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课时3　闭环控制系统的工作过程
第四章　控制及其设计
目 录
CONTENTS
任务清单与知识构建
01
案例导学厘清重难点
02
随堂达标检测
03
课时分层训练
04
任务清单与知识构建
1
任务一　解析闭环控制系统工作过程
1.闭环控制系统
系统的_________返回到_________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，闭环控制系统多了反馈，反馈回路由两个装置组成，分别是：____________、_________。
输出量
输入端
检测装置
比较器
3.简单的闭环控制系统的方框图，如下：
闭环控制系统各部分的作用：
给定量：即输入量；
比较器：____________________________________________________________；
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；
执行器：___________________________________________________________；
被控量：即输出量；
检测装置：________________________________________________。
将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值
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
测量出被控量并返回到系统的输入端
任务二　辨析反馈在控制系统中的作用
1.干扰因素
在控制系统中，除________________________以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。
在控制系统中干扰因素可能有一个，可能有多个；有些是环境造成的，有些是人为原因造成。控制系统存在干扰。干扰因素也是可以被利用的。
2.反馈
在自动控制系统中，________________________________________________
_______________________，称为反馈。
3.反馈的作用是___________________________。
输入量(给定值)
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
克服干扰，减少偏差
4.常见闭环控制系统应用案例
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)
电饭锅机械式保温控制系统(恒定输出类)
实例 工作过程
智能电饭煲保温控制系统(恒定输出类)
加热炉的温度控制系统(恒定输出类)
供水水箱的水位自动控制系统(恒定输出类)
抽水马桶的水箱水位控制系统(恒定输出类)
实例 工作过程
电热水器温度控制系统(恒定输出类)
粮库温、湿度自动控制系统(恒定输出类)
土壤湿度浇灌控制系统(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
案例导学厘清重难点
2
重难点1　被控对象的确定
找被控对象要二看：一看，系统名称；二看，系统的目的。通过这两看可以找出被控对象。
例1 如图所示是四旋翼无人机，具有可垂直起降、可空中悬停等特点。四旋翼无人机一般是由飞控系统、导航系统、动力系统、数据链传输系统等组成。当该无人机处于自动悬停工作模式时，依靠无人机内部的检测单元，系统可以识别当前的姿态，控制模块给执行模块发送各种指令，实现无人机高度和水平位置的锁定。下列关于自动悬停控制系统的分析中正确的是(　　)
D
A.控制系统是人工控制
B.检测单元检测无人机当前姿态的过程就是反馈
C.控制模块发送的各种指令是控制量
D.被控对象是无人机
解析　由关键词得知“无人机实现高度和水平位置的锁定”，输入量是设定高度和水平位置，输出量是实际高度和水平位置，被控对象是无人机，检测装置是检测单元，控制器是控制模块，执行器是执行模块；选项B：反馈是要返回输入端并于输入量进行比较，选项错误，选项D正确。
A.该控制系统是闭环控制系统 B.检测装置是温度传感器
C.被控对象是热风机 D.控制器是温度控制器
C
解析　由关键词得知“使烘箱的实际温度控制在一定范围内”，这是闭环控制系统，输入量是设定温度，输出量是实际温度，被控对象是烘箱，检测装置是温度传感器，控制器是温度控制器，执行器是高压鼓风机及热风机，选项C错误。
重难点2　闭环控制系统的判断
闭环控制系统判断的方法：
1.根据定义判断
输入量决定输出量，而输出量对这个控制过程产生影响。
2.根据控制的目的判断
闭环控制系统可以使被控量稳定在给定量附近。
3.根据有无反馈判断
闭环控制系统存在反馈，开环控制系统没有反馈。
技巧：判断反馈是否存在要抓住三点：(1)是否有检测装置；(2)是否检测输出量；(3)是否与给定值比较。
例2 (2021年6月选考真题)如图a所示是某自动对位控制系统的示意图。其工作过程：摄像机连续获取被测物体的实时位置信息(如图b所示)，工控机将接收到的位置信息不断与设定位置进行比较，计算出被测物体的偏移值，控制平台驱动器驱动平台移动和转动，使被测物体运动到设定位置(如图c所示)。下列关于该自动对位控制系统分析中正确的是(　　)
解析　自动对位控制系统的输入量是设定位置，被控量是实时位置，被控对象是被测物体；工控机将接到的位置信息不断与设定位置进行比较，计算出被测物体的偏移值，系统不断地反馈，是闭环控制系统，选项B正确。
B
A.控制量是被测物体的偏移值
B.该系统属于闭环控制系统
C.摄像机用来获取输入量
D.被控量是设定位置
变式训练2 如图所示是汽车防侧倾控制系统示意图。其工作原理是：车辆转弯时，传感器检测车身倾斜信息并传递给悬架控制单元，控制电磁电机调整避震高度，保持车身平稳。下列关于该系统说法中正确的是(　　)
解析　由关键词得知“保持车身平稳”，这是闭环控制系统；输入量是设定平衡状态，输出量是实际平衡状态，被控对象是汽车，检测装置是传感器，控制器是悬架控制单元，执行器是电磁电机，选项C正确。
C
A.执行器是悬架控制单元
B.输入量是控制单元发出的控制信号
C.该系统是闭环控制系统
D.控制器是传感器
重难点3　输入量、输出量的确定
根据控制目的或被控对象或系统名称找输入量和输出量。
例3 如图所示是某高楼供水自动增压控制系统示意图，其控制过程为：当罐体水压低于一定值时，微电脑控制器发出指令使增压泵启动，将水压入罐体，提升罐体水压；当罐体水压达到一定值时，增压泵关闭。下列关于该控制系统的分析中正确的是(　　)
解析　有比较，调整，保持水压稳定的含义，这是闭环控制系统，输入量是设定压力，输出量是实际压力，被控对象是罐体，检测装置是水压表，控制器是微电脑控制器，执行器是增压泵，控制量是增压泵的水流量，选项C正确。
