控制與設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)及練習(xí)

1、專題八 控制與設(shè)計(jì)知識(shí)框架控制與設(shè)計(jì)控制的含義控制的含義控制的應(yīng)用控制的手段簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的分析開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過(guò)程閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和工作過(guò)程控制系統(tǒng)的方框圖控制系統(tǒng)的干擾因素簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能模擬方法和思維方法控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案復(fù)習(xí)要點(diǎn) 1理解控制對(duì)象、控制目的和控制手段。了解控制在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)壓力、溫度、水位、光照、流量的控制；了解生活中電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)機(jī)等現(xiàn)代化生活用品的控制技術(shù)，會(huì)分析典型的案例。 2了解手動(dòng)控制和自動(dòng)控制的區(qū)別，了解機(jī)械控制、氣動(dòng)控制、液壓控制、電子控制的區(qū)別熟悉簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和簡(jiǎn)單的工作過(guò)程。 3能畫(huà)出一個(gè)簡(jiǎn)單的閉

2、環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖，能確定系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)(被控對(duì)象、執(zhí)行器、控制器、反饋環(huán)節(jié))；能確定被控量(輸出量)、控制量、輸入量、反饋量、偏差量；能用箭頭表示信息在系統(tǒng)中流動(dòng)和傳遞的方向。理解其中的控制器、執(zhí)行器、比較環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)的作用。 4能結(jié)合案例找出影響簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)運(yùn)行的主要干擾因素并能分析盡可能避開(kāi)或抑制干擾因素對(duì)控制系統(tǒng)影響的辦法。能用功能模擬方法、黑箱方法對(duì)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的組成方框及其作用進(jìn)行分析。 5了解簡(jiǎn)單的被控對(duì)象的基本特性，能確定被控量、控制量、畫(huà)出控制系統(tǒng)的方框圖，并形成初步的控制設(shè)計(jì)的方案。 6能根據(jù)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，制作一個(gè)控制裝置，學(xué)會(huì)調(diào)試運(yùn)行，提出改進(jìn)方案。重點(diǎn)提示

3、1控制的實(shí)現(xiàn)需要通過(guò)一定的手段從控制過(guò)程中人工干預(yù)的情形區(qū)分，控制可分為人工控制和自動(dòng)控制。按照控制中執(zhí)行部件的不同，控制可分為機(jī)械控制、氣動(dòng)控制、液壓控制、電子控制等?？刂品绞揭部赡苁蔷C合的。 2控制系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對(duì)控制過(guò)程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)成為閉環(huán)控制系統(tǒng)。 與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)框圖不同，閉環(huán)控制系統(tǒng)中信息流經(jīng)一個(gè)閉合環(huán)路，將輸出信號(hào)反傳給比較環(huán)節(jié)，我們把這種做法稱做反饋。沒(méi)有反饋也就沒(méi)有閉環(huán)，沒(méi)有反饋的控制系統(tǒng)即為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 3在控制系統(tǒng)中，除輸入量(給定值)以外，引起被控量(輸出量)變化的各種因素稱為干擾因素。一個(gè)控制系統(tǒng)的干擾因素往往不止一個(gè)，所有控制系統(tǒng)在工作運(yùn)行過(guò)程中都

4、會(huì)受到干擾。因此設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，必須學(xué)會(huì)分析這個(gè)控制系統(tǒng)可能有哪些干擾因素，以及這些干擾因素是如何影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的。從而盡可能避開(kāi)或抑制干擾因素對(duì)控制系統(tǒng)的影響。如果一個(gè)控制系統(tǒng)能夠很好地避開(kāi)或抑制干擾，我們就認(rèn)為這個(gè)控制系統(tǒng)有較好的抗干擾性。 4對(duì)于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案的形成還必須分析并明確以下一些具體的問(wèn)題。 (1)分析被控對(duì)象的基本特性。了解被控對(duì)象在正常的工作狀態(tài)下，其輸出量與輸入量之間的關(guān)系，分析控制系統(tǒng)有哪些干擾因素，輸出與干擾因素有何關(guān)系。 (2)分析被控量與控制量。如以分析聲控?zé)粝到y(tǒng)為例，聲音是輸入信號(hào)，被控對(duì)象是燈泡，被控量是燈的亮滅，控制量是電流。 (3)確定控制系統(tǒng)的構(gòu)

