必修 技术与设计2 第四章 控制及其设计（含答案解析）

通用技术必修2技术与设计2第四章控制及其设计一、章节体系二、知识点4.1了解控制（一）控制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，这就是控制。如骑自行车、调节空调的湿度、机器人、汽车自动生产线等。（二）手动控制必须在人的直接干预下才能完成控制任务，称为手动控制。如开关电器，开关水龙头，开车，画画等。（三）自动控制如果控制过程不需要人的干预，就能达到期望的控制效果，则称为自动控制。如扫地机器人，全自动洗衣机等。（四）智能控制智能控制是指具有智能信息处理、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。（五）开环控制和闭环控制开环控制：不能将控制的结果反馈回来影响控制作用的控制过程。闭环控制：能将控制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。开环控制：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响的控制。如：水位定时控制系统、十字路口的红绿灯系统、楼宇的防盗报警控制系统、火灾自动报警系统、公园的音乐喷泉控制系统等。（苏教版）闭环控制：把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。如：土壤湿度控制浇灌系统、电冰箱的湿度控制、空调湿度控制等。（苏教版）4.2控制系统的组成和描述（一）控制系统的组成基准量/给定量控制器执行器被控对象被控量开环控制系统及其组成部分名称基准量/给定量控制器执行器被控对象被控量反馈环节闭环控制系统及其组成部分名称（二）控制系统的框图表示4.3简单控制系统的设计（一）控制系统设计过程第一步，确定控制目的。第二步，确定系统的被控量。第三步，明确系统各项指标。第四步，确定控制系统的结构。第五步，建立系统各环节的模型。第六步，确定待调参数。第七步，测试系统的性能。（二）设计实例LED数码显示器的设计1．明确设计目的：一位数码显示0-9的数字。2．确定被控量及设计指标：LED数码管各段的亮或灭。3．确定系统结构：确定控制手段（手动/自动），控制方式（开环/闭环）。4．选择实现方法：（1）手动控制，显示“3”。5．部件模型及主要参数的确定：利用欧姆定律，功率公式计算相关参数。6．验证、完成你的设计：组装相关零件，测试效果。7．评估你的设计：是否达到预期目的，收集意见，改进。8．优化设计：由于只能显示“3”，实际应用价值有限，可采用自动控制，编程实现0-9的显示。4.4控制中的干扰（一）干扰对控制功能的影响干扰：在控制系统中，常有一些变化不定的因素对系统的行为造成不良的影响，这种有害因素，称为干扰。干扰会使被控对象产生错误动作。干扰的理解：除输入量以外，引起被控量变化的有害因素才被定义为干扰。一般来说，闭环控制系统能不断地修正控制效果，以减少被控量和给定量之间的误差。所以闭环控制系统有更好的抗干扰能力。（二）克服干扰的基本方法消除法、减弱法、提高系统性能法。三、学业测试一、单选题1．下列属于闭环控制系统的是A．红绿灯定时控制 B．楼道声控灯的控制C．电冰箱的温度控制 D．金属探测仪的检测报警控制【答案】：C【解析】：电冰箱工作时有一定设定湿度，湿度传感器检测实际湿度，反馈到输入端与设定湿度比较，使实际湿度趋于设定湿度，实现闭环控制。ABC项输出量均未反馈回来对控制产生影响。如图所示的是某款自动感应垃圾桶。当垃圾桶上方的红外线传感器在感应区范围内检测到物体接近时，就会把检测到的信号传给控制模块，控制模块发出信号使电机转动，开启桶盖。当物体离开感应区范围一段时间后桶盖自动关闭。请根据以上描述完成2∼4题2．该自动感应垃圾桶的开闭桶盖控制系统属于A．手动控制，闭环控制 B．自动控制，闭环控制C．自动控制，开环控制 D．手动控制，开环控制【答案】：C【解析】：垃圾桶自动感应打开，控制手段属自动控制；其输出量为桶盖的开或关，未反馈到输出端对控制产生影响。