C
A.执行器是出水阀门 B.被控对象是水压表
C.输出量是罐体内的实际水压 D.控制量是增压泵的电流量
A.输入量是采集到的球体坐标
B.该系统属于闭环控制系统
C.输出量是机器人与球体的距离
D.执行器是电机
解析　闭环控制系统输入量为设定量，该自动寻球控制系统输入量为机械手捡球范围(设定机器人与球体的距离)，选项A错误。
A
重难点4　执行器的确定
执行器是直接对被控对象进行控制的装置或元件，可以根据控制器或被控对象确定执行器。
例4 如图所示为现代工业化养鸡场温度控制系统，当养鸡场内的温度未达到设定值时，温控仪发出控制信号，控制热水供暖系统或降温湿帘等工作，以使养鸡场内温度达到设定值。下列关于该养鸡场温度控制系统分析中，正确的是(　　)
解析　有关键描述“使养鸡场内温度达到设定值”，这是闭环控制系统；输入量是设定温度，输出量是实际湿度，被控对象是养鸡场内的空气，检测装置是测温仪，控制器是温控仪，执行器是热水供暖系统或降温湿帘，选项C正确。
C
A.控制系统属于人工控制 B.输入量是电能
C.执行器是热水供暖系统或降温湿帘 D.输出量是养鸡场内的空气
变式训练4 如图所示为张力控制系统原理图，张力传感器将纸张的张力转换为控制器所需的信号，控制器接收到信号后控制气动离合器，气动离合器通过调整转轴的高度调节张力，使纸张的张力始终处于正常范围。下列关于张力控制系统的分析，正确的是(　　)
解析　由关键词得知“纸张的张力始终处于正常范围”，这是闭环控制系统；输入量是设定纸张张力，输出量是实际纸张张力，被控对象是纸张，检测装置是张力传感器，控制器是控制器，执行器是气动离合器和转轴，选项C正确。
C
A.被控对象是转轴 B.该系统是开环控制系统
C.执行器是气动离合器 D.输入量是纸张的张力
重难点5　控制量的确定
执行器的输出信号是控制量，找控制量先找执行器。控制器发出的信号不是控制量。
例5 (2020年7月选考真题)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(　　)
D
解析　结合题图示得知，这是闭环控制系统，输入量是设定转速，输出量是实际转速，被控对象是电动机，检测装置是测速发电机，执行器是变频调速器，控制量是变频调速器输出的电流频率，控制器是PLC，选项D正确。
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
变式训练5 如图所示是小刘同学设计的花盆土壤湿度控制系统示意图。其工作原理是：控制电路将探头测得的湿度值与设定值相比较，根据偏差值控制电磁阀门打开或关闭，使土壤湿度值达到设定值。关于该控制系统，下列说法中正确的是(　　)
D
解析　选项A：有关键语句“土壤湿度值达到设定值”，有保持稳定的含义，这是闭环控制，选项错误；选项B：系统闭环系统中有反馈，选项错误；输入量是设定湿度、输出量是实际湿度、被控对象是土壤、控制器是控制电路，执行器是电磁阀门，控制量是流过电磁阀门的水流量，选项C错误，选项D正确。
A.控制系统属于开环 B.该控制系统不存在反馈
C.被控对象是电磁阀门 D.控制量是流过电磁阀门的水流量
重难点6　干扰因素的判断
含义 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
相关 分析 来源 问题 ①环境造成的，如，冬天使用电饭锅做饭比夏天更加费电
②人为原因所致，如，当电饭锅在保温状态时，频繁地打开锅盖并将冷的食物放入锅中等
③系统内部对控制的影响(内部干扰以人为干扰为主)
数量 问题 在控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个。如，战士在大风大雨中进行射击练习，风和雨都是子弹命中准确度的干扰因素
处理 问题 ①克服干扰，使被控量稳定自如，空调的温度控制系统是闭环控制系统，它能克服室外温度变化这一干扰。当室外温度升高时，空调监测出干扰引起的室内温度变化，通过启动压缩机降温来克服这一干扰，使室温保持稳定
②利用干扰因素实现某种目的，如在军事演习中，红方利用一定频率的电磁波对蓝方的信息指挥系统进行干扰，使之不能正常工作。但在生产生活中，我们需要以慎重、严谨的态度对待干扰因素
A.卷绕圈数的变化会引起电机转速变化，属于干扰因素
B.反馈信号是编码器测得的电机转动信号
C.控制量是变频器输出电流的频率
D.输出量是电机实时转速
答案　A
解析　分析系统控制过程可知，电机调速子系统控制目的为控制电机的转速，因此被控对象是电机，输出量为电机的实际转速，输入量为设定速度，电机转速的设定值在实时变化，卷绕圈数的变化会引起电机转速变化，属于改变输入量，所以不属于干扰因素。
A.该控制系统是闭环控制 B.设定水位发生变化是干扰因素
C.被控对象是游泳池 D.执行器是进水阀门
B
解析　由描述可知将水位维持在设定水位附近，这是闭环控制系统，输入量是设定水位，输出量是实际水位，被控对象是游泳池，检测装置是水位传感器，执行器是进水阀门。改变输入量不属于干扰，选项B错误。
重难点7　反馈的判断
含义 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
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，注：反馈控制是自动控制中不可缺少的形式
判断 反馈 是否 存在 抓住三点：①有检测装置；②检测输出量；③与给定值比较
开环控制系统中有时也会有检测某一信号的装置，其检测装置检测到的信号一般作为输入量使用，因此判断的关键在于找准输出量，判断检测装置是否检测输出量
例7 如图所示为气动阀门开度控制装置，其工作过程：当向左旋进旋钮时，杠杆2绕支点转动，使挡板靠近喷嘴，使喷嘴节流，这样使得气源经气动放大器后进入气膜室，薄膜压力增加推动连杆并带动平板一起向下移动，使摆杆向下压，偏心凸轮随之逆时针转动，推动滚轮使杠杆1绕支点将弹簧拉伸，当弹簧对杠杆2的拉力和旋钮所提供的力平衡时，阀门达到设定开度。下列关于该气动阀门开度控制系统分析中正确的是(　　)
D
解析　设定开度由旋钮设定，当弹簧对杠杆2的拉力和旋钮所提供的力平衡时，阀门实际开度达到设定开度，该系统是个闭环控制系统，弹簧参与了反馈过程，选项D正确。
A.输入量是气源的流量 B.执行器是气动阀门
C.被控对象是气膜室 D.弹簧参与反馈过程
A.转角和速度检测元件检测伺服电机的转动角度和速度，这个过程称为反馈
B.被控对象是伺服电机
C.输入量是设定转动角度和速度
D.控制量是伺服驱动器发出的电流信号
A
解析　在自动控制系统中，将输出量通过检测装置返回输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈。而选项A中只存在检测输出量，并未提及将信号返回到输入端并进行比较过程，所以不属于反馈。选项A错误。
重难点8　黑箱方法
