第三单元 第三节 系统设计的优化与实现-【同步宝典】2024-2025学年高中通用技术必修《技术与设计2》知识手册（苏教版2019）

ZHISHI JIEXI 知识解析 绎知识点 1 系统设计的优化 1. 系统优化院在给定的条件渊或约束条件冤下袁根据系统的优化目标袁采取一定的手段和方法袁 使系统的目标值达到 1 遥 2. 目标函数院是系统 2 与系统中的某些 3 之间的关系遥 3. 影响系统优化的因素院对系统的目标函数产生显著影响袁并且 4 的因素遥 4. 约束条件院对系统优化起着限制作用袁并且 5 的因素遥 绎知识点 2 系统优化方案 无论运用数学模型求解或通过科学的估算尧试验等方法实现系统优化袁都要经过若干次完善 和验证袁才能得出最优解或满意解遥 绎知识点 3 系统设计的实现 JINGDIAN KAOTI 经典考题 揖例题 1铱 图 1是印刷机中纸筒放卷张力 控制系统示意图遥该系统采用机械方式检测与控 制纸的张力袁控制精度不高袁导致印刷时套印不 准遥 企业为了提高印刷质量袁采用库存的力传感 器尧伺服电机等将控制系统改装成图 2所示遥 从 系统的角度分析袁下列说法中 · 不 · 正 · 确的是渊 冤 A. 库存的力传感器的灵敏度是该系统优化的约束条件 B. 优化前后的两种控制系统都可分为检测尧控制和执行子系统 C. 系统的优化手段是改变张力检测和放卷速度的控制形式 D. 优化时先考虑力传感器的灵敏度袁再考虑印刷质量袁体现了系统分析的整体性原则 思路分析 系统分析的整体性原则是先分析整体袁再分析局部袁先看长远的袁再看眼前的袁D 中传感器是系统的要素袁先分析要素不能体现系统分析的整体性原则遥 答案院D遥 第三节 系统设计的优化与实现 揖答案铱 1 最大化渊或最小化冤 2 目标 3 元素 4 可以人为调节 5 不能人为调节 图 1 放卷方向 摆臂轮纸筒 滚轴 图 2 伺服电机 伺服驱动器 控制器 力传感器 完善尧验证 满意解 最优解 估算尧试验 数学模型 模型或原型的制作与测试 设计方案的呈现 系统设计的实现 模型的最终呈现 加工制作过程 加工图纸尧加工材料和工艺的选择 实物模型的设计 测试与评价 第三单元 系统及其设计 61 同步宝典 通用技术 技术与设计 2 揖例题 2铱 如图所示是经过改进的某储油罐清洗系统袁其控制部分可分为喷水控制子系统和 抽水控制子系统遥 喷水控制子系统工作过程院PLC根据检测装置检测到的污水中的含污量袁控制增 压泵产生高压水袁通过喷头冲洗油罐遥抽水控制子系统中袁PLC 控制真空泵将油罐中的污水抽到污水箱遥 下列关于油罐清洗 系统的分析中 · 不 · 正 · 确的是 渊 冤 A. 检测装置的精度影响着增压泵的工作袁体现了系统的 相关性 B. 能清洗大小不同的油罐袁体现了系统的动态性 C. 增压泵的性能是影响该系统优化的因素 D. 油罐清洗的洁净程度是该系统的优化目标 思路分析 系统中部分渊检测装置冤对另一部分渊增压泵冤的影响袁体现系统的相关性曰能清洗 大小不同的油罐是该储油罐清洗系统的功能袁体现系统的目的性曰系统优化过程中袁可选择不同性 能的增压泵袁增压泵的性能又能影响清洗效果袁因此属于影响系统优化的因素曰该系统的主要目的 是清洗油罐袁因此油罐清洗的洁净程度就是该系统的优化目标遥 答案院B遥 DIANTI SULIAN 典题速练 1. 野二战冶期间袁美军的运输船要通过日军控制的海域袁有被日本空军击 沉的危险遥 如果在运输船上装高射炮袁可以使日军的飞机不敢低空飞 行袁从而有效降低被击沉的可能性袁但由于加装高炮后会使每艘船的 运输量减少袁客观上运输船通过该海域的频次不得不增多袁这又将增 加被击沉的可能性遥 这个事例可以说明袁系统优化的实现需要 渊 冤 A. 