第1節(jié)控制與控制系統(tǒng)一控制的手段和應(yīng)用二控制系統(tǒng)的基本概念三開環(huán)控制系統(tǒng)教材研讀四閉環(huán)控制系統(tǒng)突破一開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的判斷突破二簡單控制系統(tǒng)的工作過程分析重難突破一、控制的手段和應(yīng)用教材研讀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(biāo)發(fā)

展,這就是控制。2.構(gòu)成控制的三要素控制的對象是什么、控制要達(dá)到什么目的和采取什么控制手段。3.對構(gòu)成控制的三要素的理解三要素對象目的手段含義被控制的事物人們的意愿或期望的方向控制實施的方式和方法4.控制的手段(1)按控制過程中人工干預(yù)的情形分:人工控制:控制的過程是在人的直接干預(yù)和全程干預(yù)下進(jìn)行。自動控制:在無人直接參與的情況下,使事物的變化準(zhǔn)確地按照期望的

方向進(jìn)行。(2)按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同分:機(jī)械控制、氣動控制、液壓控制、電子控制等。5.控制的應(yīng)用(1)控制在生活中的應(yīng)用控制應(yīng)用到生活中,提高了人們的生活質(zhì)量,人們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)控制在生產(chǎn)中的應(yīng)用生產(chǎn)中往往需要對溫度、濕度、壓力、速度及加工動作等進(jìn)行控制。(3)控制在軍事、航天等領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用。二、控制系統(tǒng)的基本概念1.控制系統(tǒng)的含義任何一種控制的實現(xiàn),都要通過若干個環(huán)節(jié)共同實現(xiàn),這些環(huán)節(jié)所涉及

的裝置就構(gòu)成了一個系統(tǒng),稱為控制系統(tǒng)。2.控制系統(tǒng)的輸入與輸出(1)輸入量:控制系統(tǒng)的啟動信號。(2)輸出量:控制系統(tǒng)所要控制的信號,即控制的目的。3.控制系統(tǒng)的分類開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和復(fù)合控制系統(tǒng)。4.控制系統(tǒng)的方框圖在控制系統(tǒng)中,為了分析的方便,常采用方框來表示系統(tǒng)的環(huán)節(jié),用單向

信號線來表示系統(tǒng)信號傳遞的方向,這種圖稱為控制系統(tǒng)的方框圖。三、開環(huán)控制系統(tǒng)1.開環(huán)控制系統(tǒng)的含義控制系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控制沒有任何影響,這種控制系統(tǒng)稱為開環(huán)

控制系統(tǒng)。2.開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖輸入量

控制器

執(zhí)行器

被控對象

輸出量3.開環(huán)控制系統(tǒng)各部分的作用(1)被控對象:控制系統(tǒng)中所要求控制的裝置或生產(chǎn)過程。(2)控制器:對輸入信號進(jìn)行處理并發(fā)出命令的裝置或元件。(3)執(zhí)行器:直接對被控對象進(jìn)行控制的裝置或元件。(4)控制量:執(zhí)行器的輸出信號。四、閉環(huán)控制系統(tǒng)1.閉環(huán)控制系統(tǒng)的含義系統(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)稱為閉

環(huán)控制系統(tǒng)。2.閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖

3.閉環(huán)控制系統(tǒng)各部分的作用(1)給定量:即輸入量。(2)被控量:即輸出量。(3)檢測裝置:檢測出被控量并返回到系統(tǒng)的輸入端。(4)比較器:將給定量與所檢測的被控量進(jìn)行比較,求出偏差值。1.(2016浙江3月學(xué)考,19,3分)某學(xué)校鈴聲控制系統(tǒng)的工作過程是:電腦根

據(jù)設(shè)定的時間順序,發(fā)出電信號給功率放大器,使音箱發(fā)出鈴聲。關(guān)于

該控制系統(tǒng)的說法中,不正確的是

(D)A.控制器是電腦B.執(zhí)行器是功率放大器C.被控對象是音箱D.輸出量是功率放大器發(fā)出的電信號

解析本題考查控制系統(tǒng)的組成分析。該系統(tǒng)的控制目的是使音

箱發(fā)出鈴聲,因此鈴聲是系統(tǒng)的輸出量,D項符合題意。2.(2015浙江9月學(xué)考,20,3分)如圖所示是一款自動伸縮式遮陽篷的示意

圖,當(dāng)傳感器檢測到雨水、陽光時,將感應(yīng)信號發(fā)送給控制器,啟動電機(jī)

