4.2控制系统的组成和描述课件-2025-2026学年粤科版高中通用技术必修二

——第四章 控制及其设计 第二节 控制系统的组成和描述 知识回顾 知识回顾 开环控制:不能将控制的结果反馈回来影响控制作用的控制过程，称为开环控制。 闭环控制:能将控制的结果反馈回来与期望值进行比较，并根据它们的误差调整控制作用的控制过程称为闭环控制。 系统的输出结果能通过返回结果调节控制输入量 控制系统的组成 控制系统的组成实体： 比较器（闭环系统）：将被控量与给定量进行比较，求出偏差值（存在与闭环系统中） 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是控制命令的发出者 执行器：将控制器发出的信号转换成能影响被控制对象的信号的装置 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(闭环)：监测被控量并返回到系统的输入端（存在与闭环系统中）的设备 控制系统的组成 控制系统传递的量： 给定量（输入量）：控制系统的给定量 控制量：执行器输出的信号，能对被控对象产生作用，从而使被控量发生变化的量 被控量（输出量）：控制系统锁妖控制的量，也就是控制系统的输出量 绘制方框图的技巧 控制系统传递的量： 绘制框图时，自右往左画；先画被控对象，再画执行器，接着画控制器、反馈环节，最后画“⊗”,连线闭环，并标注各量。 这样做的好处在于：绘制的过程与系统组成的思路相吻合，便于理解，概念清晰。特别是对于初学者， 通过这样绘制框图，有利于加深对控制系统的理解和把握。 控制系统的方框图表示 包括控制器、执行器、被控对象。 包括给定量、控制量、被控量。 有时各个部分不一定独立，可以合并在一起。 （一）开环控制系统的框图： 控制系统的方框图表示 包括比较器、控制器、执行器、被控对象、反馈装置。 包括给定量、控制量、被控量。 （二）闭环控制系统的框图： 正反馈的受控部分发出的反馈信息是促进与加强控制部分的活动，最终使受控部分的活动朝着与它原先活动相同的方向改变；反馈信号的极性与系统输入信号的极性相同，从而起着增强系统净输入信号的作用。 正负反馈最大的区别是正反馈是增强系统输入效应，而负反馈是减弱系统输入效应。 常见的开、闭环控制系统方框图 （1）自动门的开环控制方框图： 电动机 执行器 自动门 被控对象 控制电路 控制器 门开启或关闭 给定量 红外线装置检测人体 热辐射发出的信号 被控量 1.水流量=进水量（水位差） 2. 3. 4.（温度差） http://www.360doc.com/content/16/0706/11/33864145_573484030.shtml 常见的开、闭环控制系统方框图 (2)游泳池水位的开环控制系统方框图(设定时间以控制水位) 进水阀门 执行器 游泳池 被控对象 定时器 控制器 游泳池的水位 给定量 设定注水时间 被控量 水流量 1.水流量=进水量（水位差） 2. 3. 4.（温度差） http://www.360doc.com/content/16/0706/11/33864145_573484030.shtml 常见的开、闭环控制系统方框图 （3） 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) 水流量 比较器 检测装置(水位传感器 ＋ － 被控量 给定量 设定水位 控制电路 控制器 进水阀门 执行器 游泳池 被控对象 游泳池的水位 1.水流量=进水量（水位差） 2. 3. 4.（温度差） http://www.360doc.com/content/16/0706/11/33864145_573484030.shtml 常见的开、闭环控制系统方框图 （3） 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) 比较器 温度检测装置(热电偶) ＋ － 炉内温度 给定量 设定温度 微机控制器 加热器 执行器 加热炉 被控对象 被控量 1.水流量=进水量（水位差） 2. 3. 4.（温度差） http://www.360doc.com/content/16/0706/11/33864145_573484030.shtml 本章小结 开环控制系统方框图 闭环控制系统方框图 课堂练习 1.如图所示，遥控航拍系统在控制飞行姿态的过程中，被控对象是( ) A. 飞行器 B. 遥控器 C. 摄像机 D. 手 答案：A 温室大棚的温度控制系统中的控制目的是希望大棚的室温能保持在设定的温度范围内，输出端输出的是大棚室内的实际温度，故答案为D。 课堂练习 答案：D 2.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 游泳池注水控制系统的目的就是控制游泳池的水位，进水阀门是所要求的控制水流量的装置。根据被控对象的概念，被控对象即控制系统中所要求控制的装置或生产过程。故答案为C。 课堂练习 答案：B 3.如图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，并将信号传给中央处理器，通过芯片的作用，使机械部件产生联 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 控制器即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件，酒店自动旋转大门控制系统的环节包括压力传感器、控制电路、门和电动机等，在这四个环节中控制电路是能够对输入信号进行处理并发出控制命令的装置。故答案为B。 课堂练习 答案：C 4.关于控制系统的反馈，以下说法错误的是( ) A. 反馈是在自动控制系统中，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 B. 由于存在反馈环节，使得闭环控制系统的抗干扰能力高于开环控制系统 C. 有检测装置的控制系统，都存在反馈环节 D. 普通家用电冰箱的检测反馈装置中包含温度传感器 游泳池的水位 控制器即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件，酒店自动旋转大门控制系统的环节包括压力传感器、控制电路、门和电动机等，在这四个环节中控制电路是能够对输入信号进行处理并发出控制命令的装置。故答案为B。 课堂练习 答案：C 5.我们理解一个控制现象，要明确控制的对象是什么,控制要达到什么目的和采取什么控制手段。射击比 赛的射手通过瞄准目标，使子弹射中靶心。分析这个过程，其控制的对象是 ( ) A. 人 B. 枪 C. 子弹 D. 