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课时4　开、闭环控制系统综合分析
一、基础巩固篇
1.如图所示为一种不合格产品自动筛选系统，包含产品传输子系统和产品筛选子系统。其工作过程：电机2转动带动传送带运动，把传送带上的产品往右带动。当传感器检测到不合格品时，电机1带动推杆往外运动，把不合格品推出传送带，让传送带上只留下合格品。下列关于产品筛选子系统控制分析中合理的是(　　)
A.传感器检测到的产品信号属于该子系统干扰因素
B.电源电压波动对该子系统的控制有影响
C.控制器发出的信号是控制量
D.该子系统属于闭环控制系统
2.如图所示的快递分拣系统，包含快递输送子系统和抓取子系统，其工作过程为：快递整齐排列在传送带上，输送到扫描区，扫描仪扫描快递上的条形码后将相关信息输送到工控机，工控机根据相关信息控制机械手，将快递分拣到不同分拣框内。下列关于抓取子系统控制的分析中合理的是(　　)
A.扫描仪是该子系统的执行器
B.机械手是被控对象
C.条形码打印错误是该子系统的干扰因素
D.扫描仪获取的信息是输入量
3.如图所示为车间温度控制系统示意图。当传感器检测到室内温度达到设定值的上限时，控制器发出信号，接通水泵和风机电源，水泵向进气窗输送冷却水形成水帘，风机将室内的空气排出，室外的空气通过水帘降温后进入室内，降低室内温度。当室内温度达到设定值的下限时，断开水泵和风机电源。请根据示意图和描述，完成以下任务：
(1)该系统的控制属于________(多选，填字母)；
A.手动控制 B.自动控制
C.开环控制 D.闭环控制
(2)该系统的被控对象是________(单选，填字母)；
A.水帘　B.水泵和风机　C.车间
(3)该系统中的传感器应选用____________(单选，填字母)；
A.流量传感器　B.湿度传感器　C.温度传感器
(4)为了提高该系统的降温效果，有效的优化措施是________(多选，填字母)。
A.增大进气窗和水帘面积
B.降低温度设定值
C.加大排风量
D.提高传感器的灵敏度
4.如图所示是水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，温度测量元件把测得的水温传输给温度控制器，温度控制器通过控制蒸汽阀门调节蒸汽流量，从而获得所需温度的热水。根据控制原理示意图及其描述，在控制方框图中“________”处填写相应的内容。
5.如图所示是某厕所水箱的自动控制装置：拨动放水阀手柄打开放水阀放水，水箱的水位下降，浮子下落进水阀打开进水，当水位上升时浮子被抬高使进水阀堵住进水口停止进水，从而保持水箱的水位。请根据描述和示意图，完成以下任务：
(1)要设计水箱水位的闭环控制系统，下列器材中，适合用作检测装置的是______；
(2)该控制系统的控制手段是________(在A.电子控制；B.机械控制；C.液压控制；D.气动控制中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)该控制系统的被控对象是________(在A.进水阀；B.出水口；C.浮子；D.水箱中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)时间长了，绳子老化断裂，会影响水箱正常放水，这体现系统的________(在A.目的性；B.整体性；C.动态性；D.环境适应性中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(5)调节水箱水量时既要考虑节水，又要考虑冲厕干净，体现了系统分析的________(在A.综合性原则；B.整体性原则；C.科学性原则中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(6)下列因素中，________不属于该控制系统的干扰因素(在A.水箱漏水；B.出水量的增大或减小；C.天降暴雨；D.浮球破损中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
6.如图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，在划“________”处填上相应的内容。
(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①去车间的送气管道；②自动排气装置中选择一项，填写序号)。
7.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)该系统的控制属于________(多选，在A.自动控制；B.人工控制；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________________________________________________________________________；
(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。
8.如图所示为某单位大门的控制系统，可分为开门子系统、考勤子系统、对讲子系统。职工进门时把手指放到指纹采集器中，经门禁控制器识别后控制电机正转，驱动连杆打开大门，进入大门后电机反转，驱动连杆关闭大门；出门时，按出门按钮，门禁控制器直接控制电机正转，驱动连杆打开大门。外来人员通过门铃对讲机与室内人员联系，考勤机根据指纹信息进行考勤。请根据示意图和描述，完成以下任务：
(1)系统设计时，既要考虑大门控制的安全性、考勤数据的准确性、语音通话的清晰度，又要考虑整个控制系统的成本，体现了系统分析的__________(在A.整体性原则；B.科学性原则；C.综合性原则中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)为了保证大门控制的安全性，防止门夹到人，以下措施中最合理的是________(在A.安装红外感应装置；B.安装阻尼器；C.安装手动关门；D.延时关门中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)不属于开门控制系统干扰因素的是________(在A.非本公司职工的手指指纹；B.电锁的灵敏度；C.门禁控制器输出信号异常中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)下列关于开门控制子系统的说法不正确的是________；
A.该控制系统属于闭环控制系统
B.控制量是电机转动量
C.大门打开是该系统的输出量
D.电机是该系统的执行器
(5)大门的质量很重，为保证大门和门框的连接强度，下列方案中最合理的是________。
9.如图所示为某容器定量装载控制系统。其工作过程是：微机控制系统设定容器中装载原料的重量，当原料未达到预定量，变频器发出指令使料仓开仓、输送皮带运动，实现维持加料；若原料达到预定量，料仓关仓、输送皮带停止运动。请根据描述，回答下列问题：
(1)该控制系统的控制属于________(多选，在①手动控制；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)控制器是____________；被控对象是________________；输出量是____________________；
(3)在容器大小、料仓开启程度、原料特性、输送皮带运动速度和输送皮带的装载量等参数一定的条件，容器中原料的重量与输送皮带的运动时间有关，这体现了系统分析的__________原则。
10.如图所示的光控风扇由光敏电阻、电机和扇叶等组成，工作原理是：光敏电阻判断光的亮度，控制器控制电机转动并带动扇叶转动。
(1)该控制系统的检测装置是________(单选，填字母)；
A.电机 B.光敏电阻
该部件的作用是________(单选，填字母)；
A.采集输入信号 B.检测输出信号
(2)冬季户外空气湿度较大，若要利用该装置的原理设计一款湿度感应通风系统，当室外空气湿度小、适宜通风的时候系统工作，湿度大时则关闭。请选择正确的零部件补全控制方框图(A.扇叶；B.光敏电阻；C.电机)；
→→→→关/开
(3)此湿度感应通风系统是________(单选，填字母)。
A.开环控制 B.闭环控制
11.小明想设计一款智能煤气泄漏控制系统，它的工作原理是：当气敏传感器检测到厨房的煤气浓度超过设定值时，外置主控制器控制电磁继电器导通，使报警灯报警；报警灯报警的同时，该装置还能够启动厨房的风扇转动排风，直至煤气浓度下降到设定值，报警器停止报警，风扇停止转动。请根据描述，完成以下任务：
(1)智能煤气泄漏控制系统的控制手段是________(在A.开环控制；B.闭环控制；C.自动控制；D.手动控制中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)智能煤气报警灯控制系统的控制量是________(在A.报警灯；B.排风扇；C.排风扇的转动情况；D.电磁继电器的通断情况中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)无人状态下为了防止煤气泄漏，对该控制系统进行优化，下列优化方案最合理的是__________(在下列A～D项中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
A.当煤气浓度超过设定值时，主控制器控制电磁阀吸合，将煤气切断
　→→→→煤气的通断
B.当煤气浓度超过设定值时，主控制器控制电磁继电器吸合，开启排风扇
