高考通用技术攻略浙江专用大二轮 讲义专题七 控制与设计.docx

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高考通用技术攻略浙江专用大二轮讲义专题七控制与设计

【考纲标准】

考点

考试内容

考核要求

选考真题分布

考试属性

控制的手段与应用

控制的含义

b

2016年4月，综合考查，2分；

必考

控制的手段和方法

a

控制的应用

b

控制系统的工作过程与方式

简单开环控制系统的基本组成和工作过程

c

2019年4月，2分

2018年11月，2分；

2018年4月，2分；

2017年11月，2分；

2017年4月，2分；

2016年10月，2分；

2016年3月，2分；

2015年10月，2分

必考＋加试

闭环控制系统的基本组成

b

简单的闭环控制系统的方框图

c

控制器和执行器的作用

c

闭环控制系统的干扰和反馈

反馈的含义

b

2016年3月，2分；

2015年10月，综合考查，8分

简单控制系统运行的主要干扰因素

c

闭环控制系统中反馈环节的作用

b

闭环控制系统的工作过程

b

功能模拟方法和黑箱方法

a

控制系统

的设计与

实施

控制系统方案的设计

c

2017年4月，2分

1.（2018·4月浙江省选考）下列关于控制系统的说法中，正确的是（　　）

A.有检测传感器的控制系统就是闭环控制系统

B.直接对被控对象进行控制的装置或元件称为执行器

C.控制器发出的控制信号称为控制量

D.能引起被控量发生变化的因素都是干扰因素

解析　开环的输入端也可能有传感器，A错误；执行器发出的控制信号称为控制量，C错误；除了给定量以外，能引起被控量发生变化的因素都是干扰因素，D错误。

答案　B

如图所示为滑台的运动系统示意图，由电机控制子系统和机械传动子系统组成。

在电机控制子系统中，传感器检测电机的转动角度，并反馈到控制装置与设定值比较，控制装置根据偏差值发出运动信号，驱动器将运动信号转变成相应的电流驱动电机转动，在机械传动子系统中，电机带动丝杆转动，丝杆通过螺母驱动滑台移动。

系统根据电机的转动角度和丝杆的螺纹间距计算出滑台移动的距离，从而实现对滑台位置的间接控制。

请根据示意图及其描述，完成第2～3题。

2.（2017·4月浙江省选考）电机控制子系统的执行器是（　　）

A.驱动器B.控制装置

C.电机D.丝杆

解析　本题考查控制系统中的要素分析。

从控制系统的流程图中明显可以看到执行器是驱动器。

答案　A

3.（2017·4月浙江省选考）由于丝杆传动的误差和滑块移动时的摩擦，导致滑台移动的距离存在误差。

为了提高滑台位置的控制精度，需要对该系统进行优化，下列措施中合理的是（　　）

A.将电机换成高精度电机，控制方式改为开环控制

B.将传感器换成高精度传感器，提高电机转动角度的检测精度

C.将传感器安装在丝杆上，检测丝杆的转动角度

D.在滑台上安装传感器，检测滑台的位置

解析　A错误，闭环的精确度更高；B错误，不能解决题干设定情景的问题；C、D选项比较，C在丝杆上安装传感器，不如安装在输出位置上，故D选项更合适。

答案　D

4.（2016·10月浙江省高考）如图所示的空气压缩机，当储气罐内的压缩空气排放到一定程度时，压力开关自动接通电源，电机带动气泵运转，向储气罐补充压缩空气，使储气罐内的气压保持在设定范围内，下列关于该压缩机的气压控制系统分析中，正确的是（　　）

