 （１）该无人机的定点悬停控制系统的控制手段和控制方式分别属于 和 （在“①手动控制；②自动控制；③开环控制；④闭环控制”４ 项中选择合适的选项， ５８１ 将序号填写在“ ”处）。 （２）请将图 ８⁃５６ 中无人机定点悬停控制系统方框图补充完整（在“无人机；预定悬停位 置的坐标；风力；无人机所在位置的坐标；ＧＰＳ 定位装置”中选择合适的内容，将答案填写在 “ ”处）。 图 ８⁃５６ ４．如图 ８⁃５７ 所示是某家用抽水马桶的结构示意图，根据示意图回答下列问题。 图 ８⁃５７ （１）该抽水马桶的进水控制系统的控制手段和控制方式是 ，浮子的主要作用 是 。 （２）为了让抽水马桶更加节水，下列方案中最适合的是 （在“①往水箱里放木 块；②增大水箱的容量；③缩短连杆的长度；④增大浮子的直径”４ 项中选择合适的选项，将 序号填写在“ ”处）。 ６８１ 专题八：控制及其设计 第一节：控制的涵义及分类 单项选择题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D B A A C D B B A C 第二节：控制系统的组成和描述 (一)单项选择题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 D B B A A A C A B B （二）综合分析题 1. ①婴儿哭声信号；②伺服电机；③摇篮摇摆。 2.②；③；④。 3.③；⑤；④；②。 第三节：控制系统的设计、干扰与反馈 (一)单项选择题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 C D B C B C A D B A 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 D C C D D (二)综合分析题 1.（1）①；（2）①④②；（3）①； 2.（1）②①①；（2）④①；（3）①④； 专题检测 （一）单项选择题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 B B B D C D B C C C 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 B D B D D A D B C A 21 22 23 24 25 C C D A D （二）判断题 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A A A A B B A B B A 11 12 13 14 15 A A A A B (三)设计分析题 1.（1）开环控制系统；（2）①④②； 2.（1）②④；（2）①控制电路；②加热器；③太阳能饭盒； 3．（1）②④；（2）①预定悬停位置坐标；②无人机；③GPS定位装置；④风力；⑤无人机所在位置坐标； 4.（1）自动、闭环；检测水位（或反馈）；（2）④； 学科网（北京）股份有限公司 $$