　→→→→
C.增加一个煤气检测控制系统，将厨房内的煤气浓度控制在设定浓度
D.增加一个人体红外线感应子系统，有人时可以使用煤气，无人时不通煤气
　人体红外线→→→→
(4)当天然气浓度超过设定值时，报警灯报警，风扇转动，体现了系统的________(在A.整体性；B.目的性；C.动态性；D.环境适应性中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(5)设计该系统时，既要考虑风扇的排风效果，还要考虑报警灯的报警效果，体现了系统分析的________(在A.综合性原则；B.整体性原则；C.科学性原则中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(6)该控制系统会受到各种因素干扰，下列因素属于干扰因素的是________(在A.厨房环境温度变化；B.打开厨房窗户通风；C.重新设定煤气浓度值中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
12.函数记录仪可以在直角坐标上描绘电压对时间的函数关系，可用于记录电源的输出电压。它通常由变换器、测量元件、放大元件、伺服电动机、测速电机、齿轮系及绳轮等组成。系统的任务是让记录笔在记录纸上描绘出待记录的电压uR曲线。测量元件是由电位器RQ和RM组成的电路，记录笔固定在电位器RM的滑臂上，当输入电压uR有变化时，在放大元件输入口得到偏差电压Δu＝uR－up，经放大后驱动伺服电动机，并通过齿轮系及绳轮带动记录笔移动。当偏差电压Δu＝0时，电动机停止转动，记录笔也静止不动。同时，记录仪还带有走纸机构。请回答以下小题：
(1)该系统的控制手段和控制方式分别属于________和________(在A.手动控制；B.自动控制；C.开环控制；D.闭环控制中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(2)该系统的被控对象是________(在A.伺服电机；B.记录笔；C.齿轮系及绳轮；D.测速电机中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(3)该控制系统的控制量是________(在A.记录笔的位移；B.伺服电机的转动；C.待记录的电压uR；D.电位器电压up中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(4)在设计函数记录仪时，要充分考虑变换器、测量元件、放大元件、伺服电动机、测速电机、齿轮系及绳轮等方面的性能指标，力求使每个部件在工作时都能达到理想状态。这体现了系统分析的________原则(在A.综合性；B.科学性；C.整体性中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(5)函数记录仪在使用的时候会受到各种干扰因素的影响，会使函数记录仪记录结果出现偏差，以下因素中不属于干扰因素的是________(在A.伺服电机的电压的波动；B.待记录的电压uR随时间的变化；C.齿轮系及绳轮的摩擦中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)。
二、素养提升篇
1.如图所示的水位控制装置，其工作原理为：当储水箱的水位降低到下限时，环形电磁铁到达干簧管“2”正下方，由于磁化使干簧管“2”接通，控制电路控制水泵工作，开始向储水箱送水：当储水箱的水位升高到上限时，环形电磁铁到达干簧管“1”正下方，由于磁化使干簧管“1”接通，控制电路控制水泵停止工作。请回答下列问题：
(1)该控制系统的被控对象是________(在A.储水箱；B.水压开关；C.干簧管中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)该控制系统的控制量是________(在A.水位的高低；B.水泵的开与关；C.弹簧形变大小中选择合适的选项，将序号填入“______”处)；
(3)该控制电路中“L”的大小决定了________(在A.储水箱的水位；B.注水时间中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)水压开关中的弹簧用久了之后劲度系数会出现变化，导致控制出现误差。这体现了系统的________和________(在A.目的性；B.整体性；C.动态性；D.相关性；E.环境适应性中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
2.如图所示是空气能热水器控制系统。其工作过程是：温度传感器检测储水箱中的水温，把信号反馈给微电脑控制器，与设定的温度值进行比较，达到设定的温度值时，控制器控制蒸发器、压缩机关闭。请回答下列问题。