A.控制方式属于开环控制

B.输入量是电能

C.控制量是气泵输出的空气流量

D.输出量是储气罐内的压缩空气

解析　依据题意分析可知道，该控制系统是闭环控制系统；输入量：

设定气压；控制器：

压力控制电路；执行器：

气泵；被控对象：

储气罐；输出量：

罐内实际气压值；比较装置：

压力检测。

答案　C

5.（2018·11月浙江省选考）如图所示是某水温控制系统示意图。

蒸气对容器中的水加热后变成冷凝水排出。

热电偶对出水的温度进行检测，并将测得的信号送到PID控制器与设定的温度比较，PID控制器根据偏差值控制电磁阀调节蒸气的流量。

下列因素的变化对蒸气流量的调节没有影响的是（　　）

A.冷凝水的温度B.进水的温度

C.热电偶的性能D.PID控制器的设定参数

答案　A

某学校铃声控制系统的工作过程是：

电脑根据设定的时间顺序，发出电信号给功率放大器，使音箱发出铃声。

请根据上述说明，完成6～7题。

6.（2016·3月浙江省学考）关于该控制系统的说法中，不正确的是（　　）

A.控制器是电脑

B.执行器是功率放大器

C.被控对象是音箱

D.输出量是功率放大器发出的电信号

解析　输出量是铃声。

答案　D

7.（2016·3月浙江省学考）各种干扰因素会造成系统工作不正常，下列不属于干扰因素的是（　　）

A.电脑中侵入病毒程序

B.响铃时间顺序设定错误

C.工作电压超出系统正常工作范围

D.系统附近使用无线电设备

解析　B选项属于错误，与干扰无关。

答案　B

8.（2015·10月浙江省学考）如图所示是燃油炉窑温度控制系统示意图。

工作时，热电偶将检测到的炉内温度信号传递给温控仪与设定温度值比较，温控仪根据温度偏差信号控制电机运行，调节燃油喷嘴的喷油量，使炉内温度稳定在设定温度。

该控制系统的被控对象是（　　）

A.电机B.燃油喷嘴

C.炉窑D.电热偶

解析　电机、燃油喷嘴和联动杆共同构成了执行器，电热偶属于检测装置（反馈环节）。

答案　C

如图所示是石材切割机工作原理图。

通过人机界面将石材料的切割参数输入控制器，控制器通过继电器控制各个电机工作，工作台将石材移至设定位置，横梁下降，刀盘旋转并沿着横梁进给，完成切割。

电机上的旋转编码器将电机的旋转量转换为计数脉冲信号，送入控制器中进行运算，控制器获得各个方向的间接位移量，并与设定值比较，当达到设定值时控制器控制相应的电机停止转动。

请根据图及其描述，完成9～10题。

9.（2019·4月浙江省选考）从系统角度分析，下列分析中不正确的是（　　）

A.切割机由驱动控制子系统、传动子系统、支撑子系统等组成

B.任何一个电机损坏，都会影响切割机的工作，体现了系统的动态性

C.设计时建立数学模型，将切割参数转化为控制参数，体现了系统分析的科学性原则

D.在移动部件上安装位移传感器获得实际位移量，有利于提高控制精度

解析　B体现了系统的整体性。

答案　B

10.（2019·4月浙江省选考）该切割机的电机驱动控制系统中的被控对象是（　　）

A.电机B.刀盘

C.横梁D.石材

解析　该系统是电机驱动控制系统，被控对象是电机。

答案　A

11.（2017·11月浙江省选考）如图所示是三相异步电动转速控制系统示意图。

系统通过改变交流电的频率来改变电动机的转速。

通过触摸屏设定电动机的转速，变频调速器将50Hz的交流电转变成与设定转速相对应频率的交流电，驱动电动机转动；装在电动机输出轴上的测速发电机随电动机一起转动并发电；PLC根据测速发电机的电流大小，判断电动机实际转速与设定转速之间的差值，向变频调速器发出指令，改变驱动电流的频率。

下列关于该控制系统的分析中正确的是（　　）

A.执行器是电动机

B.控制器是变频调速器

C.输出量是测速发电机的电流信号

D.控制量是变频调速器输出的电流频率

答案　D

12.（2016·10月浙江选考）如图所示是一款可伸缩的防雨晾衣装置示意图。

晾衣时按动开关，电机带动滑轮转动，将晾衣杆连同衣物移到室外。

下雨时，传感器检测到信号后，电机带动滑轮反向转动，将晾衣杆和衣物收回室内，请根据示意图和描述，完成以下任务：

（1）该装置防雨的手段属于________（在①手动控制；②自动控制中选择合适选项，将序号填在空格处）。

（2）该系统中的传感器可选用________（在①热敏传感器；②光敏传感器；③湿敏传感器中选择合适的选项，将序号填在空格处）。

（3）该系统的执行器是________（在①晾衣杆；②电机；③开关中选择合适的选项，将序号填写在空格处）。

（4）为了实现傍晚时能将衣物收回室内，对该系统优化的有效措施是________和________（在①提高传感器的灵敏度；②增加温度检测及对应的控制子系统；③增加光线检测及对应的控制子系统；④增加定时控制子系统中选择合适的选项，将序号填写在空格处）。

