4.4 控制系统的设计与实施（分层作业）通用技术苏教版2019必修2

4.4 控制系统的设计与实施（分层作业） 【基础达标】 1.一水温控制系统示意图如图所示。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。检测装置检测水温，若水温高于设定值，则温度控制器加大蒸汽阀门开度，反之减小蒸汽阀门开度。请根据示意图及其描述，完成以下小题。 （1）下列关于该水温控制系统的说法，正确的是（   ） A．输入量是冷水 B．控制器是热交换器 C．被控对象是水温 D．控制量是蒸汽流量 （2）由于水网管道压力不稳定，造成冷水流量会突然变化，从而导致出水温度不能精准控制在设定值附近。为了稳定出水温度，以下措施最合理的是（   ） A．在热交换器的进水管道上装一个流量计，根据冷水流量调整蒸汽阀门的开度 B．换用更细的冷水管道，减小水压变化带来的影响 C．采用更灵敏的温度测量装置，减小检测误差 D．加大热交换器的容量，相应减小冷水流量带来的影响 2.如图所示是共享单车的管理控制系统示意图。用车时，使用手机APP扫描车上的二维码，通过通讯网络将请求解锁或上锁的信息传到云端系统，并最终到达服务器，服务器处理之后，通过基站使单车解锁或上锁。单车将状态和定位信息传到服务器，服务器处理之后，将计费等信息发送到手机APP。请根据题图及其描述完成下面小题。 （1）下列关于单车管理控制系统的分析和设计中正确的是（   ） A．单车管理系统主要是为了提高使用效率和管理水平 B．通讯网络功能异常系统不能对单车进行定位 C．服务器出现故障时，通过基站和云端系统仍然可以正常管理单车 D．极端天气是该系统优化的影响因素 （2）下列关于单车的自动解锁和上锁控制系统的分析中不正确的是（   ） A．该系统是开环控制系统 B．锁体是执行器 C．单车是被控对象 D．单车的解锁和上锁是控制量 【能力提升】 3.某家用饮水机中的保温控制系统示意图如图所示。在这个系统中，温度传感器、控制电路、电热丝等构成水温控制系统。当温度传感器检测到水温下降时，控制电路接通电热丝对水进行加热，使储水器中的水温上升；当水温达到设定值时，断电停止加热，从而使储水器中的水温保持在设定值。 (1)此系统是_______系统（选填“开放”或“封闭”） (2)根据上述材料在横线处填上相应内容。 执行器是_______；被控对象是_______；检测装置是_______ (3)小亮发现饮水机经常在家人上班或夜间睡觉时仍处于加热或保温状态，非常浪费能源。为了解决这一问题，以下方案比较可行的是_______ ①安装一个定时插座，设置自动关闭时间，再将饮水机接在定时插座上 ②设置红外线检测控制装置，当检测到饮水机周围没人时，断开饮水机电源 A．执行器是电动机 B．控制器是变频调速器 C．输出量是测速发电机的电流信号 D．控制量是变频调速器输出的电流频率 4.如图a所示是一款绳子长度可调的水幕秋千，仅在荡秋千的人经过横梁下方一定范围的时段内水幕停止喷水。为防止荡秋下的人淋到水，原设计者按秋下摆动的最长周期将喷水与停喷的对应角度设为定值，减弱了水幕效果。小明想改进设计为如图b所示的方案，工作原理:开始荡秋下时，单片机根据动感传感器检测到的前3个周期数据，计算出水幕启喷与停喷的对应角度（图b中a角），不发送指令，水幕不喷水:之后若秋千仍保持摆动，单片机发送指令至控制电路，实现对电磁阀开或闭的控制。 请根据题图及共描述完成以下任务: (1)小明在该系统的改进设计中明确的主要问题是(单选)_______ A．摆动周期与绳子长度有关 B．设计摆动到特定角度启喷与停喷水幕控制子系统 C．设计自动适应不同绳子长度的启喷与停喷水幕控制子系统 (2)改进完成后，在秋千板固定30kg重物，绳子调到3种不同长度，分别试荡秋千，观察水幕效果。该试验属于_______试验法 A．优选 B．强化 C．虚拟 D．模拟 (3)改进后的系统中喷水的控制方式属于 _______ A．开环控制 B．闭环控制 (4)小明想在环境光暗时，为水幕增设随摆动幅度变幻的彩灯。设计彩灯控制子系统时进行了以下分析，共中不恰当的是（单选） _______ A．彩灯控制子系统与喷水控制子系统协调工作，实现美妙效果 B．彩灯控制子系统与喷水控制子系统可以共用一个控制器 C．选择彩灯安装位置时，必须考虑水幕启喷与停喷的对应角度a D．安装彩灯时优先保证用电安全，然后再考虑投射到水幕上的效果 【链接真题】 5.（2024·浙江·高考真题）如图所示是零件分选系统，零件排列在输送带上匀速通过检测装置，控制器根据检测到的零件信息控制剔除装置将不合格的零件推至废料筐中，合格的零件继续向前输送。下列关于该分选系统的设计与分析中不恰当的是（   ） A．该系统可分为检测、剔除和输送子系统，各个子系统协同工作实现分选功能 B．输送带松弛会影响整个系统的运行，输送子系统应设置张紧装置 C．系统设计时应首先进行总体设计，然后设计各个子系统，制作安装后再整机调试 D．为了可靠剔除随着输送带运动的不合格零件，剔除子系统中推杆的速度越快越好 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.4 控制系统的设计与实施（分层作业） 【基础达标】 1.一水温控制系统示意图如图所示。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。检测装置检测水温，若水温高于设定值，则温度控制器加大蒸汽阀门开度，反之减小蒸汽阀门开度。请根据示意图及其描述，完成以下小题。 （1）下列关于该水温控制系统的说法，正确的是（   ） A．输入量是冷水 B．控制器是热交换器 C．被控对象是水温 D．控制量是蒸汽流量 （2）由于水网管道压力不稳定，造成冷水流量会突然变化，从而导致出水温度不能精准控制在设定值附近。为了稳定出水温度，以下措施最合理的是（   ） A．在热交换器的进水管道上装一个流量计，根据冷水流量调整蒸汽阀门的开度 B．换用更细的冷水管道，减小水压变化带来的影响 C．采用更灵敏的温度测量装置，减小检测误差 D．加大热交换器的容量，相应减小冷水流量带来的影响 答案：（1）D（2）A 解析：（1）有图可知该系统工作过程为：通入热交换器的蒸汽加热冷水，从而得到一定温度的热水。检测装置检测水温，若水温高于设定值，则温度控制器加大蒸汽阀门开度，反之减小蒸汽阀门开度。由此可知输入量是水温，温度控制器是控制器，执行器是蒸汽阀门，被控对象是蒸汽阀门，控制量是蒸汽流量，被控量是水温。故选D。（2）分析题意可知出现问题的根本原因在于水网管道压力不稳定，造成冷水流量会突然变化，因此应着重控制冷水流量，故选A。 2.如图所示是共享单车的管理控制系统示意图。用车时，使用手机APP扫描车上的二维码，通过通讯网络将请求解锁或上锁的信息传到云端系统，并最终到达服务器，服务器处理之后，通过基站使单车解锁或上锁。单车将状态和定位信息传到服务器，服务器处理之后，将计费等信息发送到手机APP。请根据题图及其描述完成下面小题。 （1）下列关于单车管理控制系统的分析和设计中正确的是（   ） A．单车管理系统主要是为了提高使用效率和管理水平 B．通讯网络功能异常系统不能对单车进行定位 C．服务器出现故障时，通过基站和云端系统仍然可以正常管理单车 D．极端天气是该系统优化的影响因素 （2）下列关于单车的自动解锁和上锁控制系统的分析中不正确的是（   ） A．该系统是开环控制系统 B．锁体是执行器 C．单车是被控对象 D．单车的解锁和上锁是控制量 答案：（1）A（2）D 解析：（1）A，单车管理系统是为了更好地调配管理共享单车，主要是为了提高使用效率和管理水平，故A正确。B，单车定位功能依靠的是基站服务，与通讯网络无关，故B错误。C，服务器故障后就无法处理单车相关信息，不能正常管理单车，故C错误。D，极端天气是该系统优化的干扰因素，故D错误。综上，选A。（2）由题意可知输出结果对控制系统没有影响，该系统是开环控制系统，故A错误。输入量是二维码信息，控制器是手机APP，执行器是锁体，单车是被控对象，锁体的开和关是控制量，单车的解锁和上锁是被控量，因此BC正确D错误，故选D。 【能力提升】 3.某家用饮水机中的保温控制系统示意图如图所示。在这个系统中，温度传感器、控制电路、电热丝等构成水温控制系统。当温度传感器检测到水温下降时，控制电路接通电热丝对水进行加热，使储水器中的水温上升；当水温达到设定值时，断电停止加热，从而使储水器中的水温保持在设定值。 (1)此系统是_______系统（选填“开放”或“封闭”） (2)根据上述材料在横线处填上相应内容。 执行器是_______；被控对象是_______；检测装置是_______ (3)小亮发现饮水机经常在家人上班或夜间睡觉时仍处于加热或保温状态，非常浪费能源。为了解决这一问题，以下方案比较可行的是_______ ①安装一个定时插座，设置自动关闭时间，再将饮水机接在定时插座上 ②设置红外线检测控制装置，当检测到饮水机周围没人时，断开饮水机电源 A．执行器是电动机 B．控制器是变频调速器 C．输出量是测速发电机的电流信号 D．控制量是变频调速器输出的电流频率 答案：(1)开放 (2) 电热丝 储水器中的水 温度传感器 (3)② 解析：（1）该系统与外界既有能量的交换，又有物质的交换，因此是开放系统。（2）根据该闭环控制系统的工作过程，判断检测装置、执行器、被控对象。（3）为解决无人时饮水机仍然工作的问题，最优方案就是让饮水机能检测人是否在，因此选择②。 4.如图a所示是一款绳子长度可调的水幕秋千，仅在荡秋千的人经过横梁下方一定范围的时段内水幕停止喷水。为防止荡秋下的人淋到水，原设计者按秋下摆动的最长周期将喷水与停喷的对应角度设为定值，减弱了水幕效果。小明想改进设计为如图b所示的方案，工作原理:开始荡秋下时，单片机根据动感传感器检测到的前3个周期数据，计算出水幕启喷与停喷的对应角度（图b中a角），不发送指令，水幕不喷水:之后若秋千仍保持摆动，单片机发送指令至控制电路，实现对电磁阀开或闭的控制。 请根据题图及共描述完成以下任务: (1)小明在该系统的改进设计中明确的主要问题是(单选)_______ A．摆动周期与绳子长度有关 B．设计摆动到特定角度启喷与停喷水幕控制子系统 C．设计自动适应不同绳子长度的启喷与停喷水幕控制子系统 (2)改进完成后，在秋千板固定30kg重物，绳子调到3种不同长度，分别试荡秋千，观察水幕效果。该试验属于_______试验法 A．优选 B．强化 C．虚拟 D．模拟 (3)改进后的系统中喷水的控制方式属于 _______ A．开环控制 B．闭环控制 (4)小明想在环境光暗时，为水幕增设随摆动幅度变幻的彩灯。设计彩灯控制子系统时进行了以下分析，共中不恰当的是（单选） _______ A．彩灯控制子系统与喷水控制子系统协调工作，实现美妙效果 B．彩灯控制子系统与喷水控制子系统可以共用一个控制器 C．选择彩灯安装位置时，必须考虑水幕启喷与停喷的对应角度a D．安装彩灯时优先保证用电安全，然后再考虑投射到水幕上的效果 答案：(1)C (2)D (3)A (4)C 解析：（1）A选项不属于设计问题，B选项是原设计者的思路;（2）重物替代人进行试验是模拟试验;（3）喷水的控制方式是根据前3个摆动周期数据得出角度a的基础上，输出开或闭的状态控制，属开环控制（4）选择彩灯安装位置与水幕启喷与停喷的对应角度a间无必然联系。 【链接真题】 5.（2024·浙江·高考真题）如图所示是零件分选系统，零件排列在输送带上匀速通过检测装置，控制器根据检测到的零件信息控制剔除装置将不合格的零件推至废料筐中，合格的零件继续向前输送。下列关于该分选系统的设计与分析中不恰当的是（   ） A．该系统可分为检测、剔除和输送子系统，各个子系统协同工作实现分选功能 B．输送带松弛会影响整个系统的运行，输送子系统应设置张紧装置 C．系统设计时应首先进行总体设计，然后设计各个子系统，制作安装后再整机调试 D．为了可靠剔除随着输送带运动的不合格零件，剔除子系统中推杆的速度越快越好 答案：D 解析：A．该系统可分为检测、剔除和输送子系统，各个子系统协同工作实现分选功能，体现了系统的整体性，故A正确；B．输送带松弛会影响整个系统的运行，输送子系统应设置张紧装置，来防止出现输送带的松弛，故B正确；C．根据系统分析的整体性原则，系统设计应先进行总体设计，然后设计各个子系统，制作安装后再整机调试，故C正确；D．剔除子系统中推杆的速度不是越快越好，而是应与传送带的速度相匹配，故D错误；故选D。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $