第1节 自动控制系统 （分层作业）科学新教材浙教版八年级下册

**基本信息** 以“夯基础-提能力-链真题”分层设计，通过基础概念识别、系统原理应用到综合问题解决的进阶路径，巩固自动控制系统知识，适配新授课分层教学需求。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A 夯基础|自动控制系统概念、传感器功能、系统组成|以选择题为主，直接考查单一知识点，如传感器与器官对应，强化科学观念| |B 提能力|电路设计、子系统分析、控制原理应用|包含选择与填空，需模型建构（如机械臂控制子系统分析），培养科学思维| |C 链真题|复杂系统综合应用（水位/压力控制）|真题情境题，涉及干扰因素分析等，提升探究实践与态度责任|

第1节 自动控制系统（分层作业） 目录 【A 夯基础】 1 一、自动控制系统 1 【B 提能力】 4 【C 链真题】 7 1、 自动控制系统 1．下列控制系统中，属于自动控制系统的是（　　） A．按钮开关控制电灯 B．打开普通自来水龙头 C．声光控制开灯系统 D．控制自行车行驶方向 【答案】C 【解析】 A、按钮开关控制电灯，需要人手动按下按钮才能实现灯的亮灭，过程中需要人的直接操作，属于人工控制，不符合题意； B、打开普通自来水龙头，需要人手动旋转或扳动开关才能出水，需要人的直接干预，属于人工控制，不符合题意； C、声光控制开灯系统，能根据环境的声音和光线信号自动判断并控制灯的亮灭，控制过程不需要人的直接干预，属于自动控制，符合题意； D、控制自行车行驶方向，需要人持续转动车把来调整方向，需要人的全程参与，属于人工控制，不符合题意。 2． 下列传感器与其相当于人的器官对应不一致的是( ) A．光敏传感器——眼 B．化学传感器——耳 C．气敏传感器——鼻 D．压敏传感器——皮肤 【答案】B 【解析】 A、光敏传感器的功能是感知光线强弱，与人的眼睛感知光线的作用一致，对应正确； B、化学传感器用于检测化学物质的成分、浓度等信息，而人的耳朵主要用于感知声音，二者功能不匹配，对应不一致； C、气敏传感器用于检测气体的种类、浓度等，与人的鼻子感知气味的作用一致，对应正确； D、压敏传感器用于感知压力变化，与人的皮肤感知压力、触碰的作用一致，对应正确。 3． 在路上行走时，如果发现有积水区，我们经过观察和判断后，决定绕行的过程，从控制系统的角度分析，承担信息处理系统的是( ) A．眼 B．大脑 C．躯体 D．耳 【答案】B 【解析】 A、眼；眼的作用是观察积水区，采集视觉信息，属于信息收集环节，不承担信息处理的功能，故 A 不符合题意； B、大脑；大脑接收眼睛传来的积水区信息，经过分析判断后，发出 “绕行” 的指令，承担信息处理与控制指令生成的功能，故 B 符合题意； C、躯体；躯体根据大脑的指令做出绕行动作，属于执行环节，不承担信息处理的功能，故 C 不符合题意； D、耳；耳主要用于采集声音类信息，与观察积水区并判断绕行的信息处理过程无关，故 D 不符合题意。 4．有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，其中有两个传感器，下列说法正确的是( ) A．两个传感器都是光电传感器 B．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器 C．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器 D．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作 【答案】B 【解析】 A、两个传感器都是光电传感器，只能检测光照强度变化，无法检测温度变化，不能实现 “温度升高时启动” 的功能，说法错误，不符合题意； B、两个传感器分别是光电传感器和温度传感器，可分别检测光照强度和温度变化，能满足 “光照或温度升高时排气扇都能启动” 的控制逻辑，说法正确，符合题意； C、温度传感器可检测温度变化，但电容式传感器一般不用于检测光照强度，无法实现 “光照时启动” 的功能，说法错误，不符合题意； D、装置的控制逻辑是 “光照或温度升高” 任一条件满足即可启动，并非 “光照和温度都适合时” 才能工作，说法错误，不符合题意。 5． 如图所示的快递分拣系统，包含快递输送子系统和抓取子系统，其工作过程为：快递整齐排列在传送带上，输送到扫描区，扫描仪扫描快递上的条形码后将相关信息输送到工控机，工控机根据相关信息控制机械手，将快递分拣到不同分拣框内。下列关于该快递分拣系统的设计与分析中不恰当的是(　　) A．扫描仪的扫描速度会影响分拣效率 B．机械手设计时不需考虑快递的重量 C．扫描仪传感器的可靠性会影响分拣系统的稳定性 D．设计系统时需根据传送带的运行速度计算出机械手的运行速度 【答案】B 【解析】 A、扫描仪的扫描速度会直接影响快递在传送带上的输送节奏与信息采集效率，进而影响整体分拣效率，该分析恰当，不符合题意； B、机械手的抓取动作需要承受快递的重量，若不考虑快递重量，可能出现抓取不牢固、损坏快递或机械手过载损坏的问题，因此设计时必须考虑，该说法不恰当，符合题意； C、扫描仪是获取快递信息的核心传感器，其可靠性直接决定了信息采集的准确性，进而影响分拣系统的分拣稳定性，该分析恰当，不符合题意； D、传送带运行速度决定了快递的输送位置，机械手需配合传送带速度精准抓取，因此设计系统时需据此计算机械手运行速度，保证动作匹配，该分析恰当，不符合题意。 6． 下列属于自动控制系统的是( ) A．打气筒为自行车充气 B．现代温室恒温控制 C．门卫打开自动伸缩门 D．司机师傅驾驶公交车 【答案】B 【解析】 A、打气筒为自行车充气；该过程完全依靠人力操作打气筒完成，无自动控制装置参与，属于人工控制，故 A 不符合题意； B、现代温室恒温控制；系统通过温度传感器实时采集温室内温度数据，与设定值对比后，由控制器自动控制加热器或空调的启停，无需人工持续参与，符合自动控制系统的定义，故 B 符合题意； C、门卫打开自动伸缩门；自动伸缩门虽有自动运行机制，但开启动作由门卫人工触发，并非由系统自动根据环境或需求独立完成完整控制流程，故 C 不符合题意； D、司机师傅驾驶公交车；公交车的行驶方向、速度、启停等全部由司机人工操控，属于典型的人工控制系统，故 D 不符合题意。 7． 很多城市已逐渐开始实行电动自行车新政策：只允许新国标电动自行车上路，要求车速不超过25 km/h。下列是同学们设计的某品牌电动自行车的电路，其中符合“旋钮OP绕O点顺时针转动时，电动机转速变大，当转速超过一定值，电铃会自动报警”的电路是( ) A． B． C． D． 【答案】C 【解析】电动机的转速与电流大小有关，根据题意可知，当旋钮OP绕O点顺时针方向转动时，滑动变阻器接入电阻变小，控制电路部分电流变大，电磁铁的磁性增强，电动机转速变快；当电流达到一定程度时，电磁铁将衔铁吸过来，接通电铃所在电路而报警。 8．如图所示为某机器控制系统的工作流程图，分别由电动机控制子系统、机械臂控制子系统组成。在电动机控制子系统中，两个检测元件检测伺服电机的转角和速度，输送给伺服控制器与工程师设定的值进行比较，伺服控制器根据比较的差值发出控制信号，驱动装置将信号转变成相应的电流驱动伺服电机。