含义 把将要研究的系统作为“黑箱”，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，就是黑箱方法
作用 黑箱方法提供了一种不必打开系统就可以研究其内部结构和功能的方法
实例 ①通过输入图像、电或声音信号，观测、分析脑电波的输出反应，以此来研究人脑对视觉或听觉信息的传递、变换和处理功能，从而得知人脑内部结构的细节
②挑西瓜时，通过看、听、拍来判断其生或熟等
A.用仪器测试集成电路输出信号判断集成电路的功能
B.通过脑电波检查诊断病人大脑的状况
C.列车司机用锤子敲击车轮，通过声音判断有无故障
D.通过胃镜检查诊断病人的胃部疾病
D
解析　黑箱方法是通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，不需要直接考查其内部结构。
随堂达标检测
3
1.如图所示是某注肥控制系统，该系统包含定量注肥控制子系统和过压保护控制子系统。定量注肥控制子系统的工作过程为：通过流量传感器获取系统实际排出的施肥量，与设定值进行比较来控制压力泵，从而精确控制施肥量。过压保护控制子系统的工作过程为：压力正常时，电磁阀处于关闭状态，当管道意外堵塞或注肥口关闭，管内压力增大超过安全值时，控制器控制继电器打开电磁阀，使管道内的液态肥料部分回流。以电磁阀为被控对象，下列关于过压保护控制子系统的分析中正确的是(　　)
C
解析　输入量是检测到的管道压力，输出量是电磁阀状态，这是开环控制系统，无反馈环节，控制量为继电器的开合，选项C正确。
A.控制量为电磁阀的开闭
B.该系统属于闭环控制系统
C.管内的压力值是输入量
D.该系统存在反馈
A.该子系统的控制方式是闭环控制
B.室外温度的变化属于干扰因素
C.热水供暖系统和降温湿帘是执行器
D.输入量是温度传感器检测到的温度
D
解析　温度控制子系统的目的是使养鸡场内的温度保持
在设定范围内，控制过程存在反馈，故为闭环控制系统，输入量为设定的温度，输出量为养鸡场的实际温度。传感器检测的温度是系统的输出量，选项D错误。
3.燃油炉窑温度控制系统。工作时，热电偶将检测到的炉内温度信号传送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.热电偶
C
解析　由关键词得知“炉内温度稳定在设定温度”，这是闭环控制系统，输入量是设定温度，输出量是实际温度，被控对象是炉窑，检测装置是热电偶，控制器是温控仪，执行器是电机、燃油喷嘴，选项C正确。
A.控制器是微处理器 B.被控对象是电动车的姿态
C.执行器是马达 D.反馈装置是陀螺仪
B
解析　由关键词得知“达到平衡的效果”，这是闭环控制系统，输入量是设定平衡状态，输出量是实际平衡状态，被控对象是平衡车，是个装置或元件等，不是状态，检测装置是内置的陀螺仪，控制器是中央微处理器，执行器是马达，选项B错误。
5.如图所示的四轴无人机能通过气压定高控制系统控制在某一高度悬停，气压定高控制系统利用气压传感器测量大气压力，控制芯片根据测得的气压值参照标准气压表计算出无人机的高度，并与设定值进行对比，根据对比的结果相应地调整电机动力从而使飞行器悬停于设定的高度值附近。关于无人机的气压定高系统，下列说法正确的是(　　)
A
解析　定高系统的输入量为设定高度，输出量为实际高度，被控对象是无人机，控制器为控制芯片，发出控制信号给电机，电机控制无人机停在设定的高度，电机的转速为控制量，存在反馈，属于闭环控制系统。
A.该控制系统是闭环控制系统
B.输入量是目标高度、控制量是实际高度
C.控制器是控制芯片、被控对象是电机
D.由于无检测悬停高度的传感器，该系统无反馈过程
4
课时分层训练
基础巩固篇
素养提升篇
1.某系统中干燥器出口的气体温度与奶粉质量密切相关，生产工艺要求出口温度保持恒定，假设蒸汽流量和浓缩奶流量恒定，则温度控制子系统的工作过程如下：将检测到的干燥器内温度信号传送给放大器和可控硅，并与设定温度值比较，根据温度偏差信号控制冷气阀门的打开程度，调节燃油冷空气的流量，使干燥器内的温度稳定在设定温度，下列关于该控制系统的说法正确的是(　　)
C
A.被控对象是放大器和可控硅
B.控制器是热敏元件
C.执行器是冷气阀门
D.输出量是冷空气的流量
解析　由关键词得知“干燥器内的温度稳定在设定温度”，这是闭环控制系统，输入量是设定温度，输出量是实际温度，被控对象是干燥器，检测装置是热敏元件，控制器是放大器和可控硅，执行器是冷气阀门，控制量是冷空气的流量，选项C正确。
A.检测装置检测的是被控量
B.控制器比较的是设定值与输入量
C.电机水泵是执行器
D.系统目的是输出水压能够稳定
B
解析　有比较，调整，保持水压稳定的含义，这是闭环控制系统，输入量是设定压力，输出量是实际压力，被控对象是管道，检测装置是检测装置，控制器是控制器，执行器是电机水泵，控制量是水泵的水流量，选项B不正确。
A.节气门传感器不是该系统反馈装置
B.路面的坡度是该系统的干扰因素
C.控制器为ECU，可对传感器的信号处理分析
D.车速传感器将信号传至ECU，该信号是系统输入量
D
A.输出量是废水的设定pH值
B.被控对象是中和池中的废水
C.执行器是计量泵
D.控制器是pH控制仪
A
解析　分析题干可知，该控制系统是闭环控制系统，输出量应为废水的实际pH值。
A.控制系统属于闭环控制
B.控制器是调节器
C.控制量是通过调节阀的水流量
D.输出量是锅炉内的水蒸汽
D
解析　有关键词“使液位恢复到给定的位置”，这是闭环控制系统，输入量是设定液位，输出量是实际液位，被控对象是蒸汽锅炉，控制器是调节器，执行器是调节阀，控制量是调节阀的水流量，选项D错误。
6.自吸增压水压控制系统如图所示，可以实现自来水、太阳能热水器等用水时水压不足情况下的增压功能。开启水龙头时，流量感应器检测水管中的流量，同时压力感应器检测水管中的水压，经智能PC控制芯片与设定值比较后决定电机是否工作，下列对该水压控制系统的说法中正确的是(　　)
B
A.该系统为开环控制系统
B.流量感应器具有检测水龙头是否开启的作用
C.被控对象为电机
D.控制量为水管中的实际水压
解析　有比较，调整，保持水压稳定的含义，这是闭环控制系统，输入量是设定水压，输出量是实际水压，被控对象是水管，检测装置是压力感应器，控制器是智能PC控制芯片，执行器是电机，选项B正确。
7.如图所示是自动定量配料结构系统示意图。控制过程如下：自动定量配料系统通电后，料斗中的物料匀速落在落料区，驱动电机开始旋转，经皮带运送到称重区，称重传感器根据受力的大小输出一个电信号，可编程控制器(PLC)将此信号与设定值进行比较，调节运算后，通过变频器控制驱动电机的转速，使皮带每分钟输出的物料重量达到设定要求，完成自动定量配料过程。从控制系统的角度，下列关于该自动定量配料系统的说法中正确的是(　　)
B
A.该控制系统的控制方式为开环控制
B.控制量是驱动电机的转速
C.输入量是称重区上物料的重量
D.执行器是变频器
解析　有关键词“皮带每分钟输出的物料重量达到设定要求”，这是闭环控制系统，输入量是设定物料重量，输出量是实际物料重量，被控对象是皮带轮，检测装置是称重传感器，控制器是PLC，执行器是变频器和驱动电机，控制量是驱动电机的转速，选项B正确。