（5）下列因素中，不属于影响本系统优化的因素是________（在①传感器的灵敏度；②控制系统的精度和可靠性；③系统的制造和使用成本；④环境温度、湿度和光线的变化中选择合适的选项，将序号填写在空格处）。

答案　

（1）②　

（2）③　（3）②　（4）③　④（顺序不限）　（5）④

一、控制与控制系统

1.控制的手段和应用

（1）三要素：

控制对象、控制目的、控制手段。

（2）分类：

人工控制和自动控制；机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等。

2.控制系统：

开环控制系统、闭环控制系统。

3.开环控制系统

（1）控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，称为开环控制系统；

（2）方框图：

4.闭环控制系统

（1）控制系统的输出量返回到输入端并对控制系统过程产生影响的控制系统，称为闭环控制系统。

（2）方框图

【例1】电梯都配有超载报警系统，其工作原理是：

传感器检测电梯的载重量，控制电路进行判断，若载重量超过设定值则接通电子开关，报警器发出声、光信号进行报警。

关于该报警控制系统，下列说法中正确的是（　　）

A.被控对象是电梯B.控制器是电子开关

C.执行器是报警器D.输出量是有、无声光信号

解析　依据题意，其流程图为：

→

→

能根据工作过程画出流程图，就比较简单，选D。

答案　D

【例2】（2016·8月温州模拟）如图所示为一款循迹小车，在其车头底部装有两个金属感应探测头，当左探测头探测到金属信号，增加小车右轮电机速度，使车子左转，直到探测头探测不到金属信号；右探测头探测到金属信号时，情况相反；当左右探测头都没有探测到金属信号时，左右轮电机转速相同，车子直行。

关于该控制，以下说法正确的是（　　）

A.被控对象是轨道B.控制器是探测头

C.执行器是电机D.输入量是车子速度

解析　根据题干情景和开闭环分析得知，该控制系统属于开环控制系统。

输入量是检测信号（左右探头信号），控制器题干中没有描述，实为控制电机转速的装置，执行器是电机，被控对象是小车，输出量是车子行驶状态。

答案　C

【例3】如图所示是喷漆室的空调送风控制系统原理图，当压力传感器检测到风机出风口处的压力低于设定值时，PLC运算控制器控制风机电机提高转速，使风机出口处的压力升高到设定值。