(1)该定量控制系统的控制属于________(在①闭环控制；②开环控制中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(2)温度传感器在该控制系统中属于__________(在①输入处理装置；②检测反馈装置中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(3)该控制系统的执行器与控制量分别是________、__________(在①微电脑控制器；②蒸发器、压缩机；③热量；④温度值中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(4)温度传感器应该安装在__________里(在①膨胀阀；②蒸发器；③储水箱中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(5)使用时间过长后，微电脑控制器灵敏度会下降以及热传递效率会下降，以下优化措施合理的是________(在①定期更换蒸发器和储水箱内的盘管；②定期清洗盘管上附着的水垢；③把冷水入口和热水出口对调互换使用中选择一项，将序号填写在“________”处)。
3.LEGO魔方机器人近几年深受广大青少年儿童的喜爱，它的工作原理是先用传感器采集魔方6个面上每块(1面有9块)的颜色，然后由主控制器根据特定算法计算结果，控制机械手翻转魔方，从而达到自动解魔方的效果。如果魔方的颜色不标准或者周围的光线太暗，都会对魔方机器人解魔方形成干扰。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①LEGO主控制器；②机械手；③魔方中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(3)该系统中的传感器应选用________(在①声音传感器；②颜色传感器；③温度传感器中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(4)为了提高LEGO魔方机器人识别魔方6个面颜色的效果，设计人员针对不同的光线环境做了大量的实验，得出一系列数据，对魔方的感光敏感度进行了调整，该工作人员采用了______的系统分析的方法(在①整体性原则；②科学性原则；③综合性原则中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)。
4.如图所示的蒸汽锅炉的液位控制系统。当产生蒸汽的耗水量与锅炉进水量相等时，液位保持在给定的正常标准值。蒸汽量的增加或减少即引起液位的下降或上升。传感器将液、汽间的压差(代表实际液位)与给定压差(代表给定液位)比较，得到两者的差值，称为偏差(代表实际液位与给定液位之差)。控制器根据偏差值按照指定规律发出相应信号，控制调节阀的阀门，使液位恢复到给定的标准位置，从而实现对液位的自动控制。根据以上资料请完成下列各题，在“____________”处填上相应的内容。
(1)该控制系统的控制方式属于________(在①开环；②闭环中选择一项，将序号填在“________”处)；
(2)该控制系统中的传感器可以选用________(在①压力传感器；②湿敏传感器；③流量传感器中选择一项，将序号填在“________”处)；
(3)根据示意图及其描述，该控制系统的执行器和输出量分别是________、__________(在①调节器；②调节阀；③实际液位；④实际压差中选择一项，将序号填在“________”处)；
(4)传感器工作不正常会造成实际液位达不到要求，这体现了系统的______(在①整体性；②动态性；③环境适应性中选择一项，将序号填在“________”处)；
(5)为了提高该系统的液位控制精度，有效的优化措施是__________(在①提高调节器灵敏度；②提高调节阀的灵敏度；③提高传感器灵敏度；④提高定时器灵敏度中选择一项，将序号填在“________”处)。
5.如图所示为最新款智能扫地机器人，它用传感器检测地面垃圾并通过微电脑进行判断，从而进行自动清扫的新一代生活家用电器，该机器人还有智能避障功能。请根据图片及其描述完成以下的任务：
(1)下列分析中正确的是________(在A.智能扫地机器人代替人自动清扫，体现了技术解放人；B.能完成清扫、吸尘、擦地工作，体现了技术的综合性；C.能自动识别环境亮度，在夜间自动停止工作，避免发出噪音妨碍用户睡眠，体现了技术的复杂性中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)小明为了检验该扫地机器人的清扫效果，设计了以下试验，其中不合理的是________(在A.放一重物在扫地机器人的上面，看能否正常清扫；B.在其前方放一障碍物，看能否绕过；C.将微尘和毛发撒在地面上，看能否清扫干净中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)下列不属于扫地机器人清洁子系统干扰因素的是________(在A.宠物毛发；B.双盘拖布使用时间久了有破损；C.微电脑输出信号异常中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)下列描述可以说明扫地机器人是系统的是________、________；