A.垂直陀螺仪检测的是该控制系统的被控量
B.电源电压的变化属于该控制系统的干扰因素
C.放大器输出的信号属于该控制系统的控制量
D.飞机仰俯角自动控制系统属于闭环控制系统
C
解析　控制量是执行器发出的信号，放大器是控制器，C错。
9.如图所示为某氢燃料电池汽车结构图，由高压储氢罐、燃料电池、动力电池、控制系统、电动机等组成。当动力电池电量低于下限时，控制系统打开高压储氢罐的通气阀，氢气在燃料电池中与氧气发生电化学反应发电，产出的电优先满足电动机和车载电器的需求，多余的电将存入动力电池，当动力电池电量达到上限时，停止发电。下列关于动力电池电量控制子系统的分析，正确的是(　　)
B
A.动力电池的实际电量是该系统的输入量
B.司机突然踩下加速踏板是该系统的干扰因素
C.流向燃料电池的氢气流量是该系统的控制量
D.电动机为该控制系统的被控对象
解析　动力电池电量控制子系统的工作方框图如图所示，动力电池的实际电量为该系统的输出量，选项A错误；司机突然踩下加速踏板时，动力电池的实际电量会下降，即输出量发生了变化，但是输入量没变，它属于该系统的干扰因素，选项B正确；该系统的控制量是燃料电池的发电情况，选项C错误；动力电池为该控制系统的被控对象，选项D错误。
A.按键是系统的输入装置
B.该控制系统的控制量是三相异步电机的转动量
C.被控对象是显示器
D.张力传感器检测实际张力值返回与设定张力值
进行比较的过程属于反馈
C
解析　有关键词“卷带恒张力控制系统”，卷带的张力控制属于闭环控制，被控对象是卷带，输出量是卷带的实际张力，选项C错误。
11.如图所示，为一种水位控制系统，当水塔水位低于下限水位时，水泵启动，将水井中的水抽至水塔，直到水塔水位达到上限水位；当水井水位高于上限水位时，水泵启动，使水井水位低于上限水位；当水井水位低于下限水位时，水泵不工作。整个过程由PLC全程控制，用户通过用水输出口从水塔中取水使用，下列关于水塔水位控制子系统分析中合理的是(　　)
D
解析　选项A：关于水塔水位控制子系统，其被控对象是水塔中的水，选项错误；选项B：输出量是水塔中的实际水位，选项错误；选项C：输入量是设定的两个液位面，选项错误。
A.被控对象是水井内的水 B.输出量是用水输出口的水流量
C.输入量是水管内的水流量 D.控制量是水泵的转速
12.如图所示是数控车床电动刀架控制系统，工作人员通过操作面板输入刀体位置与控制程序，PLC控制模块根据控制信息与传感器检测到的刀体位置信号使驱动器发出相应的驱动信号驱动电机转动，从而带动蜗杆、蜗轮与丝杆运动，最终使刀体移动到设定位置。下列关于数控车床电动刀架控制系统的分析中正确的是(　　)
C
A.控制量是刀体的实际位置
B.控制器是电机
C.被控对象是刀体
D.该控制系统是开环控制
解析　要实现刀体的位置的精确控制，有反馈过程(传感器监测输出量)判断出该系统为闭环系统。输入量是设定位置，输出量是实际位置，被控对象是刀体，检测装置是传感器，控制器是PLC，执行器是驱动器、电动机、蜗轮和蜗杆等，选项C正确。
C
A.用户的用水量太大 B.水泵机组的数量
C.水池水位较高 D.PLC设定的参数
解析　该系统使管网压力恒定，是闭环控制系统；
变频器是执行器，变频器的输出频率是控制量。
用户的用水量太大，导致输出量变化，系统运转影响；水泵机组的数量越多，输出频率越大；PLC设定的参数变化，变频器的输出频率变化。
A.温度传感器参与了系统的反馈过程
B.该系统的执行器是调压器和固体加热器
C.室外温度的变化是温度控制系统的干扰因素
D.控制器是计算机和PLC
D
解析　恒温控制系统，这是闭环控制系统，输入量是设定温度，输出量是实际温度，被控对象是室内的空气，检测装置是热电偶或热电阻，控制器是PLC，执行器是调压器和固体加热器。选项A：这是闭环，有反馈，选项A正确；选项B正确；选项C：室外温度的变化不属于输入量，属于干扰因素，选项正确；选项D：计算机不是控制器，选项错误。
15.如图所示是气雾栽培控制系统，各传感器采集营养液的温度、盐分值、pH及液位信息并传送到主控中心，主控中心按照控制策略通过运算、判别后输出控制信号，通过继电器驱动自吸泵、电热丝、紫外线消毒灯等设备，对营养液因子及雾化喷头进行控制，当营养液各项指数达标时，自吸泵工作，当任何一项不达标时，自吸泵停止工作。关于喷头喷雾控制子系统的分析，下列说法合理的是(　　)
D
A.被控对象是自吸泵 B.控制量是主控中心输出的控制信号
C.图示中的各传感器起反馈作用 D.营养液pH超标不属于干扰因素
解析　选项A：喷头喷雾控制子系统，被控对象应该是喷头，选项错误；选项B：控制量是执行器的输出，主控中心是控制器，控制器的输出信号不是控制量，选项错误；选项C：各传感器的作用应该是检测作用而不是反馈作用，选项错误；选项D：对于喷头喷雾控制子系统而言，营养液pH应该是输入量之一，不属于干扰因素，选项正确。
16.如图所示是四旋翼无人机的“大脑”——飞行控制系统，工作时多种传感器实时接收飞行器的姿态和位置等数据，并传输给控制模块，控制模块根据飞行控制算法，解算出各执行机构的控制量并驱动电机按期望规律运转，提供给无人机不同的升力以获得各种飞行姿态，从而使四旋翼无人机实现自主飞行，下列属于飞行控制系统反馈信号的是(　　)
C
解析　根据题图和原理可知实时姿态和位置信息属于输出量，检测装置检测输出量返回输入端与输入量比较，所以实时姿态和位置信息是系统的反馈信号。
A.螺旋桨的转速
B.期望姿态和位置信息
C.实时姿态和位置信息
D.驱动电路中的电压和电流
A.油缸为被控对象
B.纠偏控制子系统为闭环控制
C.活塞的移动量是系统的控制量
D.机械传动装置的振动是干扰因素
A
解析　该控制系统的控制目的是“控制纸张卷绕后的侧面整齐一致”，所以输出量是“纸张卷绕实际位置”，被控对象是“纸张”，有光电传感器检测纸张边缘位置信息，则反馈成立，是闭环控制系统，B正确，A错误；执行器是指直接对被控对象进行控制的装置或元件，所以该系统的执行器是“活塞”，“支架”不具备控制功能，C正确；干扰因素是指除了输入量以外引起被控量变化的各种因素，机械传动装置的振动对纸张卷绕位置有影响，是干扰因素，所以D正确。
A
2.如图所示是一款感应飞行器，其控制部分可分为机翼转速控制子系统和碰撞机翼停转子系统。机翼转速控制子系统工作过程：打开电源开关，小黄人通过脚下红外线发射和接收装置检测和其正下方障碍物(如：手、纸片等)的距离。当距离较小时控制电路控制电机，电机通过齿轮组带动机翼高速转动，小黄人升空；当检测到和正下方障碍物的距离较大时，机翼转速下降，小黄人缓慢落下。当小黄人飞行过程中发生碰撞时，传感器检测到振动信号，机翼停转。从控制的角度，下列分析中正确的是(　　)
A.机翼转速控制子系统和碰撞机翼停转子系统均属于开环控制系统
B.电机是机翼转速控制子系统的被控对象
C.用纸片把小黄人脚底的传感器遮住，小黄人将无法飞行
D.感应器正下方飞过的蝴蝶是机翼转速控制子系统的干扰因素
解析　机翼转速控制子系统的输入信号是离下方障碍物的距离，输出信号是机翼的转速；碰撞自动停止子系统输入信号是碰撞信号，输出信号是机翼停转，故两者都是开环控制。机翼转速控制子系统的被控对象是机翼，电机和齿轮组是执行器，故B错。用纸条把小黄人脚底的传感器遮住，检测到的距离一直过小，小黄人将一直上升，故C错。正下方飞过的蝴蝶若距离超出检测距离对控制没影响，若能检测到，则能改变输入信号，所以都不是干扰，故D错。
D
3.如图所示为平台小球位置控制系统示意图。其工作过程为：摄像机连续获取小球的实时位置信息(如图a所示)，控制器将接收到的小球位置信息与设定位置进行比较，计算出小球与设定位置的偏差值，控制舵机驱动器，通过舵机调整平台倾斜角度(如图b所示)，使小球移动到设定位置。下列关于该平台小球位置控制系统分析正确的是(　　)
A.控制量是小球的实际位置
B.被控对象是舵机
C.输入量是摄像头获取的信息
D.平台粗糙度的变化是干扰因素
解析　该控制系统属于闭环控制系统，目的是为了将小球实际位置控制于设定位置内，所以被控对象是小球，摄像头获得的小球实际位置是被控量，平台粗糙程度会影响到小球顺利回到设定位置，属于干扰因素，D选项正确。
D
A.该系统的控制方式属于闭环控制
B.控制量是从动电机的转速
C.被控对象是垂直传送带
D.主动电机运转速度的变化，属于干扰因素
A
A.温度传感器检测到的温度是输入量
B.被控对象是房屋
C.开窗属于干扰因素
D.该控制系统存在反馈
解析　本题考查控制系统的分析。根据题意可知，该系统能将房内温度控制在一定的范围内，属于闭环控制系统，有反馈过程，输出量是房内的实际温度，被控对象是房屋，温度传感器检测房内的温度参与反馈过程，开窗会影响房内温度的变化，又不属于输入量(设定的房内温度)，属于干扰因素，A选项错误。
D
6.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(　　)
A.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　本题考查控制系统的综合应用。黑箱法是仅通过输入和输出的关系去推出系统的内部结构，与A选项不符，A错；离合器的吸合是系统的控制量，不属于干扰因素，B错；电动机的输出扭力是控制量，系统的输出量是车轮的转速，C错；D对，选D。
C
7.如图所示为小区自动供水控制系统，用水量较小时，由民用电源控制水泵，以降低能耗；而当用户用水量增加时，水压下降到设定值，PLC发出指令启动变频器，由变频器控制水泵，通过检测水泵出口压力并与设定压力进行比较，根据两者之间的差值控制水泵电机的启停台数和水泵的转速，确保自动供水系统的恒压供水。下列关于自动供水系统各子系统的分析中，正确的是(　　)
A.用用水量大时，水泵工作控制系统处于开环控制
B.变频器输出的频率变化的电流，是水泵工作的干扰因素
C.当用水量大时，水压检测器检测管网水压并与设定压力进行比较的过程属于反馈
D.管网中的供水压力是由用户的用水量所决定的，所以改用流量传感器的检测来控制水压效果更好
解析　本题考查控制系统工作过程分析。A选项，用水量大时采用恒压控制，属于闭环；B选项，变频器为执行器，输出的频率变化的电流属于控制量，D选项，恒压控制如果改用流量传感器，不能精准检测压力变化。
D
A.同步带和电机间的摩擦导致点胶位置有偏差，
该摩擦属于干扰因素
B.注胶嘴的实际位置是输出量
C.电机是执行器
D.该系统的控制方式属于开环控制
解析　本题考查闭环控制系统工作过程。注胶嘴位置控制子系统，题意中强调传感器实时监测当前注胶嘴位置，目的是控制在设定位置，因此属于闭环控制，电机作为执行器，A选项的同步与电机摩擦，影响了点胶位置即注胶嘴实际位置，但不是输入即设定位置，因此属于干扰。
C
9.如图所示为奶粉生产中的湿法工艺，其主要流程有：按比例将鲜牛乳与液态营养素进行混合，将混合后的乳业输送到高位槽，经过滤后至干燥器顶部进行雾化干燥，经过高温空气蒸发干燥后的乳液到达底部就成为了奶粉。整个生产过程都是在无菌车间里由单片机控制完成，单片机根据单位时间奶粉的产量、湿度、温度等参数，调节阀1、阀2、阀3等，使得单位时间里产出的奶粉产量、质量稳定可靠。关于奶粉温度控制系统，下列分析中正确的是(　　)
A.执行器是干燥器
B.输出是奶粉
C.通过反馈克服了干扰
D.在无菌车间里运行，不存在干扰因素
解析　本题考查控制系统的工作过程，干扰与反馈在奶粉温度控制系统中设控制目标是控制奶粉的温度，其输出量是奶粉的温度，被控对象是奶粉，执行器是调节阀3，控制器是单片机，故A错，B错；在奶粉温度控制系统中通过检测奶粉温度反馈至输入端，可以克服干扰，使奶粉温度稳定在设定范围内，C对；除了细菌外，对奶粉温度控制产生影响的还有许多其他因素，如室温、工作电压的波动等。
A
A.该系统的控制量为标签的实际位置
B.电源电压波动属于该系统的干扰因素
C.电机属于该控制系统的执行器
D.该系统的输出量对控制过程有直接影响
解析　分析控制过程可知，标签回卷控制系统是闭环控制系统，输出量对控制过程有直接影响，该控制系统的执行器是电机，控制量为电机的转动量而不是标签的实际位置，标签的实际位置是被控量(输出量)。
D
11.如图所示是蒸汽机转速控制系统示意图。该系统由蒸汽机、重球锥摆、皮带传动轮、蒸汽阀、连杆机构组成。蒸汽机运行后，因向心力会使两颗重球锥摆绕中心杆做离心旋转，当蒸汽机负载增大时，皮带传动轮转速下降，两颗重球锥摆的摆角减小，带动连杆机构调节蒸汽阀的开启程度，提高蒸汽机的转速，从而将蒸汽机的转速控制在一定范围内。下列关于蒸汽机转速控制系统的分析中，正确的是(　　)
A.该系统属于开环控制系统
B.被控对象是蒸汽阀
C.重球锥摆的摆角是控制量
D.蒸汽机负载变化属于干扰因素
解析　A.该控制系统能够实现蒸汽机的转速控制在一定范围内，且重球锥摆能够将转速检测并反馈到输入端即有反馈环节，可判断该控制系统为闭环控制系统，错误；通过蒸汽阀的开启可程度可以调节蒸汽机转速，蒸汽阀应是执行器，且控制量应该是蒸汽流量或蒸汽阀的开启程度，B、C错误。D.蒸汽机的负载变化会引起皮带传动轮转速下降，且不是输入量，属于干扰因素。
A.液位设定值
B.液位仪的性能
C.电动缸的运动精度
D.电涡流传感器的灵敏度
答案　A
解析　选项A：液位设定值属于控制系统的输入，不是干扰，对控制精度无影响。
D
A.该控制系统为闭环控制系统
B.执行器为电液伺服阀和液压缸
C.被控量是工作台的实际位置
D.位置指令的变化为该控制系统的干扰因素
解析　位置指令的变化是该系统的输入量，不属于干扰因素。
B
A.控制量是旋臂的转速和转向
B.电机运行产生的振动不属于干扰因素
C.驱动电路和电机属于执行器
D.精密电位器输出的信号属于系统的反馈信号
解析　该控制系统的输入量是设定的摆杆处于竖直倒立状态时精密电位器输出的电压值。干扰因素是指除输入量以外引起被控量的变化的各种因素。电机运行产生的震动能破坏摆杆的稳定性从而向一侧倒下，是属于干扰因素，所以选项B不正确。课时3　闭环控制系统的工作过程