下列关于该控制系统的分析中正确的是（　　）

A.该控制系统是开环控制系统

B.输入量是压力传感器检测到的压力

C.输出量是风机出口处的压力

D.执行器是压力传感器

解析　该控制系统属于闭环，输入量为设定压力，执行器为风机电机。

答案　C

1.开环、闭环控制系统的判定

定义判定法

开环：

系统的输出量对系统的控制不产生任何影响。

闭环：

系统的输出量返回到比较器对系统控制产生影响

输入、输出判定法

闭环的输入和输出是一种类型

信号传递判定法

开环控制系统信号单向传递；闭环控制系统信号形成环状

反馈判定法

有反馈，则为闭环

2.易错开环控制系统的过程分析

实例

工作过程流程图

红绿灯

声光控灯

音乐喷泉

自动门

超速抓拍

3.解题一般步骤

（1）首先判定是开环还是闭环；

（2）其次画出其工作的流程图，尽量从题干中寻找部件名称；

（3）对号入座，找出题目考查的要素。

Ｋ

二、干扰和反馈

1.干扰：

控制系统中，除输入量（给定量）之外，引起输出量（被控量）变化的各种因素。

2.反馈：

在自动控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端，并与输入量进行比较的过程。

分为正反馈和负反馈。

3.功能模拟法和黑箱方法。

4.开环、闭环控制系统的比较

（1）闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量的偏差；

（2）闭环控制系统的精确度更高。

三、控制系统的设计

1.选择开环或闭环控制系统；

2.分析控制对象的特征；

3.分析干扰因素；

4.确定被控量和控制量；

5.选择执行器等；

6.其他（设计图纸等）。

【例4】如图所示为纸浆浓度控制系统工作原理示意图，其工作原理是：

控制器将传感器检测到的配浆浓度与设定值相比较，根据偏差值控制电动调节阀调节清水流量，从而使配浆浓度达到设定值。

请回答

（1）～（3）题。

（1）该控制系统的传感器应该选用（　　）

A.浓度传感器B.流量传感器

C.压力传感器D.温度传感器

解析　题干中信息比较明确，检测浓度，故选A。

答案　A

（2）在该控制系统工作原理示意图中，不直接参与浓度自动控制的部件是（　　）

A.电动调节阀B.控制器

C.传感器D.手动取样阀

解析　写出该控制系统的流程图，可以发现手动取样阀与系统控制无关，故选D。

答案　D

（3）该控制系统的输入量及输出量分别是（　　）

A.清水流量；配浆流量

B.原浆浓度；配浆浓度

C.纸浆浓度的设定值；实际配浆浓度

D.取样检测浓度；配浆浓度设定值

解析　根据题意分析可知，该控制系统是闭环控制系统，输入量是设定浓度值，输出量为实际配浆浓度，故选C。

答案　C

【例5】遥控编码探雷器主要由遥控发送器及接收器组成，采用类似WIFI技术，通过编码自动识别遥控信号。

探雷器在遥控器按键的操控下，能在布雷区域内前、后、左、右运动。

探雷器底部装有感应器，可以感应下方埋藏的用磁铁模拟的“地雷”，当探雷器行驶到“地雷”上方时，探雷器上的红色LED灯亮，提示此处埋有“地雷”。

请根据描述和示意图，完成以下任务：

（1）该系统的控制手段和控制方式分别属于　　　　和　　　　（在①人工控制；

②自动控制；③开环控制；④闭环控制中选择合适的选项，将序号填写在“　　　　”处）；

（2）该控制系统的被控对象是　　　　（在①地雷；②遥控发送器；③探雷器；④红色LED灯中选择合适的选项，将序号填写在“　　　　”处）；

（3）该系统中的传感器应选用　　　　（在①红外传感器；②干簧管；③温度传感器中选择合适的选项，将序号填写在“　　　　”处）；

（4）人在探雷的过程中操控探雷器找不到埋藏的“地雷”，较可能的原因是　　　　和　　　　（在①编码地址出问题；②感应器出问题；③电池电力不足；④红色LED灯正负极接反了中选择合适的选项，将序号填写在“　　　　”处）。