减少约束条件 B. 降低目标函数 C. 降低影响因素 D. 综合各种因素 2. 如图所示是一款电动自行车充电设备袁在设计中采用了以下优化措施袁其中 以安全为目标的是 渊 冤 A. 投币自助充电 B. 配备万能充电接口 C. 采用防水设计 D. 同时可供多辆电动自行车充电 总 结 提 升 约束条件与影响因素的区别 项目 约束条件 影响系统优化 的因素 区别 实例 对系统优化起着限制 作用袁并且不能人为 调节的因素 淤农作物的生长特征尧天气尧气候等因素对农作物套种起着限制作用遥 于在设计的一般过程野明确问题冶中袁要求明确各类限制因素袁包括来自设计产品本身 渊各种标准尧设计要求等冤和设计者渊能力尧资金等冤袁这些对于一个项目来说袁往往是不 可更改的遥 盂签订的合同中的工程款总额 对系统的目标函数产 生显著影响袁并且可 以人为调节的因素 淤套种的技术水平尧套种的田间管理尧病虫害防治等对套种的产量产值有直接影响袁这 些是增产增收的影响因素遥 于调配大楼建设的施工人员遥 盂充电桩系统的供给电压尧系统的电路性能尧充电桩的检查维护遥 榆工程项目的管理水平 真空泵 油罐 喷头 增压泵 清水箱 污水箱 PLC 检测装置 62 3. 如图是某电缆生产系统示意图遥 导线经放线设备后穿过模具袁牵引设备将导线拉直并牵引导 线遥 屏蔽层挤出机和绝缘层挤出机分别向模具中挤入屏蔽材料和熔化的绝缘材料袁并使其包裹 在导线上袁经水槽冷却后收线遥 下列对该系统的优化措施中合理的是 渊 冤 A. 增加模具冷却装置袁延长模具寿命 B. 加快收线设备的收线速度袁提高生产效率 C. 减少挤出材料的挤出量袁节约材料 D. 增加水槽水温自动控制装置袁提高产品质量 4. 下图是农田智能灌溉系统示意图遥 系统根据监测的气象尧土壤尧农作物等相关信息袁控制灌溉设 备工作袁使土壤保持合适的湿度和肥力袁达到降低人力成本尧提高生产效率尧节水节肥的目的遥为 了提高该系统的性能袁需要进一步优化遥 下列 · 不 · 属 · 于影响系统优化的因素是 渊 冤 A. 对气象尧土壤尧农作物的监测精度 B. 有线尧无线尧GPS的传输精度 C. 天气尧气候尧农作物的生长特性 D. 灌溉设备的产品质量 5. 如图所示是一款可以控制水流量的节水龙头袁拉起手柄至不同的刻度袁可以控制不同的出水量袁 从而避免浪费遥 下列有关节水水龙头系统优化的说法中 · 不 · 合 · 理的是 渊 冤 A援 水龙头上增加了带刻度的提起手柄袁降低了水龙头的生产成本 B援 该系统通过改变原有节水龙头中的要素来实现系统优化 C援 该系统优化以控制用水量为目的 D援 自来水的水压是水龙头出水量控制优化的约束条件 6. 咱2024窑县域联盟暂如图所示是汽车发动机废气再循环 渊EGR冤系统的部分示意图袁通过将一部分废气重新引 入发动机的进气系统袁从而降低燃烧温度袁减少氧化 氮渊NOx冤的生成遥 其中废气流量控制子系统的工作过 程为院当发动机带负荷运转时袁ECU控制器将流量传 感器检测到的流量值与设定值相比较袁根据偏差值调 节 EGR阀门的开度袁改变进入燃烧室废气流量袁以保 证废气流量在允许的范围内遥 下列关于废气再循环系 统的分析中 · 不 · 正 · 确的是 渊 冤 智能灌溉控制系统 土壤信息 数据库 有线尧无线尧GPS传输 气象信息 农田灌溉设备 后牵引设备前牵引设备 模具 收线设备 冷却水槽放线设备 绝缘层挤出机屏蔽层挤出机 燃烧室 进气排气 回流 进气 歧管 EGR阀门 ECU 温度传感器 流量传感器 位置传感器噎噎 第三单元 系统及其设计 63 同步宝典 通用技术 技术与设计 2 A. 