任务一　解析闭环控制系统工作过程
1.闭环控制系统
系统的________返回到________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，闭环控制系统多了反馈，反馈回路由两个装置组成，分别是：________、________。
3.简单的闭环控制系统的方框图，如下：
闭环控制系统各部分的作用：
给定量：即输入量；
比较器：___________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________；
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；
执行器：________________________________；
被控量：即输出量；
检测装置：____________________________。
任务二　辨析反馈在控制系统中的作用
1.干扰因素
在控制系统中，除________________以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。
在控制系统中干扰因素可能有一个，可能有多个；有些是环境造成的，有些是人为原因造成。控制系统存在干扰。干扰因素也是可以被利用的。
2.反馈
在自动控制系统中，____________________________________，称为反馈。
3.反馈的作用是________________________。
4.常见闭环控制系统应用案例
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)
电饭锅机械式保温控制系统(恒定输出类)
实例 工作过程
智能电饭煲保温控制系统(恒定输出类)
加热炉的温度控制系统(恒定输出类)
供水水箱的水位自动控制系统(恒定输出类)
抽水马桶的水箱水位控制系统(恒定输出类)
实例 工作过程
电热水器温度控制系统(恒定输出类)
粮库温、湿度自动控制系统(恒定输出类)
土壤湿度浇灌控制系统(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
重难点1　被控对象的确定
找被控对象要二看：一看，系统名称；二看，系统的目的。通过这两看可以找出被控对象。
例1 如图所示是四旋翼无人机，具有可垂直起降、可空中悬停等特点。四旋翼无人机一般是由飞控系统、导航系统、动力系统、数据链传输系统等组成。当该无人机处于自动悬停工作模式时，依靠无人机内部的检测单元，系统可以识别当前的姿态，控制模块给执行模块发送各种指令，实现无人机高度和水平位置的锁定。下列关于自动悬停控制系统的分析中正确的是(　　)
A.控制系统是人工控制
B.检测单元检测无人机当前姿态的过程就是反馈
C.控制模块发送的各种指令是控制量
D.被控对象是无人机
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变式训练1 如图所示为一款烘箱的热风温度控制系统的示意图。其工作过程是：温度传感器检测到烘箱的实际温度，把信号传给温度控制器，与预设温度进行比较，当到达预设温度时，温度控制器控制鼓风机及热风机关闭；低于预设温度时，鼓风机及热风机启动，从而使烘箱的实际温度控制在一定范围内。下列关于该控制系统说法不正确的是(　　)
A.该控制系统是闭环控制系统
B.检测装置是温度传感器
C.被控对象是热风机
D.控制器是温度控制器
重难点2　闭环控制系统的判断
闭环控制系统判断的方法：
1.根据定义判断
输入量决定输出量，而输出量对这个控制过程产生影响。
2.根据控制的目的判断
闭环控制系统可以使被控量稳定在给定量附近。
3.根据有无反馈判断
闭环控制系统存在反馈，开环控制系统没有反馈。
技巧：判断反馈是否存在要抓住三点：(1)是否有检测装置；(2)是否检测输出量；(3)是否与给定值比较。
例2 (2021年6月选考真题)如图a所示是某自动对位控制系统的示意图。其工作过程：摄像机连续获取被测物体的实时位置信息(如图b所示)，工控机将接收到的位置信息不断与设定位置进行比较，计算出被测物体的偏移值，控制平台驱动器驱动平台移动和转动，使被测物体运动到设定位置(如图c所示)。下列关于该自动对位控制系统分析中正确的是(　　)
A.控制量是被测物体的偏移值
B.该系统属于闭环控制系统
C.摄像机用来获取输入量
D.被控量是设定位置
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变式训练2 如图所示是汽车防侧倾控制系统示意图。其工作原理是：车辆转弯时，传感器检测车身倾斜信息并传递给悬架控制单元，控制电磁电机调整避震高度，保持车身平稳。下列关于该系统说法中正确的是(　　)
A.执行器是悬架控制单元
B.输入量是控制单元发出的控制信号
C.该系统是闭环控制系统
D.控制器是传感器
重难点3　输入量、输出量的确定
根据控制目的或被控对象或系统名称找输入量和输出量。
例3 如图所示是某高楼供水自动增压控制系统示意图，其控制过程为：当罐体水压低于一定值时，微电脑控制器发出指令使增压泵启动，将水压入罐体，提升罐体水压；当罐体水压达到一定值时，增压泵关闭。下列关于该控制系统的分析中正确的是(　　)
A.执行器是出水阀门
B.被控对象是水压表
C.输出量是罐体内的实际水压
D.控制量是增压泵的电流量
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变式训练3 如图所示为一款智能捡球机器人。其自动寻球控制系统控制过程如下所述：图像采集子系统对视野内的图像进行采集和处理，得出球体和机器人的坐标差值，控制中心将差值与机械手捡球范围进行比较，控制电机转动带动机器人移至目标区域。下列关于该自动寻球控制系统的分析中不正确的是(　　)
A.输入量是采集到的球体坐标
B.该系统属于闭环控制系统
C.输出量是机器人与球体的距离
D.执行器是电机
重难点4　执行器的确定
执行器是直接对被控对象进行控制的装置或元件，可以根据控制器或被控对象确定执行器。
例4 如图所示为现代工业化养鸡场温度控制系统，当养鸡场内的温度未达到设定值时，温控仪发出控制信号，控制热水供暖系统或降温湿帘等工作，以使养鸡场内温度达到设定值。下列关于该养鸡场温度控制系统分析中，正确的是(　　)
A.控制系统属于人工控制
B.输入量是电能
C.执行器是热水供暖系统或降温湿帘
D.输出量是养鸡场内的空气
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变式训练4 如图所示为张力控制系统原理图，张力传感器将纸张的张力转换为控制器所需的信号，控制器接收到信号后控制气动离合器，气动离合器通过调整转轴的高度调节张力，使纸张的张力始终处于正常范围。下列关于张力控制系统的分析，正确的是(　　)
A.被控对象是转轴
B.该系统是开环控制系统