展開遮陽篷。關(guān)于該控制系統(tǒng),下列說法中不正確的是

(B)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(jī)

D.被控對象是遮陽篷

解析本題考查控制系統(tǒng)的組成分析。該控制系統(tǒng)為開環(huán)控制系

統(tǒng),傳感器接收到的雨水、陽光信號作為輸入量,經(jīng)控制器后啟動執(zhí)行

器電機(jī),從而帶動被控對象(遮陽篷)展開或放下。控制量是指執(zhí)行器的

輸出信號,即電機(jī)的轉(zhuǎn)動量,而非前桿的位移量,因此B項符合題意。3.(2015浙江3月學(xué)考,19,3分)如圖所示為公共廁所人體感應(yīng)自動供水系

統(tǒng)示意圖。當(dāng)探頭檢測到有人進(jìn)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

(D)A.水箱B.進(jìn)水閥C.探頭D.電磁閥

解析本題考查控制系統(tǒng)的組成分析。該系統(tǒng)的控制目的是向水

箱供水,決定水是否流向水箱的裝置為執(zhí)行器,根據(jù)材料所述,應(yīng)為電磁

閥,因此D項符合題意。4.如圖所示是某同學(xué)設(shè)計的自動干手器原理示意圖,當(dāng)手靠近傳感器時,

傳感器將感應(yīng)信號發(fā)送給控制器,控制器控制繼電器閉合,電吹風(fēng)開始

工作。若將電吹風(fēng)看做被控對象,則執(zhí)行器是

(C)

A.傳感器B.控制器

C.繼電器D.插頭

解析本題考查控制系統(tǒng)的組成分析。自動干手器工作過程是開

環(huán)控制系統(tǒng),輸入量是手的感應(yīng)信號,控制器經(jīng)過信號處理向繼電器發(fā)

出指令,繼電器閉合則電吹風(fēng)工作。因此C項正確。5.要設(shè)計水箱水位的閉環(huán)控制系統(tǒng),下列器材中,適合用做檢測裝置的是

(D)

解析本題考查控制系統(tǒng)的組成分析。水箱水位的閉環(huán)控制系統(tǒng),

被控量是水箱實際水位,給定量是設(shè)定水位,檢測裝置必須能檢測水位,

所以必須選擇水位傳感器。因此D項正確。6.(2016浙江3月學(xué)考,28(1),4分)如圖所示是智能車位引導(dǎo)系統(tǒng)示意圖。

該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、快速引導(dǎo)駕駛員到達(dá)空余車位,其工作過程是:中央

處理器接收到超聲波車位探測器探測的車位信息,經(jīng)過處理后控制信息

發(fā)布器把空余車位信息通過引導(dǎo)屏和車位指示燈顯示出來。根據(jù)示意

圖及其描述,請回答下列問題。根據(jù)上述描述,分析該車位引導(dǎo)系統(tǒng)的控制過程,在方框圖中“

”處填寫相應(yīng)的內(nèi)容。①

車位信息（超聲波車位探測器探測的車位信息）

②

中央處理器

③

信息發(fā)布器

引導(dǎo)屏和車位指示燈④

空余車位信息

解析本題考查控制系統(tǒng)的組成分析。該系統(tǒng)能根據(jù)探測器探測的車

位信息,使顯示屏和車位指示燈顯示空余車位信息,控制器為中央處理

器,執(zhí)行器為信息發(fā)布器。7.(2015浙江9月學(xué)考,28(1),4分)如圖所示的隧道內(nèi)設(shè)置有通風(fēng)控制系

統(tǒng),用于調(diào)節(jié)隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量和能見度。當(dāng)檢測裝置測出隧道內(nèi)的煙

霧濃度值超過設(shè)定值時,控制器控制電機(jī)帶動風(fēng)葉運轉(zhuǎn),改善隧道內(nèi)的

空氣質(zhì)量和能見度。請回答問題:

