第4單元控制及其設(shè)計(jì)

本章小結(jié)

開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程

電機(jī)控制

電子控制

牛

人工控制活

?氣動(dòng)控制

生

產(chǎn)理解控制系統(tǒng)

?自動(dòng)控制

軍

液以控制業(yè)

機(jī)械控制

分析開環(huán)控制

系統(tǒng)工作過程

控制的方式控制的應(yīng)用

控制的方閉環(huán)控制

——g——B系統(tǒng)的工

式與應(yīng)用

那別反饋在控制系統(tǒng)中的作用彳乍過程

做析閉環(huán)控制■反饋

探討控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)工作過程?干擾因素

?黑箱方法

設(shè)計(jì)與實(shí)施雨水收集池水位控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

一、【知識(shí)點(diǎn)梳理】

1.控制的方式和應(yīng)用

（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(shí)施的方式和方法

1

（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(dòng)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(dòng)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(dòng)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。

2、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(shí)現(xiàn),都要通過若干個(gè)環(huán)節(jié)共同實(shí)現(xiàn),這些環(huán)節(jié)所涉及的裝置就

構(gòu)成了一個(gè)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(dòng)信號(hào)。

②輸出量:控制系統(tǒng)所要控制的信號(hào)，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(hào)線來

表示系統(tǒng)信號(hào)傳遞的方向,這種圖稱為控制系統(tǒng)的方框圖。

3.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

(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(hào)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(hào)。

4.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

比較器

給定量+QEF匚力7］控制量被控量

-------—*控制器-------*執(zhí)仃器------被控對象—F1~~*

----------------1檢測裝置卜--------------

(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。

5.干擾與反饋

(1)干擾因素

在控制系統(tǒng)中，除了輸入量(給定量)以外，引起被控量變化的各種因素成

為干擾因素。

(2)反饋

在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，將輸出量通過適當(dāng)?shù)臋z測裝置返回到輸入端并且與輸入量

進(jìn)行比較的過程成為反饋。

3

氐

二.單元檢測題組

1.如圖所示是一款測量耳溫的溫度計(jì)。它有一個(gè)聲光警報(bào)裝置,當(dāng)測得的溫度高

于37.5C時(shí),就會(huì)發(fā)出嘟嘟聲并閃爍。這個(gè)溫度報(bào)警控制系統(tǒng)的控制手段和方

式屬于（）

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

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.自動(dòng)控制、閉環(huán)控制B.自動(dòng)控制、開環(huán)控制

C.手動(dòng)控制、閉環(huán)控制D.手動(dòng)控制、開環(huán)控制

3.王歡同學(xué)想設(shè)計(jì)如圖所示的自動(dòng)晾衣桿控制系統(tǒng)，當(dāng)下雨時(shí)晾衣桿會(huì)自動(dòng)收回。

她認(rèn)為該系統(tǒng)可以由濕敏傳感器、控制電路、電動(dòng)機(jī)、齒輪齒條、限位開關(guān)、

晾衣桿等部件組成。該控制系統(tǒng)的被控對象是（）

A.電動(dòng)機(jī)

B.控制電路

C.晾衣桿

D.濕敏傳感器

4

4.如圖所示是汽車輪胎維護(hù)控制系統(tǒng)示意圖。汽車行駛時(shí)，壓力傳感器將檢測

到的輪胎壓力信號(hào)傳送給ECU電子控制單元，當(dāng)輪胎氣壓比正常壓力低10%時(shí)，

車上的報(bào)警燈通知駕駛員，系統(tǒng)打開止回閥對管道進(jìn)行加壓并檢查壓力。如管道

未達(dá)到正常壓力,系統(tǒng)開始對輪胎進(jìn)行充氣,直到達(dá)到正常壓力。關(guān)于輪胎的充

氣控制，下列說法不事碰的是（）

A.輸入量是正常壓力值

B.被控對象是報(bào)警燈

c.控制器是ECU電子控制單元KU5K7

D.該控制是閉環(huán)控制

5.如圖為吊車設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)離危險(xiǎn)控制系統(tǒng)。吊車上的感應(yīng)器一旦感應(yīng)到重物的存

在，微電腦就會(huì)自動(dòng)打開激光頭照射，在重物的下方地面上照射出一個(gè)紅色區(qū)

域，提醒過往的人不要進(jìn)入，被照射區(qū)域的大小也能遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)整。下列關(guān)于

該控制系統(tǒng)的說法中，正確的是（）限

A.被控對象是吊車/史^^

B.執(zhí)行器是激光頭

C.輸入量是檢測到人是否靠近

D.輸出量是激光頭照射出紅色區(qū)域皿“^

6.如圖所示為一款自動(dòng)取票機(jī),用戶選擇按鈕操作后,單片機(jī)接收到按鍵信息,驅(qū)

動(dòng)相關(guān)電機(jī)及機(jī)械裝置,從而使車票從取票口被吐出。關(guān)于自動(dòng)取票機(jī)的控制系

統(tǒng)，下列說法正確的是（）...

A.該控制是閉環(huán)控制.

B,被控對象是車票■

C.輸出量是電機(jī)的驅(qū)動(dòng)

5

D.執(zhí)行器是單片機(jī)

7.如圖所示是一加熱爐的恒溫自動(dòng)控制示意圖。以下關(guān)于該控制系統(tǒng)說法正確

的是（）

A.該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模擬了人的功能和行為,這種研究方法是黑箱方法

8.如圖所示為數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)控制圖,程序輸入數(shù)控系統(tǒng)后,MCU處理并輸出的脈

沖信號(hào)來控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它以變換脈沖信號(hào)來控制機(jī)床工作臺(tái)坐標(biāo)位移量和

位移速度、方向。這種控制方式的最大特點(diǎn)是控制方便、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜。

該數(shù)控系統(tǒng)由于電機(jī)的老化及絲杠的磨損,容易出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，因而位移精

度不高。為了提高機(jī)床工作臺(tái)位置的控制精度,需要對該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,下列措

施中合理的是（）

A.

