16专题八　控制与设计

第二部分通用技术专题八控制与设计高考技术某省市专用考点清单目录考点一

控制的方式与控制系统考点二

开环控制系统考点三

闭环控制系统考点一控制的方式与控制系统一、控制的含义人们按照自己的意愿或目的,通过一定的手段,使事物向期望的目标发展,这就是控制。二、理解控制的三要素1.控制要达到什么目的。2.控制的对象是什么。3.采取什么控制手段。三、控制的手段1.人工控制(手动控制):控制的过程是在人的直接干预或全程干预下进行的。2.自动控制:在无人直接参与的情况下,使事物的变化准确地朝着期望的方向进行。可

分为气动控制、液压控制、电动控制、机械控制、电子控制等。3.智能控制:具有智能信息处理、智能信息反馈和智能决策的控制方式,它能在无人干

预的情况下,自主地驱动智能机器实现控制目标。智能控制主要用于解决复杂系统的

控制问题。四、控制系统1.含义:任何控制都要通过若干个环节来实现,这些环节所涉及的装置构成了一个系统,

称为控制系统。2.控制系统的分类:开环控制系统、闭环控制系统。3.控制系统的方框图在控制系统中,为了方便分析,常采用方框来表示系统的环节,用单向信号线来表示系统

信号传递的方向,这种图称为控制系统的方框图。典例1

如图所示的太阳能饭盒,每个饭盒都有独立的制系统,当饭煮熟后,自动

进入保,该饭盒制系统的控制属于(

)A.手动控制、机械控制B.自动控制、电子控制C.自动控制、机械控制D.手动控制、电子控制解析

该控制过程中,无人直接参与,属于自动控制。执行机构为电子电路,属于电子控

制。故选B。B考点二开环控制系统一、开环控制系统的含义控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响,这种控制系统称为开环控制系统。二、开环控制系统方框图输入量

控制器

执行器

被控对象

输出量三、开环控制系统的组成1.输入量:控制系统的给定量。2.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。3.执行器:直接对被控对象进行控制的装置或元件。4.控制量:执行器的输出信号。5.被控对象:控制系统中所要求控制的装置或生产过程。6.输出量(被控量):控制系统所要控制的量,也是控制系统的输出信号,即控制的目的。【典例】典型开环控制过程案例1.车辆超速检测系统(检测报警类)测速雷达测量汽车的速度

电脑

电子开关

摄像头

超速汽车的图像信号存储、输出2.公交车车门的开关控制系统(开关类)车门开关信号

控制电路

电磁阀和气动活塞

车门

车门的开启、关闭3.游泳池定时注水系统(定时类)设定注水时间

定时器

进水阀

泳池

泳池的水位典例2

如图所示为某光电门实验系统,由气垫导轨子系统和运动时间测量子系统构

成。当气垫导轨上的滑块经过光电门1时,遮光条遮挡光线,数字计时器开始计时。当

滑块到达光电门2时,数字计时器停止计时,从而获得滑块在两个光电门之间的运动时

间。下列关于运动时间测量子系统的分析中不合理的是

(

)

BA.光电门检测输入量B.被控对象是滑块C.控制目的是使数字计时器开始或停止计时D.控制方式属于开环控制解析

运动时间测量子系统的控制目的为控制数字计时器开始或停止计时,C正确。

被控对象是数字计时器,B错误。光电门检测滑块运动信息(输入量),未检测数字计时

器显示的时间(输出量),输出量不对系统的控制产生任何影响,故为开环控制,A、D正

确。考点三闭环控制系统一、干扰因素与反馈1.干扰因素:在控制系统中,除输入量(给定值)以外,引起被控量变化的各种因素都可以

视为干扰因素。在控制系统中,干扰因素可能有一个,也可能有若干个。2.反馈:在自动控制系统中,将输出量通过检测装置返回到输入端并与输入量进行比较

的过程,就是反馈。3.反馈的作用:利用反馈来分析和处理被控对象,通过系统的输出来调整系统的行为,使

系统沿着预期的目标运行。4.反馈的判断(1)有检测装置。(2)检测输出量。(3)与给定值比较。二、黑箱方法1.含义:通过对系统输入与输出关系的研究,进而推断出系统结构及其功能的方

法。2.作用:不必打开系统就可以研究其结构和功能。典例3

如图所示为某插电混动汽车的车速控制系统示意图,司机通过踩下油门踏板来

设定车速,ECU会根据油门踏板踩下的深度,并且结合当前车速、电池电量等发出控制

命令,控制发动机的启停和转速、离合器是否吸合(用来直驱车轮)、发电机是否发

电、电动机输出的扭力,从而控制车轮转速。关于该系统,下列分析中恰当的是

(

)DA.研究如何实现ECU模拟人脑操控各执行器,该研究方法为黑箱方法B.离合器的吸合是车速控制系统的干扰因素C.电动机输出的扭力是该系统的输出量D.车速传感器是该系统的反馈装置解析

黑箱方法是通过对系统输入与输出关系的研究,进而推断出系统结构及其

功能的方法,ECU模拟人脑的研究方法属于功能模拟法,A错误。离合器的吸合是该系

统的控制量,不是干扰因素,B错误。系统的控制目的是控制车轮转速,故输出量是车轮

转速,C错误。车速传感器检测输出量并与设定值比较,是该系统的反馈装置,D正确。三、闭环控制系统的含义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称为闭环控制系统。四、闭环控制系统的方框图

五、闭环控制系统的组成1.给定量:即输入量。2.检测装置:测量出被控量并返回到系统的输入端。3.比较器:将给定量与所检测的被控量进行比较,求出偏差值。4.控制器:将比较器求出的偏差值进行运算处理,并向执行器下达控制指令。5.执行器:根据指令对被控对象进行控制,从而使被控量稳定在给定的范围内。6.被控量:即输出量。【典例】典型闭环控制过程案例①棚制系统(恒定输出类)②粮库温、湿度自动控制系统(恒定输出类)③供水水箱的水位自动控制系统(恒定输出类)④风力发电机跟踪风向的控制系统(动态跟踪类)⑤家用压力锅工作系统六、开环控制系统与闭环控制系统的比较控制系统

开环控制系统闭环控制系统相同点

均包含被控对象、控制器、执行器、控制量等组成部分

组成/增加了检测装置和比较器

特征输出量仅受输入量控制根据被控量与给定量间

的偏差控制系统的运行

信号传递单向双向

控制精度较低,需人工控制辅助较高,能通过反馈减小干

扰因素的影响

根据定义输出量对控制系统的工作不产生影响的是开环控制系统,输出量影响控制系统工作状态的是闭环控制系统

根据反馈开环控制系统不存在反馈,闭环控制系统存在反馈

根据输入与输出闭环控制系统的输入量和输出量是同一类量,能进行比较处理

典例4

无人机可以实现精准悬停、自动避障、自动返航等功能。其中精准悬停子系

统工作原理:当无人机受到外界气流影响,检测装置检测到机身有升高或者降低的趋势

时,控制单元就调节功率进行反方向运动补偿,使无人机的状态达到预设值。低

电量自动返航子系统工作原理:系统会在检测到电池剩余电量低于设定电量时进行自

动返航,防止无人机没电坠落造成事故。关于精准悬停、低电量自动返航两个子系统,

以下说法正确的是

(

)A.被控对象都是遥控设备B.均有检测和比较环节,控制方式都是闭环控制C.精准悬停子系统输入量是预设的高度,低电量自动返航子系统输入量是剩余电量D.气流是精准悬停控制子系统的干扰因素,剩余电量的变化是低电量自动返航子系统

的干扰因素答案

C解析

精准悬停、低电量自动返航两个子系统的控制目的分别为控制无人机悬停在

某一高度和低电量时自动返航,被控对象都是无人机,A错误。输出量分别是无人机