根據(jù)上述描述,分析該系統(tǒng)的控制過程,在方框圖中“

”處填

寫相應(yīng)的內(nèi)容。①

檢測裝置測得的煙霧濃度值（或檢測信號）控制器②

電機(jī)

③

風(fēng)葉

④

風(fēng)葉運轉(zhuǎn)（或風(fēng)葉轉(zhuǎn)動、運行、旋轉(zhuǎn)）解析本題考查控制系統(tǒng)的組成分析。根據(jù)方框圖,該控制系統(tǒng)為開環(huán)

控制系統(tǒng),檢測裝置測得的煙霧濃度作為輸入量,控制器啟動執(zhí)行器電

機(jī),帶動被控對象風(fēng)葉轉(zhuǎn)動。8.如圖所示是某倉儲運貨工作示意圖,運貨車的工作過程是:當(dāng)傳感器檢

測到車上的載貨量達(dá)到設(shè)定值時,控制電路控制電機(jī)轉(zhuǎn)動,車駛向卸貨

平臺;當(dāng)車上的限位開關(guān)接觸到卸貨平臺,電機(jī)停止轉(zhuǎn)動,車停下等待卸

貨;當(dāng)傳感器檢測到貨物被卸,電機(jī)反向轉(zhuǎn)動,車返回裝貨平臺。請回答

下題,在“

”處填寫相應(yīng)的內(nèi)容。(1)該運貨車的控制方式屬于

②

(在①閉環(huán)控制;②開環(huán)控制中選

擇一項,填寫序號);(2)該運貨車的控制手段屬于

②

(在①手動控制;②自動控制中選擇一項,填寫序號)。解析(1)本題考查控制系統(tǒng)的類型。信號是單方向傳送的,這里的傳

感器是檢測輸入量的,并不形成反饋,所以是開環(huán)控制。(2)本題考查控制手段的類型。運貨車是否工作完全取決于車上載貨

量,整個過程沒人參與其中,所以是自動控制。9.如圖所示是液體原料定量控制系統(tǒng)。其工作過程是:流量計檢測到流

出的液體原料流量值,把信號反饋給控制器,與設(shè)定的流量值進(jìn)行比較,

達(dá)到設(shè)定的流量值時,控制器控制桶泵關(guān)閉。請回答問題。該控制系統(tǒng)的檢測裝置與被控量分別是

流量計

、

流出的液體原料流量實際值

(在“

”處填寫相應(yīng)的內(nèi)容)。解析本題考查控制系統(tǒng)的組成分析。該系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng),控制目

的是控制液體原料的流量,因此被控量是流出的液體原料流量實際值,

檢測裝置是檢測液體原料流量的流量計。突破一開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的判斷重難突破1.開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的判斷方法根據(jù)定義判斷輸出量對控制系統(tǒng)的工作不產(chǎn)生影響的是開環(huán)控制系統(tǒng),輸出量影響控制系統(tǒng)工作狀態(tài)的是閉環(huán)控制系統(tǒng)根據(jù)信號傳遞特征判斷開環(huán)控制系統(tǒng)信號單向傳遞,閉環(huán)控制系統(tǒng)信號雙向傳遞根據(jù)反饋的有無判斷開環(huán)控制系統(tǒng)不存在反饋,閉環(huán)控制系統(tǒng)存在反饋2.說明判斷反饋是否存在要抓住三點:(1)是否有檢測裝置;(2)是否檢測輸出量;

(3)是否與給定值比較。由于開環(huán)控制系統(tǒng)中有時也會有檢測某一信號

的裝置,因此判斷的關(guān)鍵在于找準(zhǔn)系統(tǒng)的輸出量,判斷檢測裝置是否檢

測輸出量。例1

(2016浙江4月選考,14(1),2分)如圖所示為車間溫度控制系統(tǒng)示意

圖。當(dāng)傳感器檢測到室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定值的上限時,控制器發(fā)出信號,

接通水泵和風(fēng)機(jī)電源,水泵向進(jìn)氣窗輸送冷卻水形成水簾,風(fēng)機(jī)將室內(nèi)

