第四单元 二 控制系统的工作过程与方式

二控制系统的工作过程与方式学习目标节次考试内容考核要求考试属性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必考加试c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一、控制系统控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系二、开环控制系统1概念：输出量不对系统的控制产生任何影响的控制系统。2特征：系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递3方框图：输入量：控制系统的给定量。控制器：对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。执行器：直接对被控对象进行控制的装置或元件。控制量：执行器的输出信号。被控对象：控制系统中所要求控制的装置或生产过程。输出量：控制系统所要控制的量。三、闭环控制系统的基本组成1概念：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。2基本组成：与开环控制系统相比，闭环控制系统多了检测装置、比较器(检测装置有的开环系统也有)。3特征：系统的输出端与输入端信号之间存在一个回路反馈回路。4简单的闭环控制系统的方框图5检测装置：检测输出量(被控量)并将其返回到输入端。6比较器：将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值，往往和控制器集成到一起。四、开环控制系统与闭环控制系统的比较1开环控制系统输入量到输出量之间的信号是单向传递的，它对输出量的控制精度较低，但它具有结构简单、成本低、容易实现等优点。2闭环控制系统的输入量和输出量之间还有一个反馈环节，它们形成一条闭合回路。它对输出量的控制精度较高，但它结构复杂、成本高，主要用在要求较高精度和高可靠性的控制中。例1(2016浙江4月学考)根据消防要求，仓库、图书馆等场所都要安装火灾自动报警系统。当烟雾探测器检测到的烟雾浓度超过设定值时，电子开关被接通，报警器发出声光信号进行报警。关于该报警控制系统，以下说法中正确的是()A输出量是声光信号 B被控对象是仓库、图书馆等场所C控制器是电子开关 D反馈装置是烟雾探测器答案A解析本题考查控制系统的分析。在该系统中，输入量是烟雾浓度、控制器是烟雾探测器、执行器是电子开关、被控对象是报警器、输出量是声光信号。例2如图1所示的抽屉，每次拉开，抽屉内的LED灯会自动点亮30秒，该LED灯自动开关控制系统的输出量是()图1A房间的亮度 B抽屉的开或关C设定的亮灯时间 D灯的亮或灭答案D例3小黄对办公室饮水机进行了仔细的观察，发现饮水机热胆内的水是以“烧烧停停”的方式保温的。(1)小黄画出了饮水机保温自动控制系统的部分框图(如图2所示)，请你帮助他完成该方框图，在图中有“_”处填上相应内容。图2(2)该系统是_(选填“开环”或“闭环”)控制系统。(3)小黄发现办公室的饮水机经常在没人时电源还开着。为了解决这一问题，他尝试设计一个能自动控制电源的控制系统，通过红外线传感器获取几米以内的人体热辐射信号来控制电源的开启或关闭。小黄设计的控制系统方框图如图3所示，继电器内有一开关，开关的打开或闭合由控制电路控制，该开关可以控制220 V电源的通断。请在图中有“_”处填上相应的内容。图3答案(1)(饮水机)热胆实际水温(2)闭环(3)红外线传感器是否检测到人体热辐射信号控制电路电源的开启或关闭例4如图4所示为某储气罐压力自动控制和自动报警系统示意图，压力变送器检测储气罐中的压力值，该值被送到控制器，与设定压力值进行比较，控制器根据偏差值控制变频气泵的转速，从而使储气罐的实际压力达到设定值。当压力值超出设定上限时，就发出报警信号，并自动排气。请完成下列各题，在有“_”处填上相应的内容。图4(1)该系统除了压力自动控制子系统以外，还有_子系统和自动排气装置。(2)根据示意图及其描述，补充完整压力自动控制系统方框图。(3)当压力自动控制系统出现故障，导致储气罐内气体压力过高，在此情况下对储气罐有保护作用的是_(在去车间的送气管道；自动排气装置中选择一项，填写序号)。答案(1)自动报警(2)变频气泵压力变送器(3)例5(2016浙江)如图5所示是智能车位引导系统示意图。该系统能够准确、快速地引导驾驶员到达空余车位，其工作过程：中央处理器接收到超声波车位探测器探测的车位信息，经过处理后控制信息发布器把空余车位信息通过引导屏和车位指示灯显示。