浙江版高中技术复习教学专题八控制与设计课件

第二部分通用技术

专题八控制与设计高考

技术浙江省专用考点一控制的方式与应用一、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。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。智能控制主要用于解决复杂系统的

控制问题。例1如图所示是一款家用可燃气体、烟雾报警器,用于煤气、液化气、烟雾泄露和

浓度超标报警,防止意外发生,是家庭生活不可或缺的一部分。当厨房中的可燃气体

或烟雾达到一定浓度时,感应头触发电路,喇叭工作,进行报警。从控制的手段来看,该

可燃气体、烟雾报警器的控制属于

(

)

A.人工控制、电子控制B.人工控制、机械控制C.自动控制、电子控制D.自动控制、气动控制

解析

人无需直接干预和全程干预,为自动控制。执行机构为电子电路,属于电子控制。故选C。

答案C考点二开环控制系统的工作过程一、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.控制系统可以分为: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。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控制命令的装置或元件。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):控制系统所要控制的量,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,手表上的震动马达震动加

快,使手表的震动频率增大。关于该控制系统,下列说法中不正确的是

(

)

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

解析

该控制系统的控制目的为控制手表震动,被控对象为手表,输出量为手表的震动频率,C正确。震动马达执行控制,为执行器,D正确。震动马达的震动为控制量,B错

误。微处理器接收并处理输入信号,并对执行器发出指令,为控制器,A正确。

答案B考点三闭环控制系统的工作过程一、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。在控制系统中,干扰因素可能有一个,也可能有若干个。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。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为了限制病毒传播,最大程度减少交叉感染,越来越多的医院开始建设负压病房,

同时为此配备负压新风系统,确保排出的空气经过充分的净化处理达到安全标准后才

能排到外部环境中。每间负压隔离病房的送、排风管上设置了密闭阀,其中气压控制

子系统设传感器检测室内气压,控制变频风机工作,保证负压病房与缓冲区、走廊保

持5Pa的负压。下列不属于该气压控制子系统的干扰因素的是

(

)A.室内的实际气压B.风机的转速C.密闭阀密封面的材料D.意外断电

解析

干扰因素是除输入量以外,引起被控量变化的因素。室内的实际气压是被控量,不是干扰因素。故选A。

答案A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:不必打开系统就可以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)

②粮库温、湿度自动控制系统(恒定输出类)

③供水水箱的水位自动控制系统(恒定输出类)

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

四、开环控制系统与闭环控制系统的比较控制系统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

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

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,能进行比较处理例5如图所示是颗粒类粮食定量自动打包系统示意图,包括粮食输送子系统、计量

控制子系统、打包子系统。其工作过程是:当落料仓中的粮食达到设定的打包重量

时,控制器打开落料仓底部仓门,粮食落入包装袋内,封口机进行封口打包。控制器根

据计量传感器测得的落入落料仓中的粮食重量与输送带速度之间的对应关系,来调节

输送带的速度,使落料仓里的粮食重量与设定的打包重量一致。下列关于计量控制子

系统的分析中不恰当的是

(

)A.计量控制子系统的控制方式属于闭环控制B.被控对象是底部仓门C.落料仓内粮食重量为被控量D.输送带磨损老化属于系统的干扰因素

解析

计量控制子系统的控制目的是控制落料仓的实际粮食重量,故被控对象为落料仓,B错误。被控量为落料仓内粮食实际重量,C正确。由于检测被控量并与设定值

比较,存在反馈,为闭环控制系统,A正确。输送带磨损老化会影响控制的实现且不是

输入量,故为干扰因素,D正确。

答案B例6汽车运行过程中,发动机怠速运转的时间约占30%,怠速转速过高,会使燃油消耗

增加;怠速转速过低,当运行条件较差或负载增加(如空调打开等)时,容易导致发动机运

转不稳定甚至熄火,同时会增加排放污染。如图为汽车怠速控制系统,主要由传感

器、ECU和执行元件组成。ECU根据各传感器的检测信号判断发动机是否处于怠速

工况及发动机负荷的变化情况,然后根据存储在ECU的怠速控制程序确定一个怠速运

转的目标转速,并与实际怠速转速进行比较,根据比较结果控制执行元件工作,以调节

进气量,使发动机的怠速转速达到所确定的目标值。下列关于汽车怠速控制系统的说

法中不正确的是

(

)

A.控制方式属于闭环控制B.ECU是检测装置C.被控对象是发动机D.控制量是进气量

解析

汽车怠速控制系统的控制目的是控制发动机怠速转速,被控对象为发动机,C正确。输出量为发动机实际怠速转速,且输出量被传感器检测并与设定的目标怠速转

速进行比较,存在反馈,故为闭环控制系统,A正确,B错误。执行器为执行元件,控制量

为进气量,D正确。

答案B例7如图所示为机械臂运动限位系统示意图。位置传感器设置在机械臂的左右需

要限位的位置,当机械臂左右运动靠近位置传感器时,位置传感器感知到机械臂接近

并在达到规定的检测距离时给PLC发送信号,经伺服电机使机械臂停止运行,从而使机

械臂在一定位置范围内运转。下列关于机械臂运动限位控制系统的分析中,正确的是

(