在机械臂控制子系统中，伺服电机驱动机械臂，达到对机械臂的位置和运动精确控制的目标。下列关于电动机子系统的分析中正确的是(　　) A．电动机子系统是闭环控制子系统 B．伺服电机是执行器 C．驱动装置是控制器 D．被控对象是机械臂 【答案】A 【解析】 A、电动机子系统中，转角和速度检测元件将伺服电机的实际转角、速度反馈给控制器，与设定值比较并调整控制过程，存在反馈环节，属于闭环控制子系统，A正确； B、伺服电机是电动机子系统中被控制的对象，并非执行器，执行器是驱动装置，B错误； C、驱动装置的作用是将控制信号转换为驱动伺服电机的电流，属于执行器的组成部分，不是控制器，控制器是位置控制和速度控制模块，C错误； D、电动机子系统的控制目标是伺服电机的转角和速度，被控对象是伺服电机，机械臂是机械臂控制子系统的被控对象，D错误。 9．如图所示是汽车轮胎维护控制系统示意图。汽车行驶时，压力传感器将检测到的轮胎压力信号传送给ECU电子控制单元，当轮胎气压比正常压力低10％时，车上的报警灯通知驾驶员，系统打开止回阀对管道进行加压并检查压力。如管道未达到目标压力，系统开始对轮胎进行充气，直到达到正常压力。关于轮胎的充气控制，下列说法不正确的是(　　) A．输入量是正常压力值 B．被控对象是报警灯 C．控制器是ECU电子控制单元 D．该控制是闭环控制 【答案】B 【解析】 A、该充气控制系统的目标是让轮胎压力达到正常压力值，因此输入量是正常压力值，A 正确； B、该系统的控制目标是调节轮胎的气压，被控对象是轮胎，报警灯只是用于提示驾驶员的装置，不是被控对象，B 错误； C、ECU 电子控制单元接收压力传感器的信号，与设定的正常压力值比较后发出控制指令，是系统的控制器，C 正确； D、系统通过压力传感器检测轮胎实际压力，与正常压力值比较后调整充气过程，存在反馈环节，属于闭环控制，D 正确。 10． 如图所示为苹果自动分拣装置的示意图。该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在压力传感器R1上，R1所受压力越大阻值越小。当R2两端电压超过某一值时，控制电路接通，电磁铁吸动分拣板的衔铁。该控制电路中包含保持电路，能够确保苹果在分拣板上运动时电磁铁始终保持吸动状态。下列说法正确的是( ) A．为了选出质量更大的苹果可以增加缠绕电磁铁线圈的匝数 B．为了选出质量更大的苹果可以将电源A的输出电压减小 C．为了选出质量更大的苹果可以增大R2的阻值 D．质量大的苹果将进入上通道 【答案】B 【解析】 A、增加电磁铁线圈匝数会增强电磁铁的磁性，但本题中电磁铁吸动衔铁的触发条件是R2两端电压达到设定值，改变线圈匝数不影响触发电压的设定，无法筛选出质量更大的苹果，A 不符合题意； B、减小电源 A 的输出电压，根据串联分压规律，要使R2两端电压达到触发值，需要电路中电流更大，对应的R1阻值需更小，即苹果质量更大时，R1受压力更大、阻值更小，才能满足条件，因此可以筛选出质量更大的苹果，B 符合题意； C、增大R2的阻值，根据串联分压规律，R2分得的电压会增大，较小的电流（对应R1阻值较大、苹果质量较小）就能使R2两端电压达到触发值，无法筛选出质量更大的苹果，C 不符合题意； D、质量大的苹果会使R1阻值变小，电路电流变大，R2两端电压超过阈值，电磁铁吸动衔铁，分拣板向下偏转，苹果会进入下通道，而非上通道，D 不符合题意。 11． 某养鸡场种蛋孵化器温控系统的工作原理为：当温度传感器检测到孵化器内的实际温度低于设定温度时，控制器发出指令，启动执行器开始制热；当实际温度达到或超过设定温度时，执行器停止工作。该系统通过检测装置持续获取实际温度，并将其反馈给控制器，实时调整执行器状态，以维持温度稳定。