位置传感器的精度是系统优化的影响因素 B. NOx的产生量随着发动机负荷的增加而增加 C. 长时间使用会引起 EGR阀门产生胶质和积碳袁导致堵塞 D. 该系统的控制目的是燃烧室内废气流量控制在允许的范围内 7. 如图所示是扩容法地热发电系统的流程示意图遥 地热井中的高温高压地热水经热水泵进入扩 容器曰在扩容器中迅速扩大体积降低气压袁地热水会沸腾变成蒸汽曰蒸汽驱动汽轮机进而带动 发电机发电曰汽轮机排出的蒸汽经混合式凝汽器冷凝袁最终由排水泵排出遥 下列关于扩容法地 热发电系统的分析中 · 不 · 合 · 理的是 渊 冤 A. 地热水和蒸汽中的有害成分会对空气和地表水造成一定的污染袁体现了系统的环境适应性 B. 热水泵的功率不稳定时会影响扩容器中的气压及蒸汽流量袁体现了系统的相关性 C. 既要考虑设备和维护成本袁又要考虑能源利用率袁以及经济效益袁体现了系统分析的综合性 原则 D. 地热井中的地热水的温度尧压力等属于系统优化的约束条件 8. 咱2024窑强基联盟暂如图所示的智能出纸机袁包含红外感应出纸子系统尧纸张定长子系统和纸张 切断子系统等袁其工作过程院通过出纸长度调节键设定好所需的出纸长度袁当手掌置于出纸机 的出纸端口处袁红外线感应到手掌立刻反射到红外接收装置袁红外接收装置将信息发送给单片 机袁单片机启动并控制传送带运行速度和时间袁进而控制纸巾下落的长度袁当纸巾下落到设定 长度时传送带停止运行袁此时启动刀片袁将纸巾切断袁使用者无须触碰纸巾便可取到遥 下列关于 该智能出纸机系统的分析中 · 不 · 恰 · 当的是 渊 冤 A. 红外感应出纸子系统与纸张定长尧纸张切断等子系统有机结合又相互 制约 B. 长期使用刀片会有磨损袁使用时需定期检查或更换 C. 纸巾的宽度是系统优化的影响因素 D. 设计该系统时袁需对传送带运行速度与时间加以计算袁遵循系统分析 的科学性原则 9. 咱2024窑宁波测试暂如图所示是某汽车自动清洗控制系统袁 其控制部分可分为喷水控制子系统和洗刷控制子系统遥 喷水控制子系统工作过程院PLC根据车辆检测器检测到 汽车到位信号袁控制清洗电机接通电磁阀产生高压水袁 通过喷头清洗车辆遥洗刷控制子系统中袁PLC控制刷子电 机洗刷车辆遥 下列关于该汽车自动清洗控制系统的说法 中 · 不 · 正 · 确的是 渊 冤 冷凝水 污泥 排水泵地热井 热水泵 发电机汽轮机扩容器 排污泵 蒸汽管道阀门 转速检测装置后台控制中心 混合式凝汽器 SB2SB1 控制按钮 PLC 车辆检测器 刷子电机 喷头 清洗电机 电磁阀 64 A. 电磁阀出现故障会影响系统的清洗效果袁体现了系统的整体性 B. 车辆检测器的目的是检测车辆是否到位袁体现了系统的目的性 C. PLC的控制精度属于系统优化的影响因素 D. 设计时根据水箱容量匹配合适功率的清洗电机袁体现了系统分析的科学性原则 10. 如图所示为小乐家房顶配置的水塔供水系统遥 当水池水位低于下限时袁控制中心控制打开电 磁阀袁进水开始袁到达上限水位时袁自动关闭水阀曰当水塔水位低于下限袁并且水池水位高于下 限时袁控制中心启动水泵给水塔加水遥 关于该系统袁下列说法中正确的是 渊 冤 A. 该系统的主要目的是为了控制水池的水位 B. 水泵出现故障会影响水塔的进水袁体现了系统的整体性 C. 选择水泵的功率时既要考虑水池的容量大小又要考虑水塔的容量大小袁体现了系统分析的 综合性原则 D. 系统优化时需要考虑进水的流量袁因此进水流量是该系统优化的影响因素 11. 如图所示为一种足球门线判定系统遥 该系统使用一组高速摄像机作为视频输入袁每台摄像机 从不同角度跟踪足球遥计算机综合多路信号形成实时尧快速尧准确的判定遥如果判定结果是足球 已经整体越过球门线袁则计算机会生成一个信号遥 该信号使裁判的手表产生振动袁提示可以判 定进球遥 从系统角度看袁下列分析 · 不 · 正 · 确的是 渊 冤 A. 部分信号的不正常将降低判定的可信度袁体现了系统的整体性 B. 摄像机和计算机的处理速度均是该系统优化的影响因素 C. 该系统综合运用了高速摄像机摄像技术尧无线电信号传输技术和 视频处理技术袁体现系统的综合性 D. 设计该系统时要兼顾判定的速度和准确度袁体现了系统分析的综合性原则 12. 如图所示为次品自动剔除台袁传感器实时检测传送带 上产品信息袁并与产品标准信息比对袁若判定为次品袁则 通过电控液压伸缩推杆将其推出传送带遥下列关于次品 自动剔除台系统的分析中 · 不 · 正 · 确的是 渊 冤 A. 兼顾剔除效率及准确率袁体现了系统分析的综合性 原则 B. 剔除次品从而提高合格率袁体现系统的相关性 C. 需定期检查液压伸缩推杆的工作稳定性袁体现系统的动态性 D. 液压伸缩推杆的性能是系统优化的影响因素 水池水位信号 水位下限水池 水位上限 进水电磁阀 控制 信号 控制中心 水泵 水塔 水塔水位信号 家庭用水 水位下限 水位上限 传送带合格品 次品次品收纳盒 电机 液压伸 缩推杆 电机控制箱 传感器待检产品 液压杆控制箱电源总控箱 第三单元 系统及其设计 65 8. C揖解析铱需定期检查皮带的磨损情况袁体现了系统的动态性曰 该系统的目的是定长裁切板材曰PLC 既要控制电动机的运 行袁又要控制气动装置袁这是系统中某个部分的功能袁不是综 合性原则遥 第三节 系统设计的优化与实现 1. D 2. C 3. D揖解析铱增加模具冷却装置袁违背了工作在高温状态下进行曰 单纯加快收线设备的收线速度袁会影响电缆的质量曰减少挤 出材料的挤出量袁会影响电缆的质量遥 4. C揖解析铱系统优化的影响因素指的是可以人为改变的因素袁 而天气尧气候与农作物的生长特性是人无法改变的遥 5. A揖解析铱在水龙头上增加带刻度的提起手柄袁增加了生产 成本遥 6. D揖解析铱燃烧室内废气流量控制在允许的范围内是废气流量 控制子系统的控制目袁该系统的控制目的是降低燃烧温度袁 减少氧化氮渊NOx冤的生成遥 7. A揖解析铱A. 环境适应性是指系统能不能根据外界环境的变 化及时调整袁强调外部环境曰B. 热水泵的功率是系统的要素袁 扩容器中的气压和蒸汽量是另一要素袁要素影响要素是相 关性曰C. 系统分析的综合性原则指进行分析时要综合考虑 多个目标袁而成本尧利用率尧经济效益都是地热发电系统的目 标曰D. 温度尧压力属于系统外的因素袁且不可人为调节遥 8. C揖解析铱纸巾宽度不受系统控制袁对于本题来说纸巾宽度属 于已给条件袁属于不可以人为改变的变量袁是系统优化的约 束条件遥 9. B揖解析铱车辆检测器的目的不是整个系统的目的袁因此无法 体现系统的目的性遥 10. B揖解析铱A. 该系统叫野水塔供水系统冶袁目的是控制水塔水 位曰B. 水泵故障影响水塔进水袁体现了要素对整体功能的影 响袁是整体性的体现曰C. 野水池容量大小冶和野水塔容量大小冶 是约束条件袁无法改变袁并不是系统的目标袁所以不是综合 性原则的体现曰D. 进水的流量是设计系统时不能改变的袁 属于约束条件遥 11. C揖解析铱系统无综合性袁体现的是技术的综合性遥 12. B揖解析铱A. 同时兼顾效率和准确率两个目标袁体现了综合 性原则曰B. 剔除次品是系统的目的袁体现了系统的目的性曰 C. 系统需要定期检查和维护袁体现了系统的动态性曰D. 