答案　

（1）①③　

（2）④　（3）②　（4）②④

【例6】为了改善生活环境，小明的爸爸在自家的阳台上种了些绿色植物。

但是，让他爸爸烦恼的是，每当他们出门在外，家里没人给植物浇水时，植物就会枯死。

小明想帮助爸爸解决这一烦恼，并决定采取两种方案。

方案一：

采用开环实现

（1）画出控制框图；

（2）试说明该控制系统优点和缺点。

方案二：

采用闭环实现

（1）画出控制框图；

（2）试说明该控制系统优点和缺点。

答案　方案一：

采用开环实现

（1）

（2）优点：

系统结构简单；该系统每天采用定时一段时间进行浇水，实现自动功能；

缺点：

控制精度不高；土壤湿度不能人为调节；

方案二：

采用闭环实现

（1）

（2）优点：

能够控制土壤的湿度，湿度可以调节；

缺点：

成本较高。

易错闭环控制系统的过程分析

实例

工作过程流程图

温度控制如冰箱、空调等　　

家用压力锅

水箱水位控制

自动电水壶

粮库温、湿度自动控制系统

考点1　控制系统及其应用

1.如图所示是一款智能垃圾桶。

投垃圾时，手或垃圾靠近感应区上方，桶盖会自动打开，投入后桶盖会自动关闭，该控制系统的控制手段和控制方式属于（　　）

A.手动控制、开环控制B.自动控制、开环控制

C.自动控制、闭环控制D.手动控制、闭环控制

解析　首先是自动控制，桶盖打开的过程中并无人参与，自动完成；系统的输出量对系统的控制没影响，所以是开环，故选B。

答案　B

2.如图所示为一款婴幼儿耳测温度计，它有一个声光警报装置，当测得温度高于37.5度时，就会发出嘟嘟声闪烁。

这个温度报警系统的控制方式属于（　　）

A.手动控制、开环控制B.自动控制、闭环控制

C.自动控制、开环控制D.手动控制、闭环控制

解析　首先是自动控制，测体温到报警是机器自己完成的；根据开环的定义可知，控制系统属于开环，故选C。

答案　C

3.如图所示是一款太阳能饭盒，每个饭盒都有独立的温度控制系统，当饭煮熟后，自动进入保温状态，该饭盒温度控制系统的控制手段和控制方式属于（　　）

A.手动控制、开环控制B.自动控制、闭环控制

C.自动控制、开环控制D.手动控制、闭环控制

解析　人没有全程参与，整个控制过程由系统自动完成，视为自动控制，温控系统需控制温度，随时检测温度与设定值比较，有反馈比较环节，并根据反馈比较调整控制，是闭环控制系统。

答案　B

考点2　控制系统的工作过程与方式

4.如图所示是储气罐气压控制系统原理图，当检测装置检测到储气罐中的气压低于设定值时，控制器控制压缩机运转，使储气罐的气压升高到设定值。

该控制系统的方框图是（　　）

解析　该控制系统的控制过程存在反馈，所以该控制系统为闭环控制，所以排除A和B；另外被控对象应该是被控量的主体，本题的被控对象为储气罐。

答案　C

5.如图所示是生活变频恒压供水系统的示意图。

它由水泵机组、测压稳压罐、压力传感器、断水保护探头、变频控制柜等组成。

通过安装在管道上的远传压力传感器，将压力信号传送给变频控制器，从而控制水泵机组的运转和转速，达到改善供水情况，实现用户管网水压稳定的目的。

请根据示意图和描述，完成以下任务。

（1）该系统的控制手段和控制方式分别属于　　　　和　　　　（在A.液压控制；B.电子控制；C.开环控制；D.闭环控制中选择合适的选项，将序号填入“　　　　”处）；