针对该控制系统，回答下列问题： （1）从控制过程中有无人工干预的情形来分，该控制属于　 　控制。 （2）该控制系统的执行器是　 　，检测装置是　 　。 【答案】（1）自动 （2）制热设备；温度检测装置 【解析】 (1) 该温控系统能通过温度传感器、控制器、执行器自动调节温度，控制过程中无需人工直接干预，因此属于自动控制； (2) 该系统中，直接执行制热 / 停止制热动作的是制热设备，因此执行器是制热设备；用于检测实际温度并反馈信号的是温度传感器（温度检测装置），因此检测装置是温度传感器（或温度检测装置）。 12．如图所示(a)(b)，两幅图中有电流流过的是　 　(填“a”或“b”)。发光二极管是常见的电子元件，当电流从较长接线脚流入时，发光二极管中有电流通过，使其发光。如果电流从较短接线脚流入，电路处于开路状态。我们可以利用二极管的　 　性质判断电源的正负极。 【答案】b；单向导电 【解析】图 (a) 中自由电子做无规则运动，未发生定向移动，因此没有电流流过；图 (b) 中自由电子沿同一方向定向移动，能形成电流，因此有电流流过的是 b； 发光二极管只能让电流从特定方向通过，具有单向导电的性质，因此可以利用这一性质判断电源的正负极。 13．如图所示，这是水塔中的水箱水位控制系统。浮球位置随着水塔水位同步变化，浮球的位置即为实际水位。当水位下降到底部的常开干簧管时，磁性浮球使此处干簧管动作，触点闭合，驱动继电器动作，继电器闭合水泵电路使水泵工作抽水，水塔水位不断上升，当达到上部的常闭干簧管时，磁性浮球使此处干簧管动作，触点断开，继电器断开水泵电路抽水结束，水塔水位停止上升(干簧管在磁性作用下会打开或关闭管内的触点开关)。请根据示意图和描述，完成以下任务： （1）该系统的控制手段和控制方式分别属于　 　和　 　(①手动控制；②自动控制；③开环控制；④闭环控制)。 （2）该系统的被控对象是　 　(①水箱；②水泵；③浮球)。 （3）若在使用过程中发现，水塔内水位尚未到达高水位就停下来，经过检查所有元件都是正常的，以下分析原因，不可能的是　 　。(①水塔内水位差距较大；②浮球磁性过强；③磁性浮球的磁性消失) （4）水箱的盖子被大风吹掉，大型鸟类飞到池中觅食戏水，造成水面波动，引起水泵频繁启动和停止，这种因素被称为　 　。 【答案】（1）②；④ （2）① （3）① （4）干扰(或“干扰因素”) 【解析】 (1)该水塔水位控制系统无需人直接干预，能根据水位变化自动控制水泵启停，属于自动控制，对应选项②；系统通过磁性浮球检测实际水位，并反馈调整水泵工作状态，存在反馈环节，属于闭环控制，对应选项④； (2)①水箱（水塔）是系统中水位被控制的装置，属于被控对象，①符合题意； ②水泵是执行器，用于抽水，不是被控对象，②不符合题意； ③浮球是检测水位的反馈装置，不是被控对象，③不符合题意； (3)①水塔内水位差距较大是系统的设计特性，不会导致水位未到高水位就停泵，①不可能是原因，符合题意； ②浮球磁性过强，可能提前触发上部干簧管，使水泵提前停止，②可能是原因，不符合题意； ③磁性浮球的磁性消失，可能无法触发下部干簧管启动水泵，或触发上部干簧管提前停泵，③可能是原因，不符合题意； (4)水箱盖子被吹掉、鸟类戏水造成水面波动，属于影响水位稳定、导致水泵频繁启停的外部因素，是控制系统的干扰因素。 14．如图所示为某储气罐压力自动控制和自动报警系统示意图.压力变送器检测储气罐中的压力值，该值被送到控制器，与设定压力值进行比较，控制器根据偏差值控制变频气泵的转速，从而使储气罐的实际压力达到设定值，当压力值超出设定上限时，就发出报警信号，并自动排气。