6

B.

C.

9.如圖所示是飛機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)原理圖，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)是一種通過飛行員操作

設(shè)定,或者由導(dǎo)航設(shè)備接收地面導(dǎo)航信號(hào)，自動(dòng)控制飛行器完成飛行動(dòng)作的裝置。

使用自動(dòng)駕駛儀主要是為了減輕飛行員的負(fù)擔(dān),使飛機(jī)自動(dòng)按設(shè)定的姿態(tài)、航向、

高度和馬赫數(shù)飛行。通過垂直陀螺儀得到飛機(jī)目前的飛行數(shù)據(jù)，經(jīng)放大器、舵機(jī)

使飛機(jī)自動(dòng)飛行,關(guān)于該控下列不屬于系統(tǒng)

干擾的是（）

A.高空氣流波動(dòng)；

B,乘客在飛機(jī)內(nèi)走動(dòng)；

C.飛機(jī)燃油報(bào)警;

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D.飛機(jī)內(nèi)行李位置變化

10.如圖是兩種不同的氣壓控制。圖甲是小型車載充氣泵,給輪胎充氣前預(yù)設(shè)一

個(gè)胎壓值,充氣后胎壓達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，電機(jī)關(guān)閉,充氣結(jié)束。圖甲的控制過程中

以下不屬于干擾因素的是（）

A.供電電壓的波動(dòng)；

B.胎壓傳感器測量不準(zhǔn)確；

C.充氣皮管漏氣；

D.改變預(yù)設(shè)氣壓

圖甲

11.游泳池一般配備池水處理系統(tǒng)，池水處理系統(tǒng)由循環(huán)過濾部分、水質(zhì)檢測部

分及恒溫加熱等部分組成。水質(zhì)檢測部分的功能是：由水質(zhì)檢測儀實(shí)時(shí)檢測泳

池中水質(zhì)質(zhì)量，當(dāng)水質(zhì)質(zhì)量低于某一設(shè)定值時(shí)，伺服控制器控制精確計(jì)量泵加

投藥劑，從而改變池水過氧化物、尿素含量、菌群總數(shù)、余氯值、PH值等水質(zhì)

質(zhì)量指標(biāo)。循環(huán)過濾部分的功能是：通過過濾砂缸等將濁水處理成凈水，再通

過循環(huán)泵將凈水灌回游泳池。池水恒溫加熱部分的功能是：通過伺服控制器控

制蒸汽調(diào)節(jié)閥，定量地給循環(huán)水管道通以高溫蒸汽，使池水按要求保持恒溫。

請針對該游泳池池水處理系統(tǒng)回答以下問題：

水質(zhì)檢測循環(huán)過濾

⑴該池水處理系統(tǒng)的主要目的不包括（在A.使游泳池水保持恒溫；B.

使游泳池水濁水回收利用；C.保持管道中的水質(zhì)質(zhì)量中選擇合適的選項(xiàng)，將序

號(hào)填入"”處）；

（2）在設(shè)計(jì)該池水處理系統(tǒng)時(shí)，不需要考慮的因素是、（在A.

游泳池的容量；B.游泳池池水衛(wèi)生規(guī)范；C.流量計(jì)的精度；D.加藥裝置的生產(chǎn)

方式；E.過濾沙缸的內(nèi)芯生產(chǎn)廠家中選擇合適的選項(xiàng)，將序號(hào)填入“一

處）；

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⑶下列對該系統(tǒng)的分析中不正確的是（在下列選項(xiàng)中選擇合適的選項(xiàng),

將序號(hào)填入“”處）；

A.游泳池池水處理系統(tǒng)可分為水質(zhì)檢測控制子系統(tǒng)、恒溫控制子系統(tǒng)和循環(huán)過

濾系統(tǒng)

B.加藥裝置與臭氧混合罐位置不能互換

C.恒溫加熱裝置是直接給游泳池中的水加熱以保持水溫的

D.蒸汽調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)蒸汽與過濾沙缸過濾濁水是并行環(huán)節(jié)

⑷水質(zhì)檢測部分的控制系統(tǒng)的控制方式和控制量分別是、（在

A.閉環(huán)控制；B.開環(huán)控制；C.水流量；D.加藥量；E.水質(zhì)質(zhì)量指標(biāo)中選擇合適

的選項(xiàng)，將序號(hào)填入“”處）。

12.指紋鎖既可以輸入指紋也可以輸入密碼

來進(jìn)行解鎖。例如：通過鍵盤上的數(shù)碼按鍵

依次輸入一組密碼，如果密碼與門鎖控制器

內(nèi)部已約定的密碼相同，則門鎖控制器輸出

一個(gè)電信號(hào)，電子鎖芯接收到信號(hào)，驅(qū)動(dòng)雙

向電機(jī)將鎖舌打開，完成一個(gè)開鎖過程。請

根據(jù)示意圖和描述，完成以下任務(wù)：

電干鎖芯

⑴使用密碼開鎖過程是（在①人工控制；②自動(dòng)控制中選擇合適的選

項(xiàng)，將序號(hào)填入“”處）；

（2）當(dāng)電子鎖芯接收到上鎖或開鎖信號(hào)后，控制電路向雙向電機(jī)發(fā)出正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)

的信號(hào)，通過齒輪驅(qū)動(dòng)鎖舌上鎖或開鎖。該過程是（在①開環(huán)控制；②

閉環(huán)控制中選擇合適的選項(xiàng)，將序號(hào)填入“