5、成方案。在以上分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)被控對(duì)象的基本特性；根據(jù)控制精度、抗干擾性、經(jīng)濟(jì)性等方面，確定控制系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)還是閉環(huán)控制系統(tǒng)。 (4)繪制控制系統(tǒng)的框圖。按確定的設(shè)計(jì)方案繪制控制系統(tǒng)的框圖，框圖內(nèi)容的表達(dá)要求完整。例題解析 【例1】普通家用調(diào)光臺(tái)燈的燈光亮度控制屬于( ) A自動(dòng)控制 B電子控制 機(jī)械控制 D氣動(dòng)控制 答案：B （分析） 本題考查“控制的手段與方法”。所謂自動(dòng)控制和手動(dòng)控制是以控制過(guò)程中人工干預(yù)的不同情形來(lái)區(qū)分的。家用調(diào)光臺(tái)燈的燈光亮度的調(diào)整一般是用轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)旋鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故屬于手動(dòng)控制。若按照控制系統(tǒng)執(zhí)行部件的不同來(lái)區(qū)分，控制又可分為機(jī)械控制、氣動(dòng)控制、電子控制等，家用

6、調(diào)光臺(tái)燈燈光亮度的調(diào)整是通過(guò)改變電子元件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故屬于電子控制。 【例2】下列關(guān)于控制系統(tǒng)工作過(guò)程的說(shuō)法，正確的是( ) A信息只能從輸入端傳至輸出端 B信息只能從輸出端傳至輸入端 C開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的信息只能從輸入端傳至輸出端 D閉環(huán)控制系統(tǒng)的信息只能從輸出端傳至輸入端 答案：C （分析）本題考查控制系統(tǒng)的工作過(guò)程與方式?？刂葡到y(tǒng)在l_作過(guò)程中，若從信息的傳輸過(guò)程分析歸類可以把控制系統(tǒng)分成開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩類。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理比較簡(jiǎn)單，信息只從輸入端傳至輸出端，僅有一條路徑。它的缺點(diǎn)是控制的精確度不高。閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理比較復(fù)雜，信息流經(jīng)的路徑有兩條，一條是輸入端傳至輸

7、出端，另一條是將輸出端信息反傳到輸入端的比較環(huán)節(jié)。它的優(yōu)點(diǎn)是有較高的控制精度和較強(qiáng)的抗干擾性能。 【例3】 自動(dòng)門(mén)的工作過(guò)程為：當(dāng)門(mén)口沒(méi)有人時(shí)，門(mén)是關(guān)閉的；當(dāng)有人來(lái)到門(mén)口時(shí)門(mén)自動(dòng)打開(kāi)；當(dāng)人離開(kāi)門(mén)口一段時(shí)間后，門(mén)又自動(dòng)關(guān)閉。請(qǐng)根據(jù)上述的功能要求完成以下設(shè)計(jì)內(nèi)容： (1)確定自動(dòng)門(mén)的技術(shù)要求。 (2)如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門(mén)的打開(kāi)和閉合。(提示：可以參照教科書(shū)97頁(yè)的齒輪齒條結(jié)構(gòu)) 提示(1)自動(dòng)門(mén)的技術(shù)要求可設(shè)計(jì)為當(dāng)人距離門(mén)1m(也可其他值)時(shí)，門(mén)自動(dòng)打開(kāi)；在無(wú)人走動(dòng)的情況下門(mén)打開(kāi)延遲l0s(也可其他值)后，門(mén)自動(dòng)關(guān)閉；門(mén)開(kāi)啟的寬度應(yīng)為兩門(mén)的寬度之和。 (2)自動(dòng)門(mén)打開(kāi)和閉合可選擇電動(dòng)機(jī)(轉(zhuǎn)動(dòng)變移動(dòng)結(jié)構(gòu))

8、來(lái)實(shí)現(xiàn)，工作原理為電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)門(mén)打開(kāi)；電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)門(mén)閉合。裝置結(jié)構(gòu)可采用齒輪齒條結(jié)構(gòu)。門(mén)開(kāi)啟和閉合的行程還必須有行程開(kāi)關(guān)控制。 （分析）本題考查控制系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)。、設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)需要確定其技術(shù)要求，自動(dòng)門(mén)的技術(shù)要求一般是指當(dāng)人離門(mén)為多少距離時(shí)門(mén)自動(dòng)打開(kāi)：門(mén)打開(kāi)延遲多少時(shí)間后自動(dòng)關(guān)閉；門(mén)開(kāi)啟的寬度為多大。根據(jù)門(mén)的結(jié)構(gòu)和重量確定采用執(zhí)行裝置的類型。 【例4】聲控?zé)暨m用于多種場(chǎng)合，如在公共樓道里安裝聲控?zé)艏确奖?，又安全。它與普通的電燈控制電路相比，去掉了手動(dòng)開(kāi)關(guān)，而增設(shè)了聲傳感器、控制器和電子開(kāi)關(guān)。其中聲傳感器的靈敏度可調(diào)整。以適應(yīng)不同場(chǎng)合使用的需要。請(qǐng)根據(jù)聲控?zé)舻墓δ芊治觯?(1)聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)的

9、輸入和輸出是什么?兩者的關(guān)系怎樣? (2)聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)的被控量和控制量是什么? (3)聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)為什么可以采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)? (4)畫(huà)出聲控?zé)糸_(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的框圖。 提示 (1)聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)的輸入量是聲響；輸出量是燈泡中的電流。兩者的關(guān)系是聲強(qiáng)達(dá)到某給定值時(shí)燈亮：聲強(qiáng)達(dá)不到某給定值時(shí)燈滅。 (2)聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)的被控量是燈的亮、滅，控制量是電流。 (3)聲控?zé)艨刂葡到y(tǒng)只有燈亮與燈滅兩種運(yùn)行狀態(tài)，不需要對(duì)輸出量的誤差進(jìn)行控制，因此，可以采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。(4)聲控?zé)糸_(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的框圖如圖所示：輸入（聲音信號(hào)）控制器開(kāi)關(guān)（執(zhí)行器）燈泡（被控對(duì)象）傳感器電流輸出（燈的亮滅） （分析）本題考查控

10、制系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，考查的知識(shí)點(diǎn)較多。聲控?zé)羰且粋€(gè)典型的控制系統(tǒng)案例，控制系統(tǒng)的輸入量就是控制系統(tǒng)的給定量，它可以是設(shè)定的參數(shù)，如時(shí)間、溫度等；也可以是輸入的信號(hào)，如聲音、光照等。輸出量(即被控量)是指控制系統(tǒng)所要控制的量，如水位、流量等?？刂屏渴侵笀?zhí)行器的輸出量，如電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、閥門(mén)的開(kāi)度等。控制系統(tǒng)的控制方式(開(kāi)環(huán)或閉環(huán))是由控制系統(tǒng)是否需要反饋環(huán)節(jié)來(lái)決定的。自主練習(xí) 一、基本題1家用空調(diào)溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制，其中反饋環(huán)節(jié)的作用是( ) A減少輸入量 B增加輸入量 C穩(wěn)定輸入量 D穩(wěn)定輸出量2家用電視機(jī)最容易受到的影響(即干擾因素)是( ) A環(huán)境溫度 B環(huán)境濕度 C風(fēng)的強(qiáng)度 D電磁干

11、擾3在下面4個(gè)控制系統(tǒng)中，屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)的是( ) A電風(fēng)扇的定時(shí)控制系統(tǒng) B公共樓道路燈延時(shí)控制系統(tǒng) 棚室溫度恒定控制系統(tǒng) D商店自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)4不同的傳感器輸入的信號(hào)是不相同的，傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)控制器驅(qū)動(dòng)繼電器工作，則( )A控制器轉(zhuǎn)換輸出的應(yīng)是溫度信號(hào) B控制器轉(zhuǎn)換輸出的應(yīng)是聲音信號(hào) 控制器轉(zhuǎn)換輸出的應(yīng)是亮度信號(hào) D控制器轉(zhuǎn)換輸出的應(yīng)是電流信號(hào)5普通家用電飯鍋的保溫控制(用雙金屬片開(kāi)關(guān)控溫)系統(tǒng)為( ) A機(jī)械控制的閉環(huán)控制系統(tǒng) B電子控制的閉環(huán)控制系統(tǒng) 機(jī)械控制的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) D電子控制的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)6家用冰箱的溫控系統(tǒng)采用閉環(huán)控制為了進(jìn)一步提高其抗干擾的性能設(shè)計(jì)中采取的措施是(