据图完成下列问题： （1）根据示意图及其描述，补充完整压力自动控制循环系统方框图. ①　 　；②　 　；③　 　。 （2）当压力自动控制系统出现故障，导致储气罐内气体压力过高，在此情况下对储气罐有保护的是　 　。 ①去车间的送气管道 ②自动排气管道 【答案】（1）变频气泵；储气罐；压力变送器 （2）② 【解析】 （1）①在该闭环控制系统中，控制器输出控制指令，直接改变储气罐内压力的设备是变频气泵，因此①是变频气泵； ②变频气泵工作后直接作用于储储气罐，改变储气罐内的实际压力，因此②是储气罐； ③用于检测储气罐内实际压力值并反馈给控制器的装置是压力变送器，因此③是压力变送器； （2）当压力自动控制系统出现故障导致储气罐内气体压力过高时，①去车间的送气管道主要用于供气，无法解决压力过高的问题；②自动排气管道能够在压力超限时自动开启，将罐内气体排出从而降低压力，对储气罐起到保护作用，因此选②。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第1节 自动控制系统（分层作业） 目录 【A 夯基础】 1 一、自动控制系统 1 【B 提能力】 4 【C 链真题】 7 1、 自动控制系统 1．下列控制系统中，属于自动控制系统的是（　　） A．按钮开关控制电灯 B．打开普通自来水龙头 C．声光控制开灯系统 D．控制自行车行驶方向 2． 下列传感器与其相当于人的器官对应不一致的是( ) A．光敏传感器——眼 B．化学传感器——耳 C．气敏传感器——鼻 D．压敏传感器——皮肤 3． 在路上行走时，如果发现有积水区，我们经过观察和判断后，决定绕行的过程，从控制系统的角度分析，承担信息处理系统的是( ) A．眼 B．大脑 C．躯体 D．耳 4．有一种在光照或温度升高时排气扇都能启动的自动控制装置，其中有两个传感器，下列正确的是( ) A．两个传感器都是光电传感器 B．两个传感器分别是光电传感器和温度传感器 C．两个传感器可能分别是温度传感器、电容式传感器 D．只有光照和温度都适合时排气扇才能工作 5． 如图所示的快递分拣系统，包含快递输送子系统和抓取子系统，其工作过程为：快递整齐排列在传送带上，输送到扫描区，扫描仪扫描快递上的条形码后将相关信息输送到工控机，工控机根据相关信息控制机械手，将快递分拣到不同分拣框内。下列关于该快递分拣系统的设计与分析中不恰当的是(　　) A．扫描仪的扫描速度会影响分拣效率 B．机械手设计时不需考虑快递的重量 C．扫描仪传感器的可靠性会影响分拣系统的稳定性 D．设计系统时需根据传送带的运行速度计算出机械手的运行速度 6． 下列属于自动控制系统的是( ) A．打气筒为自行车充气 B．现代温室恒温控制 C．门卫打开自动伸缩门 D．司机师傅驾驶公交车 7． 很多城市已逐渐开始实行电动自行车新政策：只允许新国标电动自行车上路，要求车速不超过25 km/h。下列是同学们设计的某品牌电动自行车的电路，其中符合“旋钮OP绕O点顺时针转动时，电动机转速变大，当转速超过一定值，电铃会自动报警”的电路是( ) A． B． C． D． 8．如图所示为某机器控制系统的工作流程图，分别由电动机控制子系统、机械臂控制子系统组成。在电动机控制子系统中，两个检测元件检测伺服电机的转角和速度，输送给伺服控制器与工程师设定的值进行比较，伺服控制器根据比较的差值发出控制信号，驱动装置将信号转变成相应的电流驱动伺服电机。在机械臂控制子系统中，伺服电机驱动机械臂，达到对机械臂的位置和运动精确控制的目标。下列关于电动机子系统的分析中正确的是(　　) A．电动机子系统是闭环控制子系统 B．伺服电机是执行器 C．驱动装置是控制器 D．被控对象是机械臂 9．