液 压伸缩推杆的好坏影响自动剔除台系统的工作效果袁又可 以人为调节袁属于影响因素遥 第四单元 控制及其设计 第一节 控制的方式与应用 1. B揖解析铱声音不参与该控制系统的控制袁且对该系统无干扰遥 2. D揖解析铱自动挡汽车的行驶方向控制必须在人的直接干预和 全程干预下才能完成袁故该控制为人工控制遥 3. B揖解析铱人没有全程干预和直接干预袁属于自动控制曰没有说 明使用机械结构袁属于电子控制遥 4. C揖解析铱理解控制现象袁要知道控制要达到什么目的尧控制的 对象是什么和采取什么控制手段遥A属于控制对象曰B属于控 制手段曰D属于控制目的遥 第二节 开环控制系统的工作过程 1. D揖解析铱该控制中输入量为检测到的雨水信号袁控制器是放 大及处理电路袁执行器为电动机袁被控对象为窗户袁输出信号 为窗户的开启与关闭遥 2. D揖解析铱该自动扶梯上行控制系统控制的目的是控制扶梯的 速度袁被控对象是扶梯袁执行器是电动机袁红外传感器检测到 的信号是输入量袁没有反馈袁属于开环控制系统遥 3. A揖解析铱出入口道闸升降控制系统没有反馈袁检测装置检测 的是输入量袁故该控制系统属于开环遥 4. B揖解析铱被控量即输出量袁该控制过程中﹐被控量为遥控机器 人的定向移动袁电机的转动为控制量遥 5. D揖解析铱输入量是运煤汽车到位及离开信号袁输出量是喷水 量袁输出对输入没有影响袁该系统是开环控制系统袁被控对象 是除尘喷头袁执行器是电磁阀遥 6. A揖解析铱输入量是检测到瞌睡信号袁输出量是声音尧光线尧震 动袁该控制系统是开环控制袁被控对象是帽子袁控制器是主控 制器袁执行器是电子开关袁控制量是电子开关的通断遥 7. C揖解析铱该控制系统属于开环控制系统遥 输入量是检测信号 渊左右探头信号冤袁控制器题干中没有描述袁实为控制电机转 速的装置袁执行器是电机袁被控对象是小车袁输出量是车子行 驶状态遥 8. B揖解析铱障碍物和人的距离属于输入量遥 9. C揖解析铱整个控制过程中袁输入量是烟雾探测器检测到的室 内烟雾信号曰控制器为控制电路曰执行器题干中未注明袁可以 为电子开关等能驱动扬声器报警的装置曰控制量为执行器的 输出信号袁如电子开关的动作等袁但不是烟雾浓度曰被控对象 为扬声器袁输出量为警报声曰输出量不对系统的控制产生任 何影响袁所以是开环控制系统遥 10. C揖解析铱时间设定开关是输入装置袁用于输入设定的时间袁 控制器应为 UNO主板遥 11. A揖解析铱控制量是执行器的输出信号袁根据指纹锁的工作过 程可知袁开锁指令是单片机发出的信号袁而在控制系统中单 片机是控制器遥 12. D揖解析铱振动马达为被控对象袁计算机是控制器袁输入量为 摄像机的视频输入袁输出量为马达的振动袁可知该系统为开 环控制系统袁控制量是执行器的输出量袁执行器应该是继电 器等遥 第三节 闭环控制系统的工作过程 1. D揖解析铱野土壤湿度值达到设定值冶袁有保持稳定的含义袁这是 闭环控制袁闭环系统中有反馈袁输入量是设定湿度袁输出量是 实际湿度袁被控对象是土壤袁控制器是控制电路袁执行器是电 磁阀门袁控制量是流过电磁阀门的水流量遥 2. C揖解析铱输入量是设定温度袁输出量是实际温度袁被控对象是 烘箱袁检测装置是温度传感器袁控制器是温度控制器袁执行器 是高压鼓风机及热风机遥 3. D揖解析铱输入量是设定高度和水平位置袁输出量是实际高度 和水平位置袁被控对象是无人机袁检测装置是检测单元袁控制 器是控制模块袁执行器是执行模块曰反馈是要返回输入端并于 输入量进行比较遥 4. D揖解析铱发动机稳定运转袁这是闭环控制系统袁被控对象是发 动机袁离心球是检测装置遥 5. C揖解析铱该系统是闭环控制系统曰输入量是设定平衡状态袁输 参考答案 91