的空氣排出,室外的空氣通過水簾降溫后進(jìn)入室內(nèi),降低室內(nèi)溫度。當(dāng)

室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定值的下限時,斷開水泵和風(fēng)機(jī)電源。請根據(jù)示意圖和

描述,完成以下任務(wù):該系統(tǒng)的控制手段和控制方式分別屬于

②

和

④

(在①手動控

制;②自動控制;③開環(huán)控制;④閉環(huán)控制中選擇合適的選項,將序號填寫

在“

”處)。解析本題考查控制手段和控制方式。該系統(tǒng)的控制目的是調(diào)節(jié)車間

的溫度,傳感器能檢測室內(nèi)溫度并與設(shè)定值比較,因此系統(tǒng)存在反饋,屬

于閉環(huán)控制?？刂七^程不需要人直接參與,因此屬于自動控制。1-1如圖所示是一款測量耳溫的溫度計。它有一個聲光警報裝置,當(dāng)

測得的溫度高于37.5℃時,就會發(fā)出嘟嘟聲并閃爍。這個溫度報警控制

系統(tǒng)的控制手段和方式屬于

(B)

A.機(jī)械控制、開環(huán)控制B.電子控制、開環(huán)控制C.機(jī)械控制、閉環(huán)控制D.電子控制、閉環(huán)控制

解析本題考查對控制手段和控制系統(tǒng)工作方式的判斷。該控制系統(tǒng)

需要將溫度信號轉(zhuǎn)化為聲音和光信號,同時還有電子顯示屏顯示溫度,

這都是由電子元件完成的,因此為電子控制;控制系統(tǒng)的輸出量是聲音

和光信號,而檢測元件檢測的是耳部溫度,不是檢測系統(tǒng)的輸出量,因此

不存在反饋,是開環(huán)控制系統(tǒng)。1-2

如圖所示為一款具有保溫功能的電水壺,按下保溫按鈕,能將水溫

保持在設(shè)定值,該保溫控制系統(tǒng)的控制手段和控制方式屬于(A)

A.自動控制、閉環(huán)控制B.自動控制、開環(huán)控制C.手動控制、閉環(huán)控制D.手動控制、開環(huán)控制

解析本題考查控制手段及控制系統(tǒng)的類型。此控制系統(tǒng)在控制過程

中無人參與,所以是自動控制,又因為電水壺具有保溫功能,即壺內(nèi)水的

溫度保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi),故是閉環(huán)控制系統(tǒng)。因此A項正確。突破二簡單控制系統(tǒng)的工作過程分析控制系統(tǒng)控制類型案例分析開環(huán)控制系統(tǒng)開關(guān)類公交車車門的開關(guān)控制開關(guān)信號

電磁閥

氣動活塞

車門

開關(guān)司機(jī)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)閉定時類泳池定時注水系統(tǒng)設(shè)定注水時間

定時器

進(jìn)水閥

泳池

泳池的水位使用者將注水的時間值設(shè)定到定時器中,開啟進(jìn)水閥注水,一旦時

間到達(dá),定時器就會控制注水閥關(guān)閉,停止向泳池注水開環(huán)控制系統(tǒng)檢測報警類車輛超速檢測系統(tǒng)汽車的速度

測速雷達(dá)

電腦

攝像頭

超速汽車信息測速雷達(dá)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閉環(huán)控制系統(tǒng)恒定輸出類電冰箱恒溫控制系統(tǒng)

感溫元件測出冰箱內(nèi)的實際溫度,與設(shè)定的溫度進(jìn)行比較,若冰箱內(nèi)的溫度高于設(shè)定值,溫度控制器將啟動壓縮機(jī)給電冰箱制冷,使冰箱內(nèi)的溫度降低,直至與設(shè)定值一致動態(tài)跟蹤類風(fēng)力發(fā)電機(jī)跟蹤風(fēng)向的控制系統(tǒng)

風(fēng)向測定裝置將檢測到的風(fēng)向信號送給比較器與設(shè)定值比較,迎風(fēng)控制裝置根據(jù)風(fēng)向角度偏差信號控制偏航電機(jī)運轉(zhuǎn),調(diào)整風(fēng)輪角度,使風(fēng)輪始終對準(zhǔn)風(fēng)向例2

