第四单元 微专题5 开、闭环控制系统综合分析-【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）

同步宝典 通用技术 技术与设计 2 ZHISHI JIEXI 知识解析 绎知识点 控制系统分析的一般步骤 1. 先找被控对象淤院根据系统名称或控制目的确定被控对象遥 2. 根据被控对象确定控制方式渊开环控制/闭环控制冤袁根据控制的目的确定于和盂遥 3. 确定执行器榆和控制量虞院确定了被控对象后袁再确定执行器袁执行器是能够对被控对象 的输出量产生影响的装置遥 4. 确定控制器愚院确定了执行器后袁再确定控制器袁控制器是能够对输入信息进行处理并作 出判断袁且根据判断的结果下达指令给执行器的装置遥 JINGDIAN KAOTI 经典考题 揖例题 1铱 如图所示的装配系统袁包含工件传输子系统和机械手装配子系统袁其工作过程院工 件 A整齐排列在传送带玉上袁当位置检测传感器检测到工件 A时袁传送带玉暂停曰工件 B放置在 传送带域上袁当工件 B进入相机的拍摄范围时袁传送带域暂停曰相机拍摄工件 B的图像并传送到 工控机袁工控机根据工件 B相对于基准位置的偏差确定工件 B的坐标袁控制机械手抓取工件 A并 装配到工件 B上遥 下列关于机械手装配子系统控制的分析中合理的是 渊 冤 A. 装配速度是该装配子系统的被控量 B. 基准位置的调整是工件装配的干扰因素 C. 相机拍摄的工件 B的图像信息是输入量 D. 把工件 A装配到工件 B的过程采用了闭环控制方式 思路分析 机械手装配子系统没有反馈是开环控制方式袁输入量为相机拍摄的工件 B的图 像信息袁输出量渊被控量冤是机械手抓取工件 A并装配到工件 B袁基准位置的调整是系统的功能而 不是工件装配的干扰因素遥 答案院C遥 微专题 5 开、闭环控制系统综合分析 检测装置 给定量渊输入量冤 于设定 控制器愚 控制量 虞 执行器榆 被控对象淤 被控量渊输出量冤 盂实际 输入量 于 控制器愚 控制量 虞 执行器榆 被控对象淤 输出量 盂 工件 B 装配完成后的工件 电机 传送带域 相机 装配 机械手 位置检测传感器 工件 A 传送带玉 工控机 显示器 78 揖例题 2铱 如图所示是一种给布染色的卷染机系统示意图遥 将待染色的布装在右滚筒上袁电 机驱动左滚筒转动袁带动布从右滚筒卷绕到左滚筒上袁经过染色池完成染色遥 卷染机中电机调速 子系统的工作过程院工控机根据编码器测得的信号袁算出左滚筒上布卷直径的变化袁确定电机的 应有转速袁同时计算出实时转速袁调整变频器输出电流的频率使电机实时转速和应有转速保持一 致遥 下列关于电机调速控制子系统的分析中 · 不 · 恰 · 当的是 渊 冤 A. 卷绕圈数的变化会引起电机转速变化袁属于干扰因素 B. 反馈信号是编码器测得的电机转动信号 C. 控制量是变频器输出电流的频率 D. 输出量是电机实时转速 思路分析 电机调速控制子系统输出量为电机的实际转速袁输入量为设定速度袁但是这个电 机转速的设定值在实时变化袁 卷绕圈数的变化会引起电机转速变化袁 这是改变了电机的设定转 速袁属于改变输入量袁所以不属于干扰因素曰该子系统的执行器为变频器袁所以控制量为变频器输 出电流的频率遥 答案院A遥 揖例题 3铱 咱2024窑1浙江选考暂如图所示是调压铸造炉的压力控制系统遥铸造炉内抽真空及加 热后袁控制器控制先导阀接通控制气路袁经减压阀 1减压的氩气驱动背压阀接通主气路袁经减压阀 2减压的氩气大流量尧快速进入铸造炉遥 压力计检测炉内压力袁当压力达到设定值时背压阀断开主 气路袁低于设定值时背压阀接通主气路充气袁使炉内压力保持稳定遥下列关于压力控制系统工作过 程的分析中正确的是 渊 冤 A. 背压阀受先导阀控制袁所以背压阀是被控对象 B. 压力计测得的压力值传送给控制器袁所以测得的压力值是输入量 C. 