根据示意图及其描述，请回答下列问题。图5(1)根据上述描述，分析该车位引导系统的控制过程，在方框图中“_”处填写相应的内容。(2)该智能车位引导系统可以分为信息采集、信息处理、信息发布三个子系统，其中的信息发布系统包括信息发布器、_、_(在车位指示灯；超声波车位探测器；数据库；引导屏中选择两项，将序号填写在“_”处)。(3)系统设计时要考虑车位定位准确、显示及时、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(在综合性；科学性；整体性中选择一项，将序号填写在“_”处)。答案(1)超声波车位探测器探测的车位信息中央处理器信息发布器空余车位信息(2)(3)1巧做判断开闭环控制系统选择题判断依据开环控制系统闭环控制系统定义输出量对控制系统的工作不产生影响输出量影响控制系统的工作状态信号的传递特征单向传递双向循环传递有无反馈不存在反馈存在反馈2.控制系统方框图中各量的确定被控量是哪个物理量？可以确定输入量、输出量和检测装置；被控量的位置(哪里的量)可以确定被控对象；被控量是通过哪个部件工作直接变化的？可以确定执行器；执行器受控于哪个装置？可以确定控制器。3常见开环控制系统的工作过程汇总表实例工作过程车辆超速检测系统(检测报警类)测速雷达测量车速，经判断超速后，电脑控制摄像头将超速车辆的信息记录下来。公交车车门的开关控制系统(开关类)司机操作形状装置，发出开关信号，控制电磁阀的启闭，通过电磁阀决定压缩空气的流向，由压缩空气推动活塞，从而带动车门的开启与关闭游泳池定时注水系统(定时类)使用者将注水的时间值设定到定时器中，开启进水阀注水，一旦时间到达，定时器就会控制注水阀关闭，停止向泳池注水。4常见闭环控制系统的工作过程汇总表实例工作过程温室大棚温度控制系统(恒定输出类)夏天卧室温度控制系统(恒定输出类)电冰箱温度控制系统(恒定输出类)电饭锅保温控制系统(恒定输出类)智能电饭煲控制系统(恒定输出类)加热炉的温度自动控制系统(恒定输出类)供水水箱的水位自动控制系统(恒定输出类)抽水马桶的自动控制系统(恒定输出类)宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统(恒定输出类)粮库温、湿度自动控制系统(恒定输出类)风力发电机跟踪风向的控制系统(动态跟踪类)家用压力锅工作原理一、选择题1下列关于控制系统工作过程的说法中，正确的是()A开环控制系统的控制量不参与控制过程B闭环控制系统中的信息只能从输入端传至输出端C控制系统中的输入与输出没有对应关系D执行器执行来自控制器的信号答案D定速巡航控制系统是让驾驶员无需操作油门踏板，就能保护汽车以某一固定速度行驶的控制系统，如图6。设置行驶速度后，ECU控制器将根据传感器信号计算车速，并与设定车速相比较，然后控制连杆机构驱动油门，使实际车速与设定车速一致，从而保持车速恒定。控制开关与解除开关分别用于启动与停止定速巡航控制。请回答25题。图62汽车定速巡航控制系统的控制手段和方式属于()A自动、开环控制 B人工、开环控制 C自动、闭环控制 D人工、闭环控制答案C3该控制系统的传感器应该选用()A浓度传感器 B位置传感器 C速度传感器 D温度传感器答案C4在该控制系统工作原理示意图中，不直接参与车速自动控制的部件是()A传感器 B解除开关 CECU控制器 D油门阀答案B5如果调整路况实时变化，为使车速实时调整并阶段恒定，以下措施合理的是()A不断提高设定速度 B不断消除干扰C不断修正设定速度 D不断提高设定速度与实际速度的偏差值答案C6.(2013浙江)如图7所示，某校学生设计了雨天自动关窗装置，其工作原理是：下雨时，湿度传感器把检测到的雨水信号传给放大及处理电路，启动电动机关闭窗户。关于这个控制系统，下列说法正确的是()图7A雨水信号是输出量 B控制器是电动机C执行器是湿度传感器 D被控对象是窗户答案D7.如图8所示为电子防丢报警器，由子机(发射机)和母机(接收机)两部分组成。当发射机与接收机分离的距离大于设定的距离后，接收机的鸣音器发出报警音来通知用户，有效防止财产损失。将发射机佩于钥匙、手机等被防护对象，将接收机佩于主人身上就可以实现丢失报警的功能。下列判断中正确的是()图8A该控制系统是闭环控制B输入量是报警声C输出量是实际距离D被控对象是接收机的蜂鸣器答案D8.(2012浙江)如图9所示是汽车倒车雷达示意图，当汽车倒车至障碍物一定距离时，雷达侦测器将侦测到的信号输入主机，主机控制蜂鸣器发出报警声，并在显示器上显示至障碍物的距离。下列对该控制系统的分析中不正确的是()图9A被控对象是雷达侦测器B控制器是主机C输入量是车尾至障碍物的距离信息D输出量是报警声和显示器的显示信息答案A9.(2016浙江10月选考)如图10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，电机带动气泵运动，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()图10A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答案C10.如图11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23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()图11A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输出量是自动延时的时间答案C解析本题考查控制系统的工作过程与方式。控制的目的是当有乘客的时候，扶梯以正常速度运行，当乘客离开后，扶梯以慢行状态运行。扶梯的运行状态受乘客影响，而不受自身运行状态影响，属于开环控制，A选项错误；输入量是有无乘客的信号，输出量是扶梯运行速度，控制器是控制电路，执行器是电机，被控对象是扶梯，控制量是电机的转速，因此C选项正确。11.如图12所示是三相异步电动机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50 Hz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()图12A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D12(2012浙江)如图13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。该控制系统的输入量及输出量分别是()图13A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；配浆浓度设定值答案C汽车在高速公路上保持匀速行驶，第一种方法是驾驶员通过控制油门踏板的压力来调整发动机转速，从而控制车速。第二种方法是现在汽车生产厂家在某些车型上配置了“定速巡航”功能，驾驶员通过按钮预设匀速行驶速度，车内的电脑就能根据测速仪测量的实际行驶速度自动控制油门的加油量，从而达到汽车匀速行驶的目的(如图14所示)。请回答1315题。图1413根据材料，下列说法错误的是()A第一种控制手段为人工控制B第二种控制手段为自动控制C“定速巡航”的控制系统为闭环控制系统D“定速巡航”的控制系统为开环控制系统答案D14“定速巡航”的控制系统中，执行器是()A油门踏板 B油门 C速度设定按钮 D车轮答案D15“定速巡航”的控制系统中，被控量是()A汽车的实际行驶方向 B汽车的实际位置C汽车的实际速度 D汽车的实际加速度答案C如图15所示是一款意念控制的游戏机，其主要原理是：人集中注意力会产生脑电波，传感器检测到脑电波，单片机接收到该信号发出指令，风扇转动使球漂浮起来，脑电波控制着风力，注意力越集中，风力就越大，小球飞的越高。降低注意力后，风力就越小，球就降低了。请根据示意图及其描述完成第1617题。图1516该控制系统将小球作为被控对象，则控制器和被控量是()A单片机、小球高度 B风扇、风扇转速C传感器、脑电波信号 D传感器、小球高度答案A17传感器检测到脑电波信号并传给单片机，这个过程是该控制系统的()A反馈 B干扰 C输入 D输出答案C二、非选择题18如图16为简易土壤湿度控制自动灌溉系统示意图，系统会根据设定好的湿度实现自动灌溉。当土壤湿度低于设定的湿度时，电子控制的处理单元会发出指令给阀门让其开启放水，当达到湿度后，处理单元会发出指令，关闭阀门结束灌溉，从而达到灌溉的自动化。结合示意图回答下列问题。图16(1)要实现上述的控制系统，下列选项中符合要求的阀门和传感器是()A气用电磁阀和压力传感器 B蒸汽电磁阀和水位传感器C液用电磁阀和湿度传感器 D真空电磁阀和温度传感器(2)在实际使用过程中，发现该自动灌溉系统存在浪费水的问题。因为一旦低于设定湿度时，系统就运行放水，而实际灌溉中并不需要每时每刻都保持这一湿度。为了解决这个问题，提出以下四种改进方案，比较合理的是_、_。A系统实现一次自动灌溉后，人为关闭该系统，等待一段时间后再开启B增加一个定时器，当系统实现一次灌溉后