3．下列对该控制系统的分析中不正确的是A．执行器是电机 B．输入量是红外线传感器C．被控对象是垃圾桶盖 D．控制器是控制模块【答案】：B【解析】：输入量是红外线传感器检测到手伸过来的信号。4．下列不属于自动感应垃圾桶干扰因素的是A．电池电量不足 B．垃圾桶附近的强电磁场C．说话的声音 D．内桶漏水导致的控制电路故障【答案】：C【解析】：红外传感器不能将声音作为输入信号，声音对垃圾桶控制不构成干扰。如图所示的是某智能人体感应LED灯，常用在走廊等地。内置人体微波感应器,当人进入感应范围，人体微波感应器就把检测到的人体信号传输给控制电路，控制电路再发出信号，灯亮，延时一定时间后灯自动熄灭。请根据以上描述完成5∼6题5．该智能人体感应LED灯的控制系统属于A．手动控制，闭环控制 B．手动控制，开环控制C．自动控制，开环控制 D．自动控制，闭环控制【答案】：C【解析】：红外传感器感应人身信号作为输入信号，灯的亮或灭是输出信号，并未反馈到输入端影响控制，为开环控制系统。6．下列对该控制系统分析不正确的是A．检测装置是人体微波感应器 B．输入量是检测到的人体信号C．被控对象是控制电路 D．被控量是灯的亮与灭【答案】：C【解析】：被控对象是灯。7．小明在学习了通用技术课程后，准备设计一款智能风扇，初步想法是：当人在风扇周边一定范围内，如果人移动，风扇就能根据人的位置转动，达到风扇一直对着人吹的目的；当人超出该范围后，风扇能够自动断电关闭。下列构思中不恰当的是A．智能风扇可以分成两部分来设计，即自动开关的控制和自动跟踪的控制B．自动跟踪的控制设计成开环控制更合理C．设计该智能风扇的时候要克服有动物或其它物体经过时引起的干扰D．自动开关的控制设计成自动控制更合理【答案】：B【解析】：智能风扇跟踪的范围会设置一个给定量，人的位置是输入量，智能风扇将检测到的人的位置与设定的范围进行比较得出一个差值，影响风扇转运的实际位置，设计成闭环更合理。8．如图所示为某款黄瓜自动采摘机器人，该机器人内置智能系统，可以区分黄瓜的成熟度，当传感器采集到的数据与预设的黄瓜成熟参数匹配时，智能系统驱动电机转动，从而带动机械臂及切割刀完成采摘。以下关于该控制的说法正确的是A．采摘控制为开环控制 B．控制器是电机C．被控量是传感器 D．采集数据与预设参数比较属于采摘反馈【答案】：D【解析】：D项中采集数据与预设参数的比较器就是给定量与反馈量的比较，符合定义。本控制为闭环控制，控制器是智能系统，被控量是黄瓜是否采摘。9．关于干扰因素对控制系统的作用，下列说法正确的是A．干扰因素是可以完全避免的 B．干扰因素能引起被控量发生变化C．干扰因素仅作用在控制器上 D．干扰因素只作用于开环控制系统【答案】：B【解析】：干扰因素的定义就是能引起被控量发生变化的有害因素。10．以下属于正确利用干扰的是A．在高考时使用手机信号屏蔽仪 B．闪电会对电视信号产生一定干扰C．飞机降落时要求乘客关闭手机 D．在靠近居民楼的公路边安装隔音墙【答案】：A【解析】：信号屏蔽仪就是利用自身产生的电磁波对手机信号造成干扰，达到防止舞弊的作用。11．如图所示的是某款抽水马桶。扳动冲水把手，水箱冲水，同时，浮球下降，打开进水圈，水箱开始补水。水位开始上升，浮球上浮到原设定位置时，水箱停止进水。下列有关该水箱水位控制装置的说法中正确的是A．被控量是水箱实际水位B．该控制属于手动控制C．该控制属于开环控制D．浮球破裂不会对控制产生干扰【答案】：A【解析】：该控制属于自动控制、闭环控制，被控量是水箱的实际水位。12．如图所示的是某款自动伸缩遮阳篷，当传感器检测到阳光时，将信号发送给控制器，控制器启动电机，使遮阳篷展开。关于该控制系统，下列说法不正确的是A．执行器是电机 B．被控量是阳光信号C．输入量是阳光信号 D．被控对象是遮阳篷【答案】：B【解析】：被控量是电机的通断。13．如图所示的是某款淋喷式洗碗机。其基本工作原理是：当打开开关后，控制模块根据预设的程序发出指令，使水泵将水从喷头高压喷出，水流的反作用力使喷头旋转，从而使水流到达洗碗机的各个角落，在高温水流和洗涤剂的作用下，把餐具洗干净。