A.智能扫地机是由信号接收子系统、控制子系统、清扫子系统组成
B.信号接收子系统出现异常、会导致控制子系统发出错误信号
C.微电脑会根据感应到的垃圾种类，垃圾的数量等来决定需要的清洁方式
(5)为了防止外壳生锈，下列表面处理方法合理的是________(在A.锉削；B.电镀；C.砂纸打磨中选择合适的选择，将序号填入“________”处)。
6.如图所示的阀门定位器，是启动调节阀的核心部件，起阀门定位作用。其工作原理：当进入波纹管的信号压力增加时，杠杆2绕支点转动，使杠杆末端挡板靠近喷嘴，使喷嘴节流、背压，这样使得工作气源经气动放大器后进入执行机构，薄膜压力增加，推动连杆并带动平板一起向下移动，也使得摆杆向下压，偏心凸轮随之逆时针转动，推动滚轮使杠杆1向左运动，将反馈弹簧拉伸，当弹簧对杠杆2的拉力和信号压力作用在波纹管上的力达到平衡时，执行机构达到平衡，此时一定的信号压力就对应一定的阀门位置。请根据描述和示意图，完成以下各题：
(1)该系统的控制属于(多选)________(在A.闭环控制；B.开环控制；C.自动控制；D.人工控制中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(2)系统设计时，需要对弹簧的长度、弹簧的倔强系数、偏心凸轮的弧度、杠杆1的长度等参数进行分析、建模，体现了系统分析的________(在A.整体性原则；B.科学性原则；C.综合性原则中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(3)用大小合适钢板加工偏心凸轮，下列不可能用到的工具是________和________(在A.样冲；B.台虎钳；C.手摇钻；D.锉刀；E.活动扳手；F.铁锤中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(4)该控制系统的被控对象是________(在A.弹簧；B.气膜室；C.阀门中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)。
7.如图所示是一款家用孵化器，其中的温度控制系统用于将孵化室温度控制在37 ℃～39 ℃。其温度控制工作过程是：当孵化室温度低于37 ℃时，控制器发出指令，电磁继电器接收到指令后，闭合电加热电路，加热器开始加热，当孵化室温度高于39 ℃时，控制器发出指令，电磁继电器接收到指令后，断开电加热电路，使加热器停止加热。请根据示意图和描述，完成以下任务：
(1)该控制系统温度控制属于(多选)__________(在A.手动控制；B.自动控制；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)该控制系统中的传感器可选用________(在A.热敏传感器；B.光敏传感器；C.湿敏传感器中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)该控制系统的被控对象是________(在A.电磁继电器；B.加热器；C.孵化室中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)下列选项中不是该控制系统干扰因素的是________(在A.孵化室外温度的变化；B.电路中电压的波动；C.将温度控制的上限调整到38 ℃中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(5)在孵化器设计过程中，不仅要考虑孵化的温度，还要控制孵化室的湿度，并且要做好空气流通，定时翻蛋，体现了系统分析的________(在A.整体性原则；B.综合性原则；C.科学性原则中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
8.(2021年6月选考真题)如图所示是一种钢板剪切机的控制示意图，剪切机构安装在切台上。其工作过程：上下送料轮推动钢板向前移动，测量轮采集送料速度和长度信息，控制器根据接收到的信号控制剪切机构切断钢板，得到所需长度的板料。请根据示意图和描述，完成以下任务：