(2017浙江4月選考,9,2分)如圖所示為滑臺的運動系統(tǒng)示意圖,由電機(jī)控制子系統(tǒng)和機(jī)械傳動子系統(tǒng)組成。在電機(jī)控制子系統(tǒng)中,傳感器檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度,并反饋到控制裝置與設(shè)定值比較,控制裝置根據(jù)偏差值發(fā)出運動信號,驅(qū)動器將運動信號轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的電流驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動,在機(jī)械傳動子系統(tǒng)中,電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)D.絲桿答案

A解析本題考查控制系統(tǒng)的組成。電機(jī)控制子系統(tǒng)的被控對象是電機(jī),

根據(jù)題中所述,驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動,因此驅(qū)動器是執(zhí)行器,A項正確。2-1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

(D)

A.房間的亮度B.抽屜的開或關(guān)C.設(shè)定的亮燈時間D.燈的亮或滅

解析本題考查控制系統(tǒng)的組成分析。該系統(tǒng)的控制目的是使抽屜內(nèi)

的LED燈點亮,因此輸出量為燈的亮或滅,D項正確。例3

(2015浙江3月學(xué)考,28(1),4分)如圖所示是自動變速扶梯系統(tǒng)控制

過程示意圖。無乘客時,扶梯緩慢運行;當(dāng)乘客進(jìn)入檢測傳感器的檢測

范圍時,控制器接收到傳感器的檢測信號,控制電動機(jī)和傳動裝置加速

轉(zhuǎn)動,扶梯正常運行。請回答下列問題:根據(jù)示意圖及描述,分析自動扶梯系統(tǒng)控制過程,在方框圖中“

”處填寫相應(yīng)的內(nèi)容。①

檢測傳感器檢測到的乘客信號

控制器②

電動機(jī)和傳動裝置

③

扶梯

④

扶梯正常運行

解析本題考查控制系統(tǒng)的組成分析。該系統(tǒng)是控制扶梯正常運行的

開環(huán)控制系統(tǒng),根據(jù)信號傳輸?shù)倪^程,系統(tǒng)各部分依次運轉(zhuǎn),因此輸入量

①為檢測傳感器檢測到的乘客信號,執(zhí)行器②為電動機(jī)和傳動裝置,被

控對象③為扶梯,輸出量④為扶梯正常運行。2-2圖甲是禽蛋孵化恒溫箱,圖乙是該孵化恒溫箱的溫度自動控制原理圖。剛接通電源時,由于恒溫箱內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度(20~50℃),溫度傳感器向電子控制器傳遞孵化箱內(nèi)的低溫信息,電子控制器即向孵化箱內(nèi)的加熱管輸送220V的交流電壓,加熱管發(fā)熱升溫。當(dāng)達(dá)到設(shè)定溫度50℃時,溫度傳感器向電子控制器傳遞孵化箱內(nèi)的高溫信息,電子控制器自動切斷加熱管上的工作電壓,加熱管停止發(fā)熱。當(dāng)箱內(nèi)溫度降低至20℃時,加熱管再發(fā)熱。如此循環(huán),使恒溫箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定的孵化恒溫溫度。請將控制系統(tǒng)方框圖補充完整(在“

”處填寫相應(yīng)的內(nèi)容);圖甲圖乙圖丙答案①加熱管②恒溫箱解析本題考查對閉環(huán)控制系統(tǒng)各組成部分的分析。該控制系統(tǒng)的名稱為孵化恒溫箱的溫度自動控制系統(tǒng),因此其被控對象②為恒溫箱;控制系統(tǒng)的執(zhí)行器是指直接對被控對象進(jìn)行控制的裝置或元件,根據(jù)題干信息可得,加熱管發(fā)熱引起恒溫箱的溫度升高,因此執(zhí)行器①為加熱管。2-3如圖所示是杭州綠色建筑科技館,集成了先進(jìn)的建筑節(jié)能技術(shù)系

統(tǒng),其中包括:利用太陽能、風(fēng)能、