下列关于该控制系统的分析正确的是A．该控制系统的控制量是喷头B．该控制系统的被控对象是餐具C．该控制系统的执行器是水泵D．该控制系统的被控量是水【答案】：C【解析】：控制量是喷头的开和关，被控对象是高压水流，执行器是水泵，被控量是水流的压力。14．如图所示某款高铁站自动取票机，用户点击屏幕上“互联网取票”菜单命令，然后将身份证置于读取器位置，电脑获取身份信息，打印车票并驱动相关电机及机械装置，将车票从取票口送出。关于自动取票机的控制，下列说法正确的是A．该控制是闭环控制 B．执行器是车票C．输出量是电机 D．控制器是电脑【答案】：D【解析】：控制器是电脑，执行器是打印机/相关电机及机械装置。15．下列日常生活中的控制是手动控制的是A．手动调节风扇的档位 B．空调的温度控制过程C．高速公路上的测速抓拍控制 D．汽车电瓶的电量监测控制系统【答案】：A【解析】：手动风扇的档位调节在调节档位时始终离不开人的操作，属于手动控制。二、分析题16．如图所示某款雨滴感应式自动雨刮器控制系统。它能根据雨量大小控制雨刮器转动的速度。传感器检测出雨量大小，把它变成电信号，传递给单片机，单片机根据电信号的强弱控制电动机的转速，从而控制雨刮器的速度，使得雨刮器的速度与雨量大小相适应。请结合所学知识回答下列问题：（1）该系统的控制手段和控制方式分别属于_____和_____（选填序号：①手动控制；②自动控制；③开环控制；④闭环控制）；【答案】：②、③【解析】：雨刮器能根据雨量大小，自动刮雨，属于自动控制，雨刮器的快慢由输入信号的强弱控制，雨刮器的快慢未反馈到输入端影响控制，属于开环控制系统。（2）该系统的执行器是_____（选填序号：①雨刮器；②雨量；③驱动电机；④单片机）；控制量是_____（选填序号：①雨刮器速度；②雨量；③单片机输出电流；④驱动电机转速）；【答案】：③、④【解析】：该系统的执行器是驱动电机，控制量是驱动电机的转速。（3）为了提高雨刷效果，并适合不同的场合，以下的几个优化措施中，最合理的是___；①增加雨刮器手动开关①增加雨刮器手动开关②提高电机功率与转速的③检测档风玻璃清晰度控制雨刮器的速度④雨刮器的不同步控制【答案】：③【解析】：该控制系统的目的是控制雨刮器的运行，最终是使档风玻璃清晰，帮助人们安全行车，所以③最合理。（4）以下属于该优化的影响因素的是_____（选填序号：①雨量大小；②车速快慢；③检测装置的精度）。【答案】：③【解析】：雨量大小属外部环境，是系统优化的约束条件，车速的快慢可由人自动控制，不需要拿入该系统的优化之中。17．如图所示的是李华设计的小鸡孵化箱，该孵化箱包括微电脑数字温控器、温度探头、加热丝、水床等。系统正常运行时，当温度低于设定值时，加热丝加热；当温度高于设定值时，加热丝停止加热，使孵化箱内水床的温度保持在合理的范围之内。请结合所学知识回答下列问题：（1）补充完整该控制系统方框图（在①温度探头；②电源；③加热丝；④微电脑数字温控器中选择合适的选项，将序号填写在“______”处）；【答案】：④、③、①【解析】：此系统的控制器是微电脑数字温控器，执行器是加热丝，反馈环节是湿度探头。（2）温度传感器放置的位置合理的是____（选填序号：①水床下表面；②水床上表面；③在泡沫箱顶部）；【答案】：②【解析】：该控制系统是控制水床上表面的实际湿度，所以湿度传感器应放在水床上表面。（3）为了节能环保，下列对鸡蛋孵化箱的优化措施合理的是____和____（选填序号：①换用更大的泡沫箱作为箱体；②换用更厚的泡沫箱作为箱体；③在泡沫箱内壁粘贴一层减小热辐射损失的材料；④换用功率更大的电源）。【答案】：②、③【解析】：更厚的泡沫箱作为箱体可减少热量的损失，与③一样，属于合理的优化措施。18．如图所示的是太阳能自动跟踪控制系统及结构示意图，该控制系统能使太阳能电池板充分吸收太阳辐射的能量，提高发电系统的发电量。其工作原理是：传感器跟踪太阳相对方向，控制器根据偏差值控制电机运转，调整太阳