(1)系统设计时，需要对送料速度、剪切刀的剪切速度等参数进行建模和定量分析，体现了系统分析的________(在A.整体性原则；B.科学性原则；C.综合性原则中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)要保证送料轮能顺利送料，合理的措施是______(在A.使送料轮在钢板上施加足够大的压力；B.增大送料轮的转速；C.在送料轮与钢板之间加润滑油；D.使上下送料轮转向相同中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)不属于剪切长度控制系统干扰因素的是______(在A.所需板料长度的改变；B.测量轮工作表面磨损造成的直径减小；C.控制器输出信号异常中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)为了实现剪切钢板时连续送料，提高生产效率，合理的措施是________(在A.剪切的瞬间降低送料速度，剪切完成后恢复到原送料速度；B.剪切机构随钢板同步移动的过程中剪切钢板，剪切完成后快速回移；C.剪切机构不随钢板移动，提高剪切刀的剪切速度中选择合适的选项，将序号填入“__________”处)；
(5)图中虚线框中需要安装一对剪刀，下列关于剪切刀的形状和布置方案中合理的是________。
9.如图所示某储油罐清洗系统，其控制部分可分为喷水控制子系统和抽水控制子系统。喷水控制子系统工作过程：PLC根据检测装置检测到的管道污水含污量，控制增压泵产生高压水，通过喷头冲洗油罐。抽水控制子系统中，PLC控制真空泵将油罐中的污水抽到污水箱中。请根据示意图和描述，完成以下任务：
(1)系统设计时，需要对增压泵、真空泵等的工作参数进行计算和反复调试，体现了系统分析的________(在A.整体性原则；B.科学性原则；C.综合性原则中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)若要提高系统的清洗效率，下列优化措施合理的是________(在A.增大清水箱容积；B.调低含污量设定值；C.适当调大增压泵功率中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)下列不属于喷水控制子系统干扰因素的是________、________(在A.污水中的含污量的变化；B.测量装置的老化；C.PLC输出信号异常；D.喷水水压中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)该系统中喷头与吸水管道安装方案合理的是________(在下列选项中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(5)为了提高系统工作的可靠性，下列措施中不合理的是__________(在A.在清水箱中增加水位控制子系统；B.检测装置改为检测污水箱中污水含污量；C.在污水箱中增加高水位报警装置中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
10.码垛指将货物按照一定的顺序与层次整齐地堆叠起来。为了解放工人繁重的码垛劳动，提高码垛的效率，在许多行业的生产中已经使用了码垛机器人。如图是一种常见的码垛机器人，主要由操作机、控制柜、气体发生装置、真空发生装置和安全保护装置等部分组成。码垛机器人的工作方式：由操控人员在示教器上设定好机器人的作业程序，然后通过机械手爪把从传送带上送过来的货物堆叠到指定的托盘上。请根据示意图和描述完成以下任务：
1.控制柜；2.示数器；3.气体发生装置；4.真空发生装置；5.操作机；6.机械手爪；7.货物；8.传送带；9.托盘
(1)为了解放工人繁重的码垛劳动，提高码垛的效率，在许多行业的生产中已经使用了码垛机器人，这体现了技术具有作用____________(在A.解放人；B.保护人；C.发展人中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(2)该控制系统的控制方式和被控对象分别是________和________(在A.开环控制；B.闭环控制；C.机械手爪；D.货物中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(3)该控制系统的输出量是________(在A.货物的堆码位置；B.货物的最初位置中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(4)码垛机器人，主要由操作机、控制柜、气体发生装置、真空发生装置和安全保护装置等部分组成，其中任何一个部件损坏都会影响码垛机器人的正常工作，这体现了系统的________(在A.目的性；B.动态性；C.整体性；D.环境适应性中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(5)为了确保装箱货物的质量，在进入自动化码垛之前的传送带上还会设置重量复检机，可以检测出箱中的货物是否漏装、多装，则传感器可选用________(在A.计数传感器；B.压力传感器；C.红外传感器中选择合适的一个选项，将序号填写在“________”处)。