C.执行器是气动离合器
D.输入量是纸张的张力
重难点5　控制量的确定
执行器的输出信号是控制量，找控制量先找执行器。控制器发出的信号不是控制量。
例5 (2020年7月选考真题)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(　　)
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
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
变式训练5 如图所示是小刘同学设计的花盆土壤湿度控制系统示意图。其工作原理是：控制电路将探头测得的湿度值与设定值相比较，根据偏差值控制电磁阀门打开或关闭，使土壤湿度值达到设定值。关于该控制系统，下列说法中正确的是(　　)
A.控制系统属于开环
B.该控制系统不存在反馈
C.被控对象是电磁阀门
D.控制量是流过电磁阀门的水流量
重难点6　干扰因素的判断
含义 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
相关 分析 来源 问题 ①环境造成的，如，冬天使用电饭锅做饭比夏天更加费电 ②人为原因所致，如，当电饭锅在保温状态时，频繁地打开锅盖并将冷的食物放入锅中等 ③系统内部对控制的影响(内部干扰以人为干扰为主)
数量 问题 在控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个。如，战士在大风大雨中进行射击练习，风和雨都是子弹命中准确度的干扰因素
处理 问题 ①克服干扰，使被控量稳定自如，空调的温度控制系统是闭环控制系统，它能克服室外温度变化这一干扰。当室外温度升高时，空调监测出干扰引起的室内温度变化，通过启动压缩机降温来克服这一干扰，使室温保持稳定 ②利用干扰因素实现某种目的，如在军事演习中，红方利用一定频率的电磁波对蓝方的信息指挥系统进行干扰，使之不能正常工作。但在生产生活中，我们需要以慎重、严谨的态度对待干扰因素
例6 (2023年6月选考真题)如图所示是一种给布染色的卷染机系统示意图。将待染色的布装在右滚筒上，电机驱动左滚筒转动，带动布从右滚筒卷绕到左滚筒上，经过染色池完成染色。染色前将右滚筒上布的厚度输入工控机，染色时编码器实时测量电机和滚筒的转动信号，工控机根据转动信号计算出转速、卷绕圈数、布卷直径，并通过变频器来调节电机转速，使布保持稳定的线速度。右滚筒上的阻尼器使布保持一定的张力。卷染机中电机调速子系统的工作过程：工控机根据编码器测得的信号，算出左滚筒上布卷直径的变化，确定电机的应有转速，同时计算出实时转速，调整变频器输出电流的频率使电机实时转速和应有转速保持一致。下列关于该控制子系统的分析中，不恰当的是(　　)
A.卷绕圈数的变化会引起电机转速变化，属于干扰因素
B.反馈信号是编码器测得的电机转动信号
C.控制量是变频器输出电流的频率
D.输出量是电机实时转速
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
变式训练6 某游泳池水位控制系统的控制过程为：水位传感器检测游泳池的实际水位，并将信号返回到输入端与设定水位进行比较，当实际水位低于设定水位时，控制器发出指令打开进水阀门；当实际水位达到设定水位时，控制器发出指令关闭进水阀门。下列说法中不正确的是(　　)
A.该控制系统是闭环控制
B.设定水位发生变化是干扰因素
C.被控对象是游泳池
D.执行器是进水阀门
重难点7　反馈的判断
含义 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
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，注：反馈控制是自动控制中不可缺少的形式
判断 反馈 是否 存在 抓住三点：①有检测装置；②检测输出量；③与给定值比较 开环控制系统中有时也会有检测某一信号的装置，其检测装置检测到的信号一般作为输入量使用，因此判断的关键在于找准输出量，判断检测装置是否检测输出量
例7 如图所示为气动阀门开度控制装置，其工作过程：当向左旋进旋钮时，杠杆2绕支点转动，使挡板靠近喷嘴，使喷嘴节流，这样使得气源经气动放大器后进入气膜室，薄膜压力增加推动连杆并带动平板一起向下移动，使摆杆向下压，偏心凸轮随之逆时针转动，推动滚轮使杠杆1绕支点将弹簧拉伸，当弹簧对杠杆2的拉力和旋钮所提供的力平衡时，阀门达到设定开度。下列关于该气动阀门开度控制系统分析中正确的是(　　)
A.输入量是气源的流量
B.执行器是气动阀门
C.被控对象是气膜室
D.弹簧参与反馈过程
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变式训练7 如下图所示为伺服电机控制系统，转角和速度检测元件检测伺服电机的转动角度和速度，并反馈到伺服控制器(PLC)与设定值比较，伺服控制器根据偏差值发出运动信号，伺服驱动器将运动信号转变成相应的电流信号驱动伺服电机转动。下列关于伺服电机控制系统的分析中不正确的是(　　)
A.转角和速度检测元件检测伺服电机的转动角度和速度，这个过程称为反馈
B.被控对象是伺服电机
C.输入量是设定转动角度和速度
D.控制量是伺服驱动器发出的电流信号
重难点8　黑箱方法
含义 把将要研究的系统作为“黑箱”，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，就是黑箱方法
作用 黑箱方法提供了一种不必打开系统就可以研究其内部结构和功能的方法
实例 ①通过输入图像、电或声音信号，观测、分析脑电波的输出反应，以此来研究人脑对视觉或听觉信息的传递、变换和处理功能，从而得知人脑内部结构的细节 ②挑西瓜时，通过看、听、拍来判断其生或熟等
例8 下列方法中，不属于黑箱方法的是(　　)
A.用仪器测试集成电路输出信号判断集成电路的功能
B.通过脑电波检查诊断病人大脑的状况
C.列车司机用锤子敲击车轮，通过声音判断有无故障
D.通过胃镜检查诊断病人的胃部疾病
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.如图所示是某注肥控制系统，该系统包含定量注肥控制子系统和过压保护控制子系统。定量注肥控制子系统的工作过程为：通过流量传感器获取系统实际排出的施肥量，与设定值进行比较来控制压力泵，从而精确控制施肥量。过压保护控制子系统的工作过程为：压力正常时，电磁阀处于关闭状态，当管道意外堵塞或注肥口关闭，管内压力增大超过安全值时，控制器控制继电器打开电磁阀，使管道内的液态肥料部分回流。以电磁阀为被控对象，下列关于过压保护控制子系统的分析中正确的是(　　)
A.控制量为电磁阀的开闭
B.该系统属于闭环控制系统
C.管内的压力值是输入量
D.该系统存在反馈
