第四單元控制與設計課時28控制與控制系統(tǒng)1．控制的含義人們按照自己的意愿或目的，通過一定的手段，使事物向期望的目標發(fā)展，這就是控制(control)。理解任何控制現(xiàn)象，都要明確：①控制的對象是什么，②控制要達到什么目的，③采取什么控制手段。控制的三要素：控制對象、控制目的、控制手段。2．控制的手段和方法分類依據(jù)手段和方法含義按人工干預分①____________在人的直接干預和全程干預下進行的。②____________不需要人直接干預，人只是給控制發(fā)出指令或設置相關(guān)信息。人工控制自動控制分類依據(jù)手段和方法含義按執(zhí)行機構(gòu)分①____________以機械傳動作為主要控制手段，如采用杠桿、齒輪、皮帶傳動、蝸輪蝸桿等方式。②氣動控制以氣體作為主要信息與動力，一般由氣閥門及氣控件組成。③液壓控制采用液壓方式來傳遞信息與動力。④____________由電子元器件構(gòu)成，采用電信號作為傳遞信號的載體。機械控制電子控制3.控制的應用(1)控制應用到生活中，提高了人們的生活質(zhì)量，人類能夠在一定程度上按照自己的意愿改變周圍的環(huán)境，使之能滿足人們的需要。(2)控制應用到生產(chǎn)中，大大減輕了工人的勞動強度，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。(3)控制也應用到軍事、國防等領域。例1如圖所示是一款智能垃圾桶。投垃圾時，手或垃圾靠近感應區(qū)上方，桶蓋會自動打開，投入后桶蓋會自動關(guān)閉，該控制系統(tǒng)的控制手段和控制方式屬于()A．手動控制、開環(huán)控制B．自動控制、開環(huán)控制C．自動控制、閉環(huán)控制D．手動控制、閉環(huán)控制B勝券解析：人沒全程參與，整個控制過程由系統(tǒng)自動完成，且輸出量對本系統(tǒng)的輸入量無任何影響(無反饋)。例2如圖所示的金屬探測門，當有人攜帶金屬制品通過時，探測門即發(fā)出聲音報警。該報警控制系統(tǒng)的控制手段和控制方式屬于()A．手動控制、開環(huán)控制B．自動控制、開環(huán)控制C．自動控制、閉環(huán)控制D．手動控制、閉環(huán)控制B【解析】全程無人參與，為自動控制；該控制系統(tǒng)無反饋調(diào)節(jié)，屬于開環(huán)控制。B例4如圖所示是一款太陽能飯盒，每個飯盒都有獨立的溫度控制系統(tǒng)，當飯煮熟后，自動進入保溫狀態(tài)，該飯盒溫度控制系統(tǒng)的控制手段和控制方式屬于()A．手動控制、開環(huán)控制B．自動控制、閉環(huán)控制C．自動控制、開環(huán)控制D．手動控制、閉環(huán)控制B1．簡單開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程4.控制器和執(zhí)行器的作用(1)概念：控制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響的控制系統(tǒng)。(2)特征：系統(tǒng)的輸出量僅受輸入量控制，輸入量到輸出量之間的信號是____________________。(3)方框圖單向傳遞控制器執(zhí)行器控制量被控對象基本組成含義______________控制系統(tǒng)的給定量。______________對輸入信號進行處理并發(fā)出控制命令的裝置或元件。______________直接對被控對象進行控制的裝置或元件。______________執(zhí)行器的輸出信號。______________控制系統(tǒng)中所要控制的裝置或生產(chǎn)過程。______________控制系統(tǒng)所要控制的量。