靶 控制器即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件，酒店自动旋转大门控制系统的环节包括压力传感器、控制电路、门和电动机等，在这四个环节中控制电路是能够对输入信号进行处理并发出控制命令的装置。故答案为B。 课堂练习 答案：B 6.智能马桶盖具有保持冲洗水温在30℃左右的功能，当温度传感器检测到水温不够时，加热器会进行加热， 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，执行器是温度传感器 B. 属于闭环控制，执行器是加热器 C. 属于开环控制，执行器是加热器 D. 属于闭环控制，执行器是温度传感器 控制器即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件，酒店自动旋转大门控制系统的环节包括压力传感器、控制电路、门和电动机等，在这四个环节中控制电路是能够对输入信号进行处理并发出控制命令的装置。故答案为B。 课堂练习 答案：B 8 某小区安装了人脸识别控制门禁系统。当业主走到门口时，人脸识别模块检测到业主脸部信息后，将信 息传送给控制中心，控制中心将业主脸部信息与原登记的业主脸部信息进行比对，作出判断，如果比对成 功则发送开门指令给门上的电磁式门吸打开大门，如果比对不成功，则不发送开门指令，同时发出“非本 小区业主，请联系管理人员”的语音提示。在该控制系统中，电磁式门吸属于控制系统的 ( ) A. 传感器 B. 执行器 C. 被控对象 D. 控制器 控制器即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件，酒店自动旋转大门控制系统的环节包括压力传感器、控制电路、门和电动机等，在这四个环节中控制电路是能够对输入信号进行处理并发出控制命令的装置。故答案为B。 课堂练习 答案：C 9 现代化的大棚温控系统，可以不受季节、地域的影响模拟出各种需要的栽培环境，这是通过采用一些相应 的控制手段来实现的。在该控制系统中被控对象是 ( ) A. 温度 B. 土壤 C. 大棚中的空气 D. 大棚内栽培的植物 控制器即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件，酒店自动旋转大门控制系统的环节包括压力传感器、控制电路、门和电动机等，在这四个环节中控制电路是能够对输入信号进行处理并发出控制命令的装置。故答案为B。 课堂练习 答案：A 10 据消防要求，仓库、图书馆等场所都要安装火灾自动报警系统。当烟雾探测器检测到的烟雾浓度超过 设定值时，电子开关被接通，报警器发出声光信号进行报警。关于该报警控制系统，以下说法正确的是( ) A.输出量是有无声光信号 B. 被控对象是仓库、图书馆等场所 C. 控制器是电子开关 D. 输入量是声光信号 控制器即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件，酒店自动旋转大门控制系统的环节包括压力传感器、控制电路、门和电动机等，在这四个环节中控制电路是能够对输入信号进行处理并发出控制命令的装置。故答案为B。 课堂练习 答案：B 11 如图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，手表上的震动马达运动加快，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，下列说法错误的是 ( ) 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 控制器即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件，酒店自动旋转大门控制系统的环节包括压力传感器、控制电路、门和电动机等，在这四个环节中控制电路是能够对输入信号进行处理并发出控制命令的装置。故答案为B。 课堂练习 12如图所示是调压铸造炉的压力控制系统。铸造炉内抽真空及加热后，控制器控制先导阀接通控制气路，经减压阀1减压的氩气驱动背压阀接通主气路，经减压阀2减压的氩气大流量、快速进入铸造炉。 压力计检测炉内压力，当压力达到设定值时背压阀断开主气路，低于设定值时背压阀接通主气路充气，使炉内压力保持稳定。请根据题图及其描述完成以下任务： (1)设计该系统时，小明将其拆分为电子控制部分、气路部分等多个功能部分分别进行构思，再把这些 方案重新进行组合形成多种设计方案，这种构思方法是 A. 联想法 B. 形态分析法 C. 设问法 D. 仿生法 (2)压力控制系统主要由控制器、压力计、先导阀等部分组成，这体现了系统的 A.目 的 性 B.动态性 C. 整体性 D. 环境适应性 答案：(1)B(2)C 课堂练习 12如图所示是调压铸造炉的压力控制系统。铸造炉内抽真空及加热后，控制器控制先导阀接通控制气路，经减压阀1减压的氩气驱动背压阀接通主气路，经减压阀2减压的氩气大流量、快速进入铸造炉。 压力计检测炉内压力，当压力达到设定值时背压阀断开主气路，低于设定值时背压阀接通主气路充气，使炉内压力保持稳定。请根据题图及其描述完成以下任务： (3)小明在设计该系统时进行了以下分析，其中不恰当的是( ) (多选) A. 该系统的功能是使炉内压力保持稳定，体现了系统的动态性 B. 高压气源的压力影响炉内压力达到设定值的时间，体现了系统分析的综合性原则 C. 压力计安装靠近铸造炉，是为了更准确地检测炉内压力变化 D. 控制器的计算速度会影响系统的控制精度，属于该系统的影响因素 (4)根据题图及其描述请选择合适的选项补充完整该控制系统方框图。 答案：(3)AB(4)ADBC 课堂练习 13.如图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。其控制过程如下：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下列问题。 (1)该控制系统属于 (填“开环控制系统”或“闭环控制系统”)。 (2)请结合图2分析，该控制系统的给定量是 , 执 行 器 是 , 被控对象是 ,被控量是 。 (在下列选项中选择合适的选项，将序号填写在“ ”处) ①太阳能电池板的位置坐标 ②动力装置 ③太阳光线的位置 ④太阳能电池板 答案：(1)闭环控制系统 ③②④① 课堂练习 14.如图所示是居民楼的储水供水控制系统原理图，当检测装置检测到水塔中的水位低于设定水位 时，控制器控制水泵运转，使水塔的水位升高到设定水位。请将该控制系统的方框图补充完整，并在图中标 明“给定量”和“被控量”。 $