2.如图所示的现代化养鸡场，包含光照、温度、湿度等子系统。温度控制子系统的工作过程：当传感器检测到养鸡场内温度未达到设定值时，环境控制仪发出控制信号，控制热水供暖系统或降温湿帘等工作，以使养鸡场内温度达到设定值。下列关于该养鸡场温度控制子系统的说法中不合理的是(　　)
A.该子系统的控制方式是闭环控制
B.室外温度的变化属于干扰因素
C.热水供暖系统和降温湿帘是执行器
D.输入量是温度传感器检测到的温度
3.燃油炉窑温度控制系统。工作时，热电偶将检测到的炉内温度信号传送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.热电偶
4.如图所示的两轮自平衡电动车，设定好平衡姿态后，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.控制器是微处理器
B.被控对象是电动车的姿态
C.执行器是马达
D.反馈装置是陀螺仪
5.如图所示的四轴无人机能通过气压定高控制系统控制在某一高度悬停，气压定高控制系统利用气压传感器测量大气压力，控制芯片根据测得的气压值参照标准气压表计算出无人机的高度，并与设定值进行对比，根据对比的结果相应地调整电机动力从而使飞行器悬停于设定的高度值附近。关于无人机的气压定高系统，下列说法正确的是(　　)
A.该控制系统是闭环控制系统
B.输入量是目标高度、控制量是实际高度
C.控制器是控制芯片、被控对象是电机
D.由于无检测悬停高度的传感器，该系统无反馈过程
课时3　闭环控制系统的工作过程
任务清单与知识构建
任务一
1.输出量　输入端
2.检测装置　比较器
3.将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值　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　测量出被控量并返回到系统的输入端
任务二
1.输入量(给定值)
2.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
3.克服干扰，减少偏差
案例导学厘清重难点
例1　D　[由关键词得知“无人机实现高度和水平位置的锁定”，输入量是设定高度和水平位置，输出量是实际高度和水平位置，被控对象是无人机，检测装置是检测单元，控制器是控制模块，执行器是执行模块；选项B：反馈是要返回输入端并于输入量进行比较，选项错误，选项D正确。]
变式训练1　C　[由关键词得知“使烘箱的实际温度控制在一定范围内”，这是闭环控制系统，输入量是设定温度，输出量是实际温度，被控对象是烘箱，检测装置是温度传感器，控制器是温度控制器，执行器是高压鼓风机及热风机，选项C错误。]
例2　B　[自动对位控制系统的输入量是设定位置，被控量是实时位置，被控对象是被测物体；工控机将接到的位置信息不断与设定位置进行比较，计算出被测物体的偏移值，系统不断地反馈，是闭环控制系统，选项B正确。]
变式训练2　C　[由关键词得知“保持车身平稳”，这是闭环控制系统；输入量是设定平衡状态，输出量是实际平衡状态，被控对象是汽车，检测装置是传感器，控制器是悬架控制单元，执行器是电磁电机，选项C正确。]
例3　C　[有比较，调整，保持水压稳定的含义，这是闭环控制系统，输入量是设定压力，输出量是实际压力，被控对象是罐体，检测装置是水压表，控制器是微电脑控制器，执行器是增压泵，控制量是增压泵的水流量，选项C正确。]
变式训练3　A　[闭环控制系统输入量为设定量，该自动寻球控制系统输入量为机械手捡球范围(设定机器人与球体的距离)，选项A错误。]
例4　C　[有关键描述“使养鸡场内温度达到设定值”，这是闭环控制系统；输入量是设定温度，输出量是实际湿度，被控对象是养鸡场内的空气，检测装置是测温仪，控制器是温控仪，执行器是热水供暖系统或降温湿帘，选项C正确。]
变式训练4　C　[由关键词得知“纸张的张力始终处于正常范围”，这是闭环控制系统；输入量是设定纸张张力，输出量是实际纸张张力，被控对象是纸张，检测装置是张力传感器，控制器是控制器，执行器是气动离合器和转轴，选项C正确。]
例5　D　[结合题图示得知，这是闭环控制系统，输入量是设定转速，输出量是实际转速，被控对象是电动机，检测装置是测速发电机，执行器是变频调速器，控制量是变频调速器输出的电流频率，控制器是PLC，选项D正确。]
变式训练5　D　[选项A：有关键语句“土壤湿度值达到设定值”，有保持稳定的含义，这是闭环控制，选项错误；选项B：系统闭环系统中有反馈，选项错误；输入量是设定湿度、输出量是实际湿度、被控对象是土壤、控制器是控制电路，执行器是电磁阀门，控制量是流过电磁阀门的水流量，选项C错误，选项D正确。]
例6　A　[分析系统控制过程可知，电机调速子系统控制目的为控制电机的转速，因此被控对象是电机，输出量为电机的实际转速，输入量为设定速度，电机转速的设定值在实时变化，卷绕圈数的变化会引起电机转速变化，属于改变输入量，所以不属于干扰因素。]
变式训练6　B　[由描述可知将水位维持在设定水位附近，这是闭环控制系统，输入量是设定水位，输出量是实际水位，被控对象是游泳池，检测装置是水位传感器，执行器是进水阀门。改变输入量不属于干扰，选项B错误。]
例7　D　[设定开度由旋钮设定，当弹簧对杠杆2的拉力和旋钮所提供的力平衡时，阀门实际开度达到设定开度，该系统是个闭环控制系统，弹簧参与了反馈过程，选项D正确。]
变式训练7　A　[在自动控制系统中，将输出量通过检测装置返回输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈。而选项A中只存在检测输出量，并未提及将信号返回到输入端并进行比较过程，所以不属于反馈。选项A错误。]
例8　D　[黑箱方法是通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，不需要直接考查其内部结构。]
随堂达标检测
1.C　[输入量是检测到的管道压力，输出量是电磁阀状态，这是开环控制系统，无反馈环节，控制量为继电器的开合，选项C正确。]
2.D　[温度控制子系统的目的是使养鸡场内的温度保持在设定范围内，控制过程存在反馈，故为闭环控制系统，输入量为设定的温度，输出量为养鸡场的实际温度。传感器检测的温度是系统的输出量，选项D错误。]
3.C　[由关键词得知“炉内温度稳定在设定温度”，这是闭环控制系统，输入量是设定温度，输出量是实际温度，被控对象是炉窑，检测装置是热电偶，控制器是温控仪，执行器是电机、燃油喷嘴，选项C正确。]
4.B　[由关键词得知“达到平衡的效果”，这是闭环控制系统，输入量是设定平衡状态，输出量是实际平衡状态，被控对象是平衡车，是个装置或元件等，不是状态，检测装置是内置的陀螺仪，控制器是中央微处理器，执行器是马达，选项B错误。]
5.A　[定高系统的输入量为设定高度，输出量为实际高度，被控对象是无人机，控制器为控制芯片，发出控制信号给电机，电机控制无人机停在设定的高度，电机的转速为控制量，存在反馈，属于闭环控制系统。]

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