12、)A增加反饋環(huán)節(jié) B提高壓縮機(jī)的制冷量 C提高箱體的隔熱性能 D說(shuō)明書(shū)上建議用戶將冰箱遠(yuǎn)離其他家用電器放置7如圖所示，有這樣一個(gè)“黑箱”，其輸人、輸出關(guān)系的數(shù)據(jù)見(jiàn)下表，則“黑箱”內(nèi)部可能是 ( ) A交流變壓器 B電源穩(wěn)壓器 C日光燈整流器 D電阻分壓器 輸入（直流電壓/V）18151296輸出（直流電壓/V）65432黑箱輸入輸出8分析題 公共樓道中使用聲控?zé)艨刂坪螅诎滋煊腥送ㄟ^(guò)時(shí)燈泡也會(huì)點(diǎn)亮。為了克服這一缺點(diǎn)小黃同學(xué)設(shè)計(jì)一個(gè)方案，其控制系統(tǒng)方框圖如下，請(qǐng)分析該方案的控制過(guò)程。 輸入（光、聲信號(hào)）控制器電控開(kāi)關(guān)燈泡傳感器電流輸出（燈的亮、滅）9作品評(píng)價(jià)題 簡(jiǎn)易調(diào)光臺(tái)燈的設(shè)計(jì)方案是：在照明電

13、路中燈泡與可變電阻串聯(lián)通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)燈泡亮度的調(diào)節(jié)。請(qǐng)你分析評(píng)價(jià)該設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。 二、拓展題10把在體育課上練習(xí)投籃看成一個(gè)控制系統(tǒng)，則下列判斷錯(cuò)誤的是( )A控制系統(tǒng)的控制器是人的大腦 B控制系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié)是人的眼睛C控制系統(tǒng)的執(zhí)行器是人的手 D控制系統(tǒng)的被控量是籃球11比較閉環(huán)控制系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，下列判斷錯(cuò)誤的是( )A開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度較低 B開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)無(wú)反饋環(huán)節(jié) 閉環(huán)控制系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng) D閉環(huán)控制系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)都有比較器12為了降低家用抽水馬桶水箱水位的高度，可采取的措施是( ) A增大進(jìn)水流量 B減少進(jìn)水流量 調(diào)節(jié)降低浮球的位置 D調(diào)節(jié)升高浮球的位

14、置13關(guān)于干擾因素對(duì)控制系統(tǒng)的作用下列說(shuō)法正確的是( )A干擾因素僅作用在被控量上 B干擾因素不會(huì)作用于開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 干擾因素的作用都會(huì)反映在輸出量的變化上 D干擾因素是不可以利用的14在閉環(huán)控制系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程中，當(dāng)輸出量達(dá)到設(shè)計(jì)要求并穩(wěn)定后( )A比較器求出的偏差值等于零 B比較器求出的偏差值大于零C比較器求出的偏差值小于零 D比較器求出的偏差值大于或小于零15分析題 如果人從自動(dòng)門(mén)前經(jīng)過(guò)而不進(jìn)門(mén)，自動(dòng)門(mén)也會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。這個(gè)干擾作用于控制系統(tǒng)的哪個(gè)環(huán)節(jié)?你有什么改進(jìn)的方法?16分析題 若抽水馬桶的進(jìn)水閥門(mén)漏水，會(huì)產(chǎn)生什么情況?對(duì)系統(tǒng)構(gòu)件有何影響?17分析題 在養(yǎng)雞場(chǎng)給雞飲水如采用放在地上的普通

15、水槽，容易被雞踩翻和污染，不能保證水槽中的水量。為此趙明同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)掛在空中的雞用飲水器方案，圖為其結(jié)構(gòu)原理示意圖。設(shè)飲水盤(pán)中的虛線為設(shè)計(jì)水位，當(dāng)飲水盤(pán)水位下降到一定值時(shí)，飲水盤(pán)重量減輕，彈簧使水閥控制桿向上運(yùn)動(dòng)，將出水閥打開(kāi)，水從進(jìn)水管流入飲水盤(pán)，當(dāng)水位達(dá)到設(shè)計(jì)高度后，飲水盤(pán)重量增加，對(duì)拉簧的拉力增加，使水閥控制桿向下運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉水閥。因此，飲水盤(pán)中的水位能自動(dòng)維持在設(shè)計(jì)高度上。該控制系統(tǒng)中：(1)彈簧的作用是什么?(2)畫(huà)出自動(dòng)飲水機(jī)的控制系統(tǒng)框圖。18評(píng)價(jià)題 家用電飯鍋因使用方便而被廣泛使用。請(qǐng)根據(jù)你的使用體驗(yàn)，對(duì)家用普通電飯鍋的安全性、控制精度(從飯的口感判斷)、適應(yīng)性(能否做其他烹飪

16、)作出評(píng)價(jià)，并提出改進(jìn)建議。專題八 控制與設(shè)計(jì)l D 2 D 3 C 4 D 5 A 6C 7 D 10 D 11 D 12 C 13 C 14 A8. 普通聲控?zé)粼诎滋煊腥送ㄟ^(guò)樓道時(shí)燈泡也會(huì)點(diǎn)亮，這是不必要的為了克服這一缺點(diǎn)，在聲控系統(tǒng)中增加了光控環(huán)節(jié)，光控開(kāi)關(guān)受光信號(hào)控制，在白天光線強(qiáng)時(shí)，光傳感器將接受的信號(hào)傳送給光控制器光控制器輸出控制信號(hào)將光控開(kāi)關(guān)打開(kāi)，這樣白天燈泡就不會(huì)點(diǎn)亮了。9簡(jiǎn)易調(diào)光臺(tái)燈可實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)的功能，工作原理和制作工藝簡(jiǎn)單，工作過(guò)程是通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻的大小米改變燈泡兩端的電壓，從而使燈泡亮度變化，這是它的優(yōu)點(diǎn)。但由于燈泡與可變電阻串聯(lián)可變電阻器也要消耗電能且體積較大，調(diào)節(jié)

17、操作不方便，安全性差因此，日前市場(chǎng)上的調(diào)光燈普遍使用電子元件實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。15如果自動(dòng)門(mén)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求是人離門(mén)lm的距離內(nèi)門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟，則人從自動(dòng)門(mén)lm前經(jīng)過(guò)并不進(jìn)門(mén)，自動(dòng)門(mén)也會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。原因是傳感器無(wú)法確定人走的方向，這個(gè)干擾因素作用于控制系統(tǒng)的輸人環(huán)節(jié)即傳感器上。改進(jìn)的方法是在自動(dòng)門(mén)的兩側(cè)加上護(hù)欄(抗干擾措施)，使近門(mén)的區(qū)域內(nèi)人不能橫向通過(guò)；在自動(dòng)門(mén)前設(shè)置臺(tái)階。16. 若抽水馬桶的進(jìn)水閥門(mén)漏水，實(shí)際水位將超過(guò)設(shè)定值，該系統(tǒng)對(duì)這個(gè)水位的誤差值是不能控制的只有將水箱的水放去井排除進(jìn)水閥的故障，才能使水位重新回到設(shè)定值。當(dāng)水箱水位升高以后，浮球受到的浮力增加，浮球有往上移動(dòng)的趨勢(shì)，對(duì)系統(tǒng)中連桿機(jī)構(gòu)的作用力增加，對(duì)閥門(mén)的壓力增加，構(gòu)件有被彎曲和損壞的可能。為了防止這種現(xiàn)象和水溢出水箱，在抽水馬桶的水箱中應(yīng)裝有