（2）该控制系统的被控对象是　　　　（在A.稳压罐；B.管道中的水；C.水泵机组中选择合适的选项，将序号填入“　　　　”处）；

（3）该控制系统中的输出量是　　　　（在A.机组的运转和转速；B.设定的水压；C.管道中的水；D.管道中的水压中选择合适的选项，将序号填入“　　　　”处）；

（4）该系统设计时既要考虑使用操作方便、节能环保、抗干扰、便于维护，还要统筹兼顾成本、安装等要素，这体现了系统分析的　　　　原则（在A.整体性；

B.科学性；C.综合性中选择一项，将序号填写在“　　　　”处）。

答案　

（1）B　D　

（2）B　（3）D　（4）C

考点3　闭环控制系统的干扰和反馈

6.如下图所示是一款汽车卸煤喷水系统。

检测装置采集运煤汽车到位及离开信号，并将采集的信号传到控制器，控制器根据预设的程序指令，控制电磁阀定时开启，除尘喷头持续喷水，清除因汽车卸煤产生的煤尘。

下列有关该喷水系统说法正确的是（　　）

A.该系统存在反馈

B.控制器坏了是干扰因素

C.输出量是否喷水

D.输入量是卸煤车间的煤尘量

解析　该系统为开环，不存在反馈；控制器坏了，该系统不能正常工作，这不是干扰因素；输入量为采集运煤汽车是否到位，输出量为是否喷水。

故选C。

答案　C

7.如图为某设计单位设计的一款机械手草图，设计成能模仿人的各种动作。

这种采用机器手的设计方法属于（　　）

A.黑箱方法B.移植方法

C.虚拟方法D.功能模拟方法

解析　黑箱法和功能模拟法是控制系统中很重要的技术思想方法。

答案　D

一、选择题

1.如图所示为某学生利用所学的知识设计光控百叶窗启闭控制系统，其工作过程是：

光敏电阻检测环境亮度高过某一个亮度时，Arduino控制板发出命令控制电机运转，使百叶窗关闭，反之百叶窗处于开启状态。

关于该控制系统说法正确的是（　　）

A.该控制系统存在反馈

B.该控制系统的控制器为光敏电阻

C.该控制系统的执行器为电机

D.该控制系统的被控对象为Arduino控制板

解析　依据题干信息和所学分析可知，本控制系统属于开环控制系统。

输入量：

检测信号，控制器是Arduino控制板，执行器是电机，被控对象是百叶窗，输出量是百叶窗的状态（开或关）。

答案　C

2.（2016·9月嘉兴联考）风力发电机运行时风轮对准风向才能获得最大风能，如图所示是风力发电机跟踪风向的控制系统示意图，风向测定装置将检测到的风向信号送给迎风控制装置与设定值比较，迎风控制装置根据角度偏差信号控制偏航电机运转，调整风轮角度，使风轮始终对准风向。

关于该控制系统，下列说法正确的是（　　）

A.被控对象是风轮B.反馈装置是偏航电机

C.输入量是风力大小D.输出量是风轮是否转动

解析　依据题意分析可知，该控制系统属于闭环控制系统；输入量是设定值，控制器是迎风控制装置，执行器是偏转电机，被控对象是风轮，输出量是实际位置，检测装置是风向测定装置。

答案　A

3.如图所示是一款节能扶梯，当传感器检测到乘客后，控制电路控制电机，使扶梯从慢行状态逐渐加速到正常运行速度；当乘客离开后自动延时2～3秒钟，扶梯再减速到慢行状态。

下列关于节能扶梯控制系统分析中，正确的是（　　）

A.控制方式属于闭环控制

B.控制量是扶梯慢行速度与正常速度的差值

C.输入量为传感器接受的信息

D.输出量是自动延长的时间

解析　该系统属于开环；控制量是电机转动量；输出是电梯的运行状态。

答案　C

4.如图所示为某公司生产的两轮自平衡电动车，它应用“动态稳定”的工作原理，使车辆具备自动平衡的能力。

出厂时，电动车被设定好平衡姿态，内置的陀螺仪能判断车身当前所处的姿态，由中央微处理器计算出适当的指令后，驱动马达来达到平衡的效果。

关于该自动平衡控制系统，以下说法不正确的是（　　）

A.输出量是电动车的姿态

B.被控对象是马达

C.控制器是微处理器

D.反馈装置是陀螺仪

解析　被控对象是平衡电动车。

答案　B

5.

如图所示是改造后西湖音乐喷泉的瞬间照片。

音乐喷泉原理是将音频信号转换成电信号，电信号通过变频器控制水泵使水泵的压力随音乐的节奏的变化而变化，从而控制水柱高低。

关于该音乐喷泉控制系统，以下说法正确的是（　　）

A.执行器是变频器

B.控制器是水泵

C.输入量是音频信号

D.被控对象是水柱的高低

答案　C

6.如图所示是自动门示意图。

当人走进感应区域时，检测装置探测到人体信号，控制电路接收到该信号后，发出相应的指令，启动电动机把门打开。

当门开启之后，控制电路将作出判断，如果没有人在感应区域内，就通知电机做反向运转，将门关闭。

关于该控制系统，下列说法中正确的是（　　）

A.输入量是人体信号，所以是人工控制

B.门开启之后可以自动关闭，存在反馈环节

C.自动门的开启或关闭与检测装置是否检测到人体信号相对应

D.有人在感应区内从门口经过不会对系统的控制产生干扰

解析　检测装置检测到人体信号，门开；检测装置未检测到人体信号，门关。

答案　C

7.小明设计了简易自动升旗控制系统，根据国歌的时间设定好电子定时器的定时时间，播放国歌时人工启动电子定时器，电动机开始转动并带动滑轮运动，使国旗匀速上升。

当定时器计时停止时，电机停止转动，国旗正好升至杆顶。

下列关于该自动升旗控制系统的说法不正确的是（　　）

A.该控制系统的控制方式属于开环控制系统

B.风的阻力变化属于该控制系统的干扰因素

C.输入量是定时器设定的时间

D.被控对象是电机

解析　被控对象是国旗。

答案　D

8.如图所