輸入量控制器執(zhí)行器控制量被控對象輸出量☆典型案例控制過程匯總表(開環(huán))實例工作過程車輛超速檢測系統(tǒng)(檢測報警類)測速雷達測量車速，經(jīng)判斷超速后，電腦控制攝像頭將超速車輛的信息記錄下來。公交車車門的開關(guān)控制系統(tǒng)(開關(guān)類)司機操作開關(guān)裝置，發(fā)出開關(guān)信號，控制電磁閥的啟閉，通過電磁閥決定壓縮空氣的流向，由壓縮空氣推動活塞，從而帶動車門的開啟與關(guān)閉。游泳池定時注水系統(tǒng)(定時類)使用者將注水的時間值設定到定時器中，開啟進水閥注水，一旦時間到達，定時器就會控制注水閥關(guān)閉，停止向泳池注水。2.閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成(1)概念：系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)。(2)基本組成：與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制系統(tǒng)多了檢測裝置、比較器(檢測裝置有的開環(huán)系統(tǒng)也有)。(3)特征：系統(tǒng)的輸出端與輸入端信號之間存在一個回路——反饋回路。3.簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖

(1)檢測裝置：檢測輸出量(被控量)并將其返回到____________________。(2)比較器：將給定量與所檢測的被控量進行比較，求出偏差值，往往和控制器集成到一起。(3)開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較①開環(huán)控制系統(tǒng)輸入量到輸出量之間的信號是單向傳遞的，它對輸出量的控制精度較低，但它具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、容易實現(xiàn)等優(yōu)點。②閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸入量和輸出量之間還有一個反饋環(huán)節(jié)，它們形成了一條閉合回路。它對輸出量的控制精度較高，但它結(jié)構(gòu)復雜、成本高，主要用在要求較高精度和高可靠性的控制中?？刂破鲌?zhí)行器控制量被控對象檢測裝置輸入端☆典型案例控制過程匯總表(閉環(huán))實例工作過程溫室大棚溫度控制系統(tǒng)(恒定輸出類)夏天臥室溫度控制系統(tǒng)(恒定輸出類)電冰箱溫度控制系統(tǒng)(恒定輸出類)電飯鍋保溫控制系統(tǒng)(恒定輸出類)實例工作過程智能電飯煲控制系統(tǒng)(恒定輸出類)加熱爐的溫度自動控制系統(tǒng)(恒定輸出類)供水水箱的水位自動控制系統(tǒng)(恒定輸出類)抽水馬桶的自動控制系統(tǒng)(恒定輸出類)實例工作過程電熱水器溫度控制系統(tǒng)(恒定輸出類)糧庫溫、濕度自動控制系統(tǒng)(恒定輸出類)風力發(fā)電機跟蹤風向的控制系統(tǒng)(動態(tài)跟蹤類)家用壓力鍋工作原理AA

CD例9[2018.6浙江]如圖所示為某消防聯(lián)動控制系統(tǒng)示意圖，由火災報警、自動滅火、排煙、應急廣播及應急照明等控制子系統(tǒng)組成。其中自動滅火控制系統(tǒng)中噴淋子系統(tǒng)的工作過程是：當火災探測器探測到火災信號后，由中央處理器發(fā)出指令給電子開關(guān)，啟動噴淋泵工作。下列說法中，不正確的是()A...A．消防聯(lián)動控制系統(tǒng)中的自動滅火與應急廣播兩個子系統(tǒng)之間沒有關(guān)聯(lián)B．消防聯(lián)動控制系統(tǒng)需定期檢測與維護，反映了系統(tǒng)的動態(tài)性C．噴淋子系統(tǒng)中可把噴淋泵看作被控對象D．