如图所示是汽车轮胎维护控制系统示意图。汽车行驶时，压力传感器将检测到的轮胎压力信号传送给ECU电子控制单元，当轮胎气压比正常压力低10％时，车上的报警灯通知驾驶员，系统打开止回阀对管道进行加压并检查压力。如管道未达到目标压力，系统开始对轮胎进行充气，直到达到正常压力。关于轮胎的充气控制，下列说法不正确的是(　　) A．输入量是正常压力值 B．被控对象是报警灯 C．控制器是ECU电子控制单元 D．该控制是闭环控制 10． 如图所示为苹果自动分拣装置的示意图。该装置把大小不同的苹果，按一定质量标准自动分拣为大苹果和小苹果。该装置的托盘秤压在压力传感器R1上，R1所受压力越大阻值越小。当R2两端电压超过某一值时，控制电路接通，电磁铁吸动分拣板的衔铁。该控制电路中包含保持电路，能够确保苹果在分拣板上运动时电磁铁始终保持吸动状态。下列说法正确的是( ) A．为了选出质量更大的苹果可以增加缠绕电磁铁线圈的匝数 B．为了选出质量更大的苹果可以将电源A的输出电压减小 C．为了选出质量更大的苹果可以增大R2的阻值 D．质量大的苹果将进入上通道 11． 某养鸡场种蛋孵化器温控系统的工作原理为：当温度传感器检测到孵化器内的实际温度低于设定温度时，控制器发出指令，启动执行器开始制热；当实际温度达到或超过设定温度时，执行器停止工作。该系统通过检测装置持续获取实际温度，并将其反馈给控制器，实时调整执行器状态，以维持温度稳定。针对该控制系统，回答下列问题： （1）从控制过程中有无人工干预的情形来分，该控制属于　 　控制。 （2）该控制系统的执行器是　 　，检测装置是　 　。 12．如图所示(a)(b)，两幅图中有电流流过的是　 　(填“a”或“b”)。发光二极管是常见的电子元件，当电流从较长接线脚流入时，发光二极管中有电流通过，使其发光。如果电流从较短接线脚流入，电路处于开路状态。我们可以利用二极管的　 　性质判断电源的正负极。 13．如图所示，这是水塔中的水箱水位控制系统。浮球位置随着水塔水位同步变化，浮球的位置即为实际水位。当水位下降到底部的常开干簧管时，磁性浮球使此处干簧管动作，触点闭合，驱动继电器动作，继电器闭合水泵电路使水泵工作抽水，水塔水位不断上升，当达到上部的常闭干簧管时，磁性浮球使此处干簧管动作，触点断开，继电器断开水泵电路抽水结束，水塔水位停止上升(干簧管在磁性作用下会打开或关闭管内的触点开关)。请根据示意图和描述，完成以下任务： （1）该系统的控制手段和控制方式分别属于　 　和　 　(①手动控制；②自动控制；③开环控制；④闭环控制)。 （2）该系统的被控对象是　 　(①水箱；②水泵；③浮球)。 （3）若在使用过程中发现，水塔内水位尚未到达高水位就停下来，经过检查所有元件都是正常的，以下分析原因，不可能的是　 　。(①水塔内水位差距较大；②浮球磁性过强；③磁性浮球的磁性消失) （4）水箱的盖子被大风吹掉，大型鸟类飞到池中觅食戏水，造成水面波动，引起水泵频繁启动和停止，这种因素被称为　 　。 14．如图所示为某储气罐压力自动控制和自动报警系统示意图.压力变送器检测储气罐中的压力值，该值被送到控制器，与设定压力值进行比较，控制器根据偏差值控制变频气泵的转速，从而使储气罐的实际压力达到设定值，当压力值超出设定上限时，就发出报警信号，并自动排气。据图完成下列问题： （1）根据示意图及其描述，补充完整压力自动控制循环系统方框图. ①　 　；②　 　；③　 　。 （2）当压力自动控制系统出现故障，导致储气罐内气体压力过高，在此情况下对储气罐有保护的是　 　。 ①去车间的送气管道 ②自动排气管道 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $