选考总复习 通用技术专题八控制与设计(讲解部分PPT)

考向基础一、控制的含义人们按照自己的意愿或目的,通过一定的手段,使事物向期望的目标发

展。二、理解控制的三要素1.控制要达到什么目的。2.控制的对象是什么。3.采取什么控制手段。考点一控制的方式与应用三、控制的手段1.人工控制(手动控制):控制的过程是在人的直接干预或全程干预下进行

的。2.自动控制:在无人直接参与的情况下,使事物的变化准确地朝着期望的

方向进行。可分为气动控制、液压控制、电动控制、机械控制、电子

控制等。3.智能控制:具有智能信息处理、智能信息反馈和智能决策的控制方式,

它能在无人干预的情况下,自主地驱动智能机器实现控制目标。主要用

于解决复杂系统的控制问题。例1随着控制技术和理论的发展,控制越来越多地应用在日常生活中,

特别是自动控制的应用极大地方便了人们的生活。下列不属于自动控

制的是

(

)A.空调房间的温度控制B.声控走廊照明灯的开关控制C.太阳能热水器的水温控制D.自动挡汽车的行驶方向控制解析自动控制是不需要人直接干预或全程干预的,而自动挡汽车的行

驶方向控制需要人的干预,属于人工控制,故选D。答案D考向基础一、控制系统1.含义:任何控制都要通过若干个环节来实现,这些环节所涉及的装置构

成了一个系统,称为控制系统。2.控制系统通常分为:开环控制系统、闭环控制系统。3.控制系统的方框图在控制系统中,为了方便分析,常采用方框来表示系统的环节,用单向信号

线来表示系统信号传递的方向,这种图称为控制系统的方框图。二、开环控制系统1.含义:控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响,这种控制系统

称为开环控制系统。考点二开环控制系统的工作过程2.方框图:输入量

控制器

执行器

被控对象

输出量3.输入量:控制系统的给定量。4.控制器:对输入信号进行处理并发出命令的装置或元件。5.执行器:直接对被控对象进行控制的装置或元件。6.控制量:执行器的输出信号。7.被控对象:控制系统中所要求控制的装置或生产过程。8.输出量(被控量):控制系统所要控制量,也是控制系统的输出信号,即控

制的目的。【典例】典型开环控制过程案例1.车辆超速检测系统(检测报警类)测速雷达测量汽车的速度

电脑

电子开关

摄像头

超速汽车的图像信号存储、输出2.公交车车门的开关控制系统(开关类)车门开关信号

控制电路

电磁阀和气动活塞

车门

车门的开启、关闭3.游泳池定时注水系统(定时类)设定注水时间

定时器

进水阀

泳池

泳池的水位例2如图所示是智能车位引导系统示意图。该系统能够准确、快速引

导驾驶员到达空余车位,其工作过程是:中央处理器接收到超声波车位探

测器探测的车位信息,经过处理后控制信息发布器把空余车位信息通过

引导屏和车位指示灯显示出来。根据示意图及其描述,请回答下面的问

题。

根据上述描述,分析该车位引导系统的控制过程,在方框图中“

”处填写相应的内容。①

②

③

引导屏、车位指示灯

④

解析该系统能根据探测器探测的①车位信息,经②中央处理器处理,由

③信息发布器控制引导屏和车位指示灯显示④空余车位信息。答案①车位信息;②中央处理器;③信息发布器;④空余车位信息例3如图所示是停车场收费系统示意图,该系统由入口控制子系统和出

口控制子系统组成。当入口处的地感线圈检测到有车辆驶入,车位显示

器会显示可以停靠的车位数,入口控制器控制道闸开启;当出口处的地感

线圈检测到有车辆驶出,出口控制器计算停车费用并在计费显示器上显

示,收费完成后道闸开启放行车辆。关于该系统中的出入口道闸升降控

制,下列说法正确的是

(

)A.该控制系统控制方式为开环控制B.控制量为出入车流量C.地感线圈检测该控制系统的被控量D.被控对象为出入车辆解析该系统控制目的为控制出入口道闸的开启和关闭,故被控对象为

道闸,输出量(被控量)为道闸的开启和关闭,D错误。地感线圈检测的是车

辆信号(输入量),C错误。输出量不对控制产生任何影响,是开环控制,A正

确。执行器为控制道闸的电机,故控制量应为电机转速,B错误。答案A考向基础一、干扰因素与反馈1.干扰因素:在控制系统中,除输入量(给定值)以外,引起被控量变化的各

种因素都可以视为干扰因素。2.反馈:在自动控制系统中,将输出量通过检测装置返回到输入端并与输

入量进行比较的过程,称为反馈。3.反馈的作用:利用反馈来分析和处理被控对象,通过系统的输出来调整

系统的行为,使系统沿着预期的目标运行。考点三闭环控制系统的工作过程4.反馈的判断:1)有检测装置。2)检测输出量。3)与给定值比较。例4某学校铃声控制系统的工作过程是:电脑根据设定的时间顺序,发

出电信号给功率放大器,使音箱发出铃声。各种干扰因素会造成系统工

作不正常,下列不属于干扰因素的是

(

)A.电脑中侵入病毒程序B.响铃时间顺序设定错误C.工作电压超出系统正常工作范围D.系统附近使用无线电设备解析响铃时间的设定是系统的输入量,不属于干扰因素,因此B项符合

题意。答案B二、黑箱方法1.含义:通过对系统输入与输出关系的研究,进而推断出系统内部结构及

其功能的方法。2.作用:不必打开系统就能研究其内部结构和功能。三、闭环控制系统1.含义:系统的输出量返回到输入端,并对控制过程产生影响的控制系统

称为闭环控制系统。2.方框图:3.给定量:即输入量。4.检测装置:测量出被控量并返回到系统的输入端。5.比较器:将给定量与所检测的被控量进行比较,求出偏差值。6.控制器:将比较器求出的偏差值进行运算处理,并向执行器下达控制指

令。7.执行器:根据指令对被控对象进行控制,从而使得被控量稳定在给定的范围内。8.被控量:即输出量。【典例】典型闭环控制过程案例①温室大棚温度控制系统(恒定输出类)

③供水水箱的水位自动控制系统(恒定输出类)

②粮库温、湿度自动控制系统(恒定输出类)④风力发电机跟踪风向的控制系统(动态跟踪类)

⑤家用压力锅工作系统

例5如图所示为太阳能热水器水箱水位控制系统示意图。当淋浴喷头

放温水且水箱水位低于C点时,进水口的冷水会自动补充到水箱。从控制

角度分析,下列说法正确的是

(

)

A.淋浴喷头放温水是该控制系统的输出量B.淋浴喷头放冷水,是该控制系统的干扰因素C.水位传感器参与了反馈,所以水位控制系统属于闭环控制系统D.控制器只能负责水位控制系统,热水器的温度控制不可能兼容在该控

制器中解析该控制系统的输出量是太阳能热水器水箱水位,A错误。淋浴喷头

放冷水是输入量,不是该控制系统的干扰因素,B错误。水位传感器参与

了反馈,用来调整系统的行为,使系统朝着预期的目标运行,所以水位控制

系统属于闭环控制系统,C正确。设计该系统时,可以将热水器的温度控

制兼容在该控制器中,D错误。答案C例6如图所示是高级轿车中使用的空气式可调悬挂系统(底盘升降调

节),其高度调节系统主要由空气弹簧、控制电脑、距离传感器等组成。

汽车在行驶时,由前、后轮附近的距离传感器检测离地高度,行车电脑会

判断车身高度的变化,发出信号使得空气弹簧自动压缩或伸长,从而调节

底盘的离地间隙,提高车身在高速行驶时的稳定性和复杂路况的通过

性。请根据以上描述,完成以下任务:

(1)请将车身高度调节控制系统的原理框图补充完整;

(2)道路的凹凸不平、汽车速度等会对车身的高度产生影响,这些因素均

为该可调悬挂控制系统的

因素。解析

(1)该系统控制目的为控制车身高度,故被控对象为车身,被控量为

车身实际高度,执行器为空气弹簧,检测装置为距离传感器。(2)这些因素均对车身高度(被控量)有影响且不是输入量,故为干扰因

素。答案

(1)①空气弹簧;②车身;③车身实际离地高度;④距离传感器

(2)

干扰

开环控制系统闭环控制系统相同点均包含被控对象、控制器、执行器、控制量等组成部分

不同点组成/增加了检测装置和比较器特征输出量仅受输入量控制根据被控量与给定量间的偏差控制系统的运行信号传递单向双向控制精度较低,需人工控制辅助较高,能通过反馈减小干扰因素的影响判断方法根据定义输出量对控制系统的工作不产生影响的是开环控制系统,输出量影响控制系统工作状态的是闭环控制系统根据反馈开环控制系统不存在反馈,闭环控制系统存在反馈根据输入与输出闭环控制系统的输入量和输出量是同一类量,能进行比较处理四、开环控制系统与闭环控制系统的比较例7比较闭环控制系统和开环控制系统,下列说法正确的是

(

)A.开环控制系统是人工控制,闭环控制系统是自动控制B.由于干扰因素的影响使得控制系统的输出量产生偏差,开环控制系统

不能纠正这种偏差,而闭环控制系统则能C.由于闭环控制比开环控制的精度要高,所以设计一个控制系统要尽可

能地使用闭环控制系统D.只要有检测装置存在就一定是闭环控制解析开环、闭环是控制方式,人工、自动是控制手段,需根据实际情况

分析,A错误。闭环控制系统能利用反馈来减少干扰因素的影响,B正确。

是否需要设计成精度更高的闭环控制系统需要根据精度需求和条件而

定,C错误。开环控制系统也可以有检测装置,检测输入量,D错误。答案B例8消防一体化控制系统基于《建筑设计防火规范》GB50016-2022、

《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-2013,由火灾探测报警系统、

气体灭火系统、消防应急照明及疏散指示系统、消防应急广播系统、

防火门监控系统、防火卷帘门控制系统、消防水泵系统、防排烟系

统、可燃气体探测报警系统、消防设备电源监控系统、消防电话系

统、电气火灾监控系统共12个子系统组成。防火卷帘门控制系统中,由

一只感烟火灾探测器和一只感温火灾探测器组成的火灾探测器组,当感

烟火灾探测器动作后,输出控制防火卷帘门下降至中限位(半降)的控制信

号,起到隔烟逃生的作用。随着火势的增大,卷帘门控制器接收到感温探

测器的报警信号后,防火卷帘门执行全降动作,卷帘门控制器会将防火卷

帘门动作信号反馈到报警主机。下列关于防火卷帘门控制系统说法正确的是

(

)A.当感烟火灾探测器动作后,防火卷帘门下降至中限位,这个过程中控制

器是感烟火灾探测器B.当感温探测器动作后,防火卷帘门执行全降动作,这是闭环控制系统C.当感烟火灾探测器动作后,防火卷帘门下降至中限位,这是开环控制系

统D.当感温探测器动作后,防火卷帘门执行全降动作,这个过程中控制器是

报警主机解析当感烟火灾探测器动作后,防火卷帘门下降至中限位,这个过程中

控制器是防火卷帘门控制主机,属于开环控制,A错误,C正确。当感温探

测器动作后,防火卷帘门执行全降动作,这个过程中控制器仍是防火卷帘

门控制主机,属于开环控制,B、D错误。答案C例9如图为一款果实采摘机器人,内燃发动机驱动两台油压泵,其中的

一台用于驱动机械手,另一台用于驱动车辆行走,机器人内置的一套智能

应用系统用以区分水果或者蔬菜成熟度,当信息采集系统得到的参数与

预设的瓜果成熟参数匹配时,智能应用系统驱动伺服电机转动,从而带动

机械臂及切割刀完成采摘。以下关于该控制系统说法正确的是

(

)A.此控制系统为闭环控制系统B.信息采集系统得到的参数与预设参数比较的过程属于反馈C.被控量是伺服电机的转动D.预设的瓜果成熟参数不属于该控制系统的干扰因素解析该果实采摘机器人的控制目的是控制机械臂及切割刀完成采摘,

故被控对象是机械臂及切割刀,输出量(被控量)是采摘动作,C项错误。该

系统检测水果或者蔬菜成熟度,并非检测输出量,不存在反馈,为开环控制

系统,A、B项错误。预设的瓜果成熟参数参与比较,不属于该控制系统的

干扰因素,D项正确。答案D例10如图所示为太阳能热水器系统示意图,真空管集热器利用太阳能

将储水箱中的水加热后供用户使用。热水器带有水位自动控制系统和

定时电加热控制系统,当阳光不足或用水量过大时,可在设定的时间自动

启动电加热器对储水箱中的水加热。当储水箱中水满时能自动停止进

水,水位低时能自动补水,当储水箱中缺水时系统发出报警。请根据描述

回答以下问题:(1)该系统中:①水位控制;②定时电加热控制;③缺水报警控制;其中属于

开环控制的有

(在A.②;B.③;C.②③;D.①②;E.①③中选择合适

的选项,将序号填写在“

”处);(2)水位自动