噴淋子系統(tǒng)的控制器是中央處理器例10[2017.4浙江]如圖所示為滑臺的運動系統(tǒng)示意圖，由電機控制子系統(tǒng)和機械傳動子系統(tǒng)組成。在電機控制子系統(tǒng)中，傳感器檢測電機的轉(zhuǎn)動角度，并反饋到控制裝置與設定值比較，控制裝置根據(jù)差值發(fā)出運動信號，驅(qū)動器將運動信號轉(zhuǎn)變成相應的電流驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。在機械傳動子系統(tǒng)中，電機帶動絲桿轉(zhuǎn)動，絲桿通過螺母驅(qū)動滑臺移動。系統(tǒng)根據(jù)電機的轉(zhuǎn)動角度和絲桿的螺紋間距計算出滑臺移動的距離，從而實現(xiàn)對滑臺位置的間接控制。電機控制子系統(tǒng)的執(zhí)行器是()A．驅(qū)動器B．控制裝置C．電機D．絲桿A例11[2017.11浙江]如圖所示是三相異步電動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)通過改變交流電的頻率來改變電動機的轉(zhuǎn)速。通過觸摸屏設定電動機的轉(zhuǎn)速，變頻調(diào)速器將50Hz的交流電轉(zhuǎn)變成與設定轉(zhuǎn)速相對應頻率的交流電，驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動；裝在電動機輸出軸上的測速發(fā)電機隨電動機一起轉(zhuǎn)動并發(fā)電；PLC根據(jù)測速發(fā)電機的電流大小，判斷電動機實際轉(zhuǎn)速與設定轉(zhuǎn)速之間的差值，向變頻調(diào)速器發(fā)出指令，改變驅(qū)動電流的頻率。下列關(guān)于該控制系統(tǒng)的分析中正確的是()A．執(zhí)行器是電動機B．控制器是變頻調(diào)速器C．輸出量是測速發(fā)電機的電流信號D．控制量是變頻調(diào)速器輸出的電流頻率D【解析】本題考查控制系統(tǒng)的工作過程與方式，控制器為觸摸屏，執(zhí)行器為變頻調(diào)速器，輸出量為電動機的轉(zhuǎn)速。例12如圖所示的空氣壓縮機，當儲氣罐內(nèi)的壓縮空氣排放到一定程度時，壓力開關(guān)自動接通電源，電機帶動氣泵運轉(zhuǎn)，向儲氣罐補充壓縮空氣，使儲氣罐內(nèi)的氣壓保持在設定范圍內(nèi)。下列關(guān)于該壓縮機的氣壓控制系統(tǒng)分析中，正確的是()A．控制方式屬于開環(huán)控制B．輸入量是電能C．控制量是氣泵輸出的空氣流量D．輸出量是儲氣罐內(nèi)的壓縮空氣C【解析】本題考查控制系統(tǒng)的工作過程與方式。該控制系統(tǒng)控制的目的是在控制儲氣罐內(nèi)的氣壓，檢測裝置也在檢測儲氣罐內(nèi)的氣壓，所以是閉環(huán)控制系統(tǒng)，A項錯誤；輸入量是設定氣壓，B項錯誤；控制量是執(zhí)行器的輸出信號，執(zhí)行器是氣泵，氣泵的輸出信號是空氣流量，C項正確；輸出量是儲氣罐內(nèi)的實際氣壓，D項錯誤。例13根據(jù)消防要求，倉庫、圖書館等場所都要安裝火災自動報警系統(tǒng)。當煙霧探測器檢測到的煙霧濃度超過設定值時，電子開關(guān)被接通，報警器發(fā)出聲光信號進行報警。關(guān)于該報警控制系統(tǒng)，以下說法中正確的是()A．輸出量是有無聲光信號B．被控對象是倉庫、圖書館等場所C．控制器是電子開關(guān)D．反饋裝置是煙霧探測器A【解析】本題考查控制系統(tǒng)中各控制部件的作用及其認識。輸出量是有無聲光信號，A項正確；被控對象是報警器，B項錯誤；電子開關(guān)是執(zhí)行器，C項錯誤；煙霧探測器是檢測裝置，D項錯誤。例14如圖所示是燃油爐窯溫度控制系統(tǒng)示意圖。