经过减压阀 1减压的氩气驱动背压阀接通主气路袁所以减压阀 1属于执行器 D. 炉内压力保持稳定袁气路密封性要好袁所以气路密封不严属于干扰因素 思路分析 该压力控制系统的被控对象是调压铸造炉袁A错误曰该系统是闭环控制系统袁压力 计测得的压力值是输出量袁B错误曰执行器是背压阀袁C错误曰气路密封不严会导致炉内实际压力 值发生改变袁它是干扰因素袁D正确遥 答案院D遥 辊轴染液 阻尼器 染色池 布 右滚筒左滚筒 工控机 变频器 电机编码器 高压气源渊氩气冤 减压阀 1 减压阀 2 主气路 背压阀 先导阀 压力计 调压铸造炉 控制器 控制气路 第四单元 控制及其设计 79 同步宝典 通用技术 技术与设计 2 揖例题 4铱 咱2024窑6浙江选考暂下列关于控制系统的说法中正确的是 渊 冤 A. 有检测传感器的控制系统就是闭环控制系统 B. 洗衣机按人工设定的程序完成洗衣袁其控制手段属于人工控制 C. 被控量是控制系统所要控制的量袁也是控制系统的输出信号 D. 电机转速控制系统中袁电机属于执行器 思路分析 开环控制系统中也有检测传感器袁检测所得作为输入信号袁A错误曰洗衣机按人 工设定的程序自动完成洗衣袁是自动控制袁B错误曰电机是被控对象袁D错误遥 答案院C遥 DIANTI SULIAN 典题速练 1. 如图所示为一种不合格产品自动筛选系统袁 包含产品传 输子系统和产品筛选子系统遥 其工作过程院电机 2转动带 动传送带运动袁把传送带上的产品往右带动遥 当传感器检 测到不合格品时袁电机 1带动推杆往外运动袁把不合格品 推出传送带袁让传送带上只留下合格品遥 下列关于产品筛 选子系统控制分析中合理的是 渊 冤 A. 传感器检测到的产品信号属于该子系统的干扰因素 B. 电源电压波动对该子系统的控制有影响 C. 控制器发出的信号是控制量 D. 该子系统属于闭环控制系统 2. 如图所示的快递分拣系统袁包含快递输送子系统和抓取子系统袁 其工作过程为院快递整齐排列在传送带上袁输送到扫描区袁扫描仪 扫描快递上的条形码后将相关信息输送到工控机袁工控机根据 相关信息控制机械手袁将快递分拣到不同分拣框内遥 下列关于抓 取子系统控制的分析中合理的是 渊 冤 总 结 提 升 渊一冤开环控制系统与闭环控制系统的比较 项目 开环控制系统 闭环控制系统 相同点 均包含被控对象尧控制器尧执行器尧控制量等组成成分 不同点 特征 输出量不对系统控制产生影响 输出量对系统控制产生影响 信号传递 单向 双向 组成 控制精度 较低袁需人工控制辅助 较高袁能通过反馈克服干扰 无反馈装置 有检测装置组成的反馈通道 渊二冤反馈尧干扰因素的判断 渊1冤形成反馈回路的两个要素院淤检测装置曰于比较器遥 揖注铱单个检测装置不能形成反馈回路袁只能说参与了反馈遥 渊2冤干扰因判断步骤如下院 淤确定所指控制系统的被控量渊输出量冤曰 于判定所指的因素能否引起被控量渊输出量冤的变化曰 盂若能引起被控量的变化袁且不是输入量渊给定量冤和被控量袁则该因素是干扰因素曰若不能引起被控 量的变化袁则该因素不是干扰因素遥 合格品 不合格品 电机 1 推杆 传感器待检产品 控制器 电机 2 传送带 快递 扫描仪 机械手 分拣框 80 A. 扫描仪是该子系统的执行器 B. 机械手是被控对象 C. 条形码打印错误是该子系统的干扰因素 D. 扫描仪获取的信息是输入量 3. 如图所示是一款感应飞行器袁其控制部分可分为机翼转速控制子系统和碰撞机翼停转子系统遥 机翼转速控制子系统工作过程院打开电源开关袁小黄人通过脚下红外线发射和接收装置检测 和其正下方障碍物渊如院手尧纸片等冤的距离遥 当距离较小时控制电路控制电机袁电机通过齿轮组 带动机翼高速转动袁小黄人升空曰当检测到和正下方障碍物的距离较大时袁机翼转速下降袁小黄 人缓慢落下遥 当小黄人飞行过程中发生碰撞时袁传感器检测到振动信号袁机 翼停转遥 从控制的角度分析袁下列说法中正确的是 渊 冤 A. 机翼转速控制子系统和碰撞机翼停转子系统均属于开环控制系统 B. 电机是机翼转速控制子系统的被控对象 C. 用纸片把小黄人脚底的传感器遮住袁小黄人将无法飞行 D. 感应器正下方飞过的蝴蝶是机翼转速控制子系统的干扰因素 4. 如图所示是一种钢板剪切控制系统的示意图遥 其工作过 程院上下送料轮推动钢板向前移动时袁测量轮采集送料 速度和长度信息袁控制器根据接收到的信号控制剪切机 构切断钢板袁得到所需要的长度的板料遥 下列关于该系 统中送料子系统的分析中 · 不 · 正 · 确的是 渊 冤 A. 输入量是设定的切割长度 B. 执行器是送料轮 C. 送料速度尧长度均需人工设定袁该控制属于人工控制 D. 测量轮输出信号异常是干扰因素 5. 如图所示为汽车自适应巡航系统渊简称 ACC冤的基本组成遥 ECU根据驾驶员所设定的安全车距 及巡航速度袁结合雷达获得的其他车辆的速度尧方位等信息确定主车的行驶状态院当前方没有 汽车时袁汽车保持设定速度巡航曰当前方有汽车切入或减速行驶时袁ECU通过调节节气门控制 器和制动控制器控制汽车的速度和加速度袁使自车与前车进入安全车距后袁再保持与前车相同 速度巡航曰当前方车辆变道后又会加速恢复到设定的车速遥 下列关于汽车自适应巡航系统控制 过程的说法中 · 不 · 恰 · 当的是 渊 冤 A. 控制汽车速度的过程袁采用了开环控制方式 B. 驾驶经过乡镇时偶尔会遇到家畜闯入公路袁这属于系统的干扰因素 C. 系统的输入量是设定的安全车距尧设定巡航速度 D. 系统的控制量是节气门控制器和制动控制器的实际工作状态 送料轮 测量轮 剪切机构 板料 切台 剪切信号 控制器 送料 方向 钢板 速度和长 度信号 速度控制信号 报警器 制动控制器 节气门控制器 状态显示器 巡航清除开关 巡航控制开关 ACCECU 速度传感器 转向传速器 车距设定器 车速设定器 雷达 图 2图 1 虚线为雷达波边界 第四单元 控制及其设计 81 同步宝典 通用技术 技术与设计 2 6. 咱2024窑天域名校协作体联考暂如图所示是小球的位置控制 系统的示意图袁当测距仪检测到小球位置发生偏移时袁微控 制器 MCU通过 PID算法得出指令发送给驱动器袁带动电机 正反转动袁平衡杆向下或向上摆动袁让小球滚动改变位置遥 下列关于小球的位置控制系统工作过程的分析中正确的是 渊 冤 A. 驱动器带动电机转动袁所以被控对象是电机 B. 测距仪检测到的小球位置属于输入量 C. 微控制器 MCU发给驱动器的指令属于控制量 D. 人为向左或向右滚动小球属于干扰因素 7. 如图所示为一款新颖的代步工具电动平衡车袁采用电力驱动尧具有自我平衡能力袁短途代步非 常方便遥目前电动平衡车主要通过伺服控制器尧传感器尧电机三大部分组成遥平衡车平衡控制系 统的工作原理被称为动态平衡原理袁采用运动补偿算法袁利用其内部的陀螺仪和加速度传感 器袁来精确检测车体姿态的微小变化袁并利用精密的伺服控制系统袁灵敏地驱动电机袁进行相应 调整袁以保持整个车体的稳定和平衡遥 此外袁电动平衡车还具有自动断电控制系统袁当人摔倒或 者不在平衡车上时袁平衡车能自动断电袁保持电量遥 从控制系统的角度分析袁下列说法恰当的是 渊 冤 A. 电动平衡车的平衡控制系统和自动断电控制系统都是开环控制系统 B. 设计生产电动平衡车自动断电功能时袁选用红外传感器最合适 C. 电动车平衡控制系统的控制器是伺服控制器袁被控对象是电机 D. 凹凸不平的路面是平衡控制系统的干扰因素 8. 如图所示为仓库大门位置控制系统示意图袁合上开门开关袁产生的偏差电压信号被放大器放大 后袁驱动伺服电机转动袁绞盘牵动大门向上升起袁当大门升到规定高度时袁电位器的滑动引脚移 动袁放大器输出信号随之变化袁电动机停止转动曰反之袁合上关门开关袁伺服电机反向转动袁绞盘 转动使大门下降至规定位置遥 关于仓库大门位置控制系统袁下列说法中 · 不 · 正 · 确的是 渊 冤 A. 该系统属于闭环控制系统 B. 伺服电机故障属于干扰因素 C. 被控对象是门的开启或关闭 D. 电位器参与反馈 机座 连杆 驱动器 MCU 小球 圆盘 电机 平衡杆 测距仪 酝 关门开关 开门开关 电位器门 伺服电机放大器 绞盘 82 9. 如图所示是某精炼电炉自动配料系统的示意图袁包含原料重量控制子系统和原料输送子系统遥 原料重量控制子系统的工作过程院配料控制中心将原料料仓出料口打开袁原料落到对应的称量 装置上袁偏差值返回控制中心袁控制出料口打开或关闭袁当重量达到预设重量时袁配料控制中心 控制原料料仓的出料口关闭袁原料输送子系统开始工作遥 下列关于原料重量控制子系统的分析 中 · 不 · 正 · 确的是 渊 冤 A. 称量装置上的原料重量是被控量 B. 改变配料控制中心中的配料信息是干扰因素 C. 经过料仓出料口的原料流量是控制量 D. 该系统的控制方式属于闭环控制 10. 如图所示是螺钉自动紧固装配系统示意图遥 该系统主 要由机械臂尧自动螺钉枪尧视觉组件尧螺钉供料器和工作 台等部分组成遥 系统工作时袁将电路板装入手机外壳的 规定位置袁并将手机外壳固定在工作台上遥 控制器通过 视觉组件得到精确的安装孔位置信息袁控制螺钉枪从螺 钉供料器中取出合适的螺钉袁将螺钉拧入安装孔固定电路板遥下列关于螺钉自动紧固装配控制 系统的分析中合理的是 渊 冤 A. 自动螺钉枪的上升和下降是输出量 B. 螺钉是被控对象 C. 安装孔的数量变化是系统的干扰因素 D. 视觉组件是反馈装置 11. 如图是一个简单的导弹防御系统的示意图遥 目标雷达不间断扫描袁 假设雷达在某一个时刻发 现有敌方目标进入其领空袁它会马上跟踪这个目标并通知控制中心袁控制中心根据目标的飞行 情况计算出飞行轨迹袁预测目标某一时刻的方位袁最后控制导弹车发射导弹袁从而在某个预测 点成功地将其击落遥 从控制的角度袁下列关于该导弹防御系统的分析中恰当的是 渊 冤 A. 属于开环控制 B. 入侵目标是被控对象 C. 执行器是目标雷达 D. 入侵目标突然改变运动状态造成防御失败袁入侵目标运 动状态的突变属于干扰因素 料罐 运输皮带 1号至 N号称量装置 1号至 N号原料料仓 配料控 制中心 噎噎 噎噎 手机外壳 螺钉供料器 机械臂 工作台 手机电路板 视觉组件 控制器 自动螺钉枪 第四单元 控制及其设计 导弹车控制中心目标雷达 入侵目标 83 同步宝典 通用技术 技术与设计 2 出量是实际平衡状态袁被控对象是汽车袁检测装置是传感器袁 控制器是悬架控制单元袁执行器是电磁电机遥 6. C揖解析铱以电磁阀为被控对象袁其控制系统方框图如下院 控制量为执行器的输出信号袁即继电器是否工作曰该系统是 开环控制系统袁不存在反馈遥 7. B揖解析铱电动车的平衡状态是被控量遥 8. A揖解析铱气压定高系统的输入量为设定高度袁输出量为实际 高度袁被控对象是无人机袁控制器为控制芯片袁发出控制信号 给电机袁电机控制无人机停在设定的高度袁电机的转速为控 制量袁存在反馈袁属于闭环控制系统遥 9. C揖解析铱该系统的输入量是设定行进路线袁控制器为控制电 路袁执行器为驱动装置袁被控对象为小车袁灰度传感器为检测 装置袁负责检测小车实际路线并反馈给控制器袁所以是闭环 控制遥 电容充电速度对小车行进路线无影响袁不是干扰因素遥 微专题 5 开尧闭环控制系统综合分析 1. B揖解析铱传感器检测到的产品信号是输入量袁不是干扰因素曰 执行器发出的信号是控制量曰该筛选子系统没有反馈袁属于 开环控制系统遥 2. D揖解析铱抓取子系统的执行器是机械手袁被控对象是快递袁条 形码上的信息是该系统的输入袁打印错误不属于干扰因素遥 3. A揖解析铱机翼转速控制子系统输入量为检测的障碍物距离袁 输出量为机翼转动曰碰撞机翼停转子系统输入量为振动信 号袁输出量为机翼停转袁都属于开环控制曰机翼转速控制子系统 被控对象为机翼曰用纸片遮住小黄人脚底的传感器袁传感器检 测到障碍物距离太近会导致小黄人一直飞行曰感应器感应到 蝴蝶的信号是输入量袁不属于干扰因素遥 4. C揖解析铱速度尧长度人工设定袁但是钢板到位后是由控制系统 让其停下袁没有人工参与袁为自动控制遥 5. A揖解析铱控制汽车速度的过程袁采用了闭环控制方式曰遇到家 畜闯入公路袁会引起车辆速度尧方位的变化袁属于系统的干扰 因素曰设定的安全车距和巡航速度是系统的输入量曰节气门 控制器和制动控制器是系统的执行器袁其实际工作状态是系 统的控制量遥 6. D揖解析铱对于小球位置控制系统袁被控对象是小球袁A错误曰 测距仪检测到的小球位置属于输出量袁B错误曰控制器发出的 控制指令不是控制量袁控制量是执行器的状态袁C错误遥 7. D揖解析铱电动平衡车的平衡控制系统是闭环控制系统曰设计 自动断电功能时袁选用力敏传感器最合适曰平衡控制系统的 被控对象是平衡车车体遥 8. C揖解析铱该系统的被控对象是大门袁门的开启或关闭是被控量遥 9. B揖解析铱该控制系统的工作方式是闭环控制袁输入量是设定 的重量袁控制器是控制中心袁执行器是出料口袁输出量是实际 的重量袁检测装置是称量装置袁配料控制中心中的配料信息 即是设定的原料重量袁属于控制系统的输入量袁不属于干扰 因素遥 10. B揖解析铱螺钉自动紧定装配系统的控制目的是把螺钉固定 在安装孔上袁A错误曰被控对象是螺钉袁对螺钉是否安装上了 并没有检测袁所以是开环控制系统袁没有反馈袁D错误曰输入 量为安装孔的位置信息袁安装孔的数量变化不是干扰因素袁 C错误遥 11. A揖解析铱被控对象是发射的导弹曰执行器是导弹车曰入侵目 标运动状态是输入量袁所以不是干扰因素遥 第四节 控制系统的设计与实施 1. A揖解析铱该控制需要检测人袁所以红外传感器最适合袁能检测 到人体发出的红外线遥 2. D揖解析铱指示灯为被控对象袁输出量是灯的亮灭袁输入量是访 客按下门铃袁该控制系统是自动控制的开环控制系统遥 3. B揖解析铱流速计是检测装置袁不能作为执行器曰栽培槽中营养 液的 pH 值控制子系统的目的是使 pH 值维持在合适的数 值袁即输入量是设定的 pH 值袁输出量是实际 pH 值袁系统需 要通过 pH值传感器检测反馈袁应采用闭环控制系统曰系统具 有相关性袁配液箱的设计需要考虑和其他部分匹配袁过大是 一种浪费曰pH值传感器需要检测栽培槽的 pH值袁应安装在 栽培槽中遥 4. C揖解析铱该控制系统的被控对象为储气罐袁检测装置检测的 是储气罐的实际气压袁并将其与设定气压进行比较袁所以该 控制系统为闭环控制系统遥 5. A揖解析铱被控对象是报警器曰该控制系统是开环袁不存在反 馈曰输入量是煤气浓度遥 6. A揖解析铱煤气浓度超过设定值时袁应将煤气切断遥 7. C揖解析铱由关键词野使车厢内温度稳定在设定温度附近冶可 知袁这是闭环控制系统曰输入量是设定温度袁输出量是实际温 度袁被控对象是车厢内的空气袁检测装置是温度传感器袁控制 器是微处理器袁执行器是鼓风机尧压缩机尧膨胀阀曰道路能见 度属于无关因素袁不是干扰遥 8. B揖解析铱鼓风机风扇不转袁系统不运转曰制冷剂储液干燥器密 封不严导致制冷剂完全泄漏袁系统不运转曰温度传感器故障 导致所测温度比实际温度高 10 益袁则温度下降会更快遥 9. C揖解析铱水位自动控制装置要实现当水位下降时进水袁当水 位达到一定高度时停止进水遥A中当水位下降与上升时袁对小 球都不影响曰B中当水位低时袁阀门口被关紧曰C中当水位下 降时袁小球下降袁进水袁当水位上升时袁小球上顶袁关闭阀门曰D 中当水位下降时袁阀门口被关紧袁无法实现水位低时进水的 控制遥 电磁阀 开/关 继电器控制器 管内压力大小 92