工作時，熱電偶將檢測到的爐內(nèi)溫度信號傳送給溫控儀與設定溫度值比較，溫控儀根據(jù)溫度偏差信號控制電機運行，調(diào)節(jié)燃油噴嘴的噴油量，使爐內(nèi)溫度穩(wěn)定在設定溫度。該控制系統(tǒng)的被控對象是()A．電機B．燃油噴嘴C．爐窯D．熱電偶C例１５如圖所示是一款自動伸縮式遮陽篷的示意圖，當傳感器檢測到雨水、陽光時，將感應信號發(fā)送給控制器，啟動電機展開遮陽篷。關(guān)于該控制系統(tǒng)，下列說法中不正確的是（）Ａ．輸入量是雨水、陽光信號Ｂ．控制量是前桿的位移量Ｃ．執(zhí)行器是電機Ｄ．被控對象是遮陽篷...B例16如圖所示是地鐵進站閘機，乘客將車票或公交卡放入讀卡感應區(qū)，讀卡器將卡片信息發(fā)送給服務器進行驗證，驗證合格后，控制開閘機構(gòu)開啟閘門。關(guān)于閘門的開啟控制，下列說法正確的是()A．該控制是閉環(huán)控制B．被控對象是乘客C．輸出量是閘門的開啟D．控制器是開閘機構(gòu)C例17如圖所示為公共廁所人體感應自動供水系統(tǒng)示意圖。當探頭檢測到有人進入廁所，控制器控制電磁閥打開，向水箱供水。該供水控制系統(tǒng)的執(zhí)行器是()A．水箱

B．進水閥

C．探頭

D．電磁閥D【解析】本題考查開環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過程，由題干控制器控制電磁閥打開，向水箱供水可知執(zhí)行器為電磁閥。例18如圖所示是某同學設計的自動干手器原理示意圖，當手靠近傳感器時，傳感器將感應信號發(fā)送給控制器，控制器控制繼電器閉合，電吹風開始工作。若將電吹風看作被控對象，則執(zhí)行器是()A．傳感器B．控制器C．繼電器D．插頭C【解析】繼電器的開啟和關(guān)閉直接影響電吹風的工作狀態(tài)。例１９如圖所示是自動門示意圖。當人靠近自動門時，探頭探測到人體信號，控制電路接收到該信號后，發(fā)出相應的指令，啟動電動機把門打開。關(guān)于該控制系統(tǒng)，下列說法中錯誤的是（）Ａ．輸入量是人體信號Ｂ．輸出量是門的打開Ｃ．被控對象是人體Ｄ．執(zhí)行器是電動機C例20電梯都配有超載報警系統(tǒng)，其工作原理是：傳感器檢測電梯的載重量，控制電路進行判斷，若載重量超過設定值則接通電子開關(guān)，報警器發(fā)出聲、光信號進行報警。關(guān)于該報警控制系統(tǒng)，下列說法中正確的是()A．被控對象是電梯B．控制器是電子開關(guān)C．執(zhí)行器是報警器D．輸出量是有、無聲光信號D例21如圖所示的抽屜，每次拉開，抽屜內(nèi)的LED燈會自動點亮30秒，該LED燈自動開關(guān)控制系統(tǒng)的輸出量是()A．房間的亮度B．抽屜的開或關(guān)C．設定的亮燈時間D．燈的亮或滅D【解析】輸出量即被控量，指控制系統(tǒng)所要控制的量或狀態(tài)。D【解析】一個控制系統(tǒng)的研究，需要明白一個控制系統(tǒng)的組成的各個環(huán)節(jié)的功能，雨水信號為輸入量，電動機為執(zhí)行器。例２３如圖所示是一種風阻尼器，用于高層建筑應對臺風。一個幾百噸重的大鐵球通過彈簧和液壓裝置安裝在高層建筑物的中上部，當強風來襲時，該裝置的傳感器探測到建筑物的搖晃程度，通過計算機控制液壓裝置推動大鐵球向反方向運動，從而降低建筑物的搖晃程度。若把大鐵球作為被控對象，下列分析中不正確的是（）...Ａ．輸入量是建筑物的搖晃程度Ｂ．控制器是計算機Ｃ．控制量是風力的大?。模敵隽渴谴箬F球的運動方向和速度C例24如圖所示是汽車倒車雷達示意圖，當汽車倒車至障礙物一定距離時，雷達偵測器將偵測到的信號輸入主機，主機控制蜂鳴器發(fā)出報警聲，并在顯示器上顯示至障礙物的距離。下列對該控制系統(tǒng)的分析中不正確的是()A．被控對象是雷達偵測器B．控制器是主機C．輸入量是車尾至障礙物的距離信息