11.如图所示是某小区地下车库门禁控制系统的示意图。当汽车通过大门时，车道天线读取汽车内电子标签的数据，微电脑控制中心根据车道天线发放的数据，控制车道前方的电机，电机带动栏杆抬起。若汽车没有电子标签或电子标签数据不匹配，栏杆不会被抬起。请回答下列问题：
(1)该控制系统的控制方式属于________控制(在①开环；②闭环中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(2)该控制系统的输出量是__________(在①电机；②栏杆；③是否放行中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(3)该控制系统的控制量是__________(在①电机；②电机转动的方向；③微电脑控制器发出的指令信号中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(4)该控制系统的微电脑控制器出现故障将导致整个控制系统无法使用，这体现了系统的________(在①整体性；②动态性；③环境适应性中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(5)下列因素属于该控制系统的干扰因素的是________(在①汽车喇叭声；②门周围的人走动；③其它的无线信号引发电机转动，导致栏杆抬起中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(6)某技术团队要对该控制系统进行功能优化，增加手动控制功能，则下列因素中，不是该系统优化的影响因素的是________(在①小区各种汽车的外形尺寸；②所采用的信号传递方式中选择一项，将序号填写在“________”处)。
12.如图a所示为焊接机器人系统，主要包括控制柜、机器人本体及焊接设备三部分。焊接机器人的基本工作原理是示教再现，即由用户导引机器人，一步步按实际任务操作一遍，机器人在导引过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数、焊接参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序。之后机器人可以准确地按示教动作完成操作任务。请根据示意图和描述，完成以下任务。
图a
(1)焊接机器人可以通过示教掌握焊接操作，能完成工件上需要的焊接任务，该系统的控制属于________(在A.开环控制；B.闭环控制中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)设计焊接机器人时，应该先设定总体要求，然后分成控制柜、机器人本体及焊接设备几部分分别进行设计，体现了系统分析的________(在A.整体性原则；B.科学性原则；C.综合性原则中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)焊接机器人在实际操作中出现了焊缝偏移，下列不属于该控制系统干扰因素的是____________(在A.工作电压不稳定；B.示教时不够精确；C.变位机动作有偏差中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)为了使焊接的方位更灵活，除了机械手末端(焊枪)能转动之外，放置被焊工件的平台也会转动，这样的平台称为变位机。如图b所示是一种变位机，根据示意图，被焊机件放在工作台上不可以实现________(在A.水平旋转；B.竖直旋转；C.在倾斜面上旋转；D.水平移动中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
图b
13.如图所示为工业上常采用的熔化极氩弧焊枪，其工作过程是：当移动焊枪焊接
时，检测装置自动采集焊枪移动的速度及距离，将信号传给控制装置控制送丝滚轮、供气及供电装置运作，使焊枪的喷嘴根据移动速度喷射出熔滴，达到均匀焊接的作用。请根据示意图和描述，完成以下任务：
结构示意图
工作原理图
(1)该熔化极氩弧焊枪的控制属于________(多选，在A.开环控制；B.闭环控制；C.人工控制；D.自动控制中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(2)该熔化极氩弧焊枪的控制中输入量是________，执行器是________，被控对象是________。
(3)下列不属于该控制系统干扰因素的是________(在A.电弧电压不稳定；B.焊丝直径过大；C.焊接方向改变；D.氩气供应不足中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
课时4　开、闭环控制系统综合分析
一、基础巩固篇
1.B　[本题考查系统的分析。A.传感器检测到的产品信号是该子系统的输入量，不属于干扰因素，选项错误。C.执行器的输出信号是控制量，该子系统执行器是电机，推杆的运动是控制量，选项错误。D.该子系统是开环控制系统，选项错误。]
2.D　[本题考查控制系统。抓取子系统执行器是机械手，A错误；被控对象是快递，B错误；扫描仪获取的条形码信息是输入量，条形码打印错误不是干扰因素，C错误；扫描仪获取的条形码信息是输入量，D正确，因此答案选D。]
3.(1)BD　(2)C　(3)C　(4)AC
4.①温度控制器　②蒸汽阀门　③蒸汽流量　④实际温度
5.(1)D　(2)B　(3)D　(4)B　(5)A　(6)C
解析　(1)本题考查对检测装置的选择。控制系统中检测输出量的装置就是检测装置，结合本题输出量为水箱中的水位，四个选项中的器件中只有浮球阀可以实现这种功能，D正确；(2)本题考查控制系统的控制手段。根据题目表述，该水位控制系统的控制手段属于机械控制，B正确；(3)本题考查控制系统的组成。根据题目表述，水箱水位自动控制系统的被控对象是水箱，D正确；(4)本题考查系统的基本特性。绳子老化断裂，会影响水箱正常放水，属于局部要素对系统整体功能的影响，体现系统的整体性，B正确；(5)本题综合考查系统分析的原则。既要考虑节水，又要考虑冲厕干净，统筹兼顾多个目标，体现了系统分析的综合性原则，A正确；(6)本题考查控制系统的干扰因素。干扰因素是指除输入量之外能引起输出量发生变化的量。A项水箱漏水会引起水位变化，B项出水量变化会引起水位波动，C项天降暴雨对室内水位没有影响，D项浮球破损影响对水位的控制，C正确。
6.(1)压力报警　(2)①变频气泵　②压力变送器　(3)②
解析　(1)由“当压力值超出设定上限时，就发出报警信号”，还有压力报警子系统。
(2)由控制方框图得知，这是闭环控制系统，检测装置是压力变送器，执行器是变频气泵，控制量是变频气泵的转速。
(3)自动排气装置可以减少储气罐中的压力。
7.(1)AD　(2)用户管网　(3)D　(4)综合性
解析　(1)人没有全程参与及直接参与，属于自动控制系统；有关键词“用户管网水压稳定”，控制方式是闭环控制系统。
(2)(3)输入量是设定压力，输出量是实际压力，被控对象是用户管网，检测装置是远传压力传感器，控制器是变频控制器、执行器是水泵机组。
(4)统筹兼顾多种功能体现了系统分析的综合性原则。
8.(1)C　(2)A　(3)A　(4)A　(5)B
解析　本题考查系统分析的原则、控制系统。
(1)安全性、准确性、清晰度等是并列的目标。
(2)BD都是延时关门，但人可能在门口停留时间长，还是可能会关门夹住人。手动关门，人可能忘记关门，这种自动门禁系统就是要防止无关人员进入。
(3)该控制系统输入量是指纹，输出量是关门。A是输入量的变化。
(4)该系统是开环控制系统。
(5)门用久了，在重力作用下，上面的合页处容易松动，要多加个合页加强。这个主要是生活常识。
9.(1)②④　(2)变频器　容器　实际重量　(3)科学性
解析　(1)(2)定量装载控制系统，这是闭环控制系统；输入量是设定重量，输出量是实际重量，被控对象是容器，检测装置是称重传感器，控制器是变频器，执行器是料仓、传送带。
(3)计算参数，进行定量分析，体现了系统分析的科学性原则。
10.(1)B　A　(2)C　A　(3)A
11.(1)C　(2)D　(3)A　(4)B　(5)A　(6)B
解析　(1)本题考查控制系统的控制手段。该控制系统不需要人全程参与操作，属于自动控制，C正确；(2)本题考查控制系统的组成。智能煤气泄漏报警灯控制系统的输入量是煤气浓度值，控制器是主控制器，执行器是电磁继电器，控制量是电磁继电器的通或断，被控对象是报警灯，输出量是报警信号，D正确；(3)本题考查简单控制系统的优化与设计。要能够有效防止煤气泄漏，最简单有效的方法是煤气浓度超过设定值时，直接切断煤气管道，A正确；(4)本题考查系统的基本特性。天然气浓度超过设定值时，报警灯报警，风扇转动，属于系统的设计的目的，B正确；(5)本题综合考查系统分析的原则。既要考虑风扇的排风效果，还要考虑报警灯的报警效果，统筹兼顾多个目标，体现了系统分析的综合性原则，A正确；(6)本题考查控制系统的干扰因素。干扰因素是指除输入量之外能引起输出量发生变化的量。A项不会对系统产生干扰，B项通风会降低煤气浓度，影响系统正常工作，C项重新设定煤气浓度值属于系统的输入量，B正确。
12.(1)B　C　(2)B　(3)B　(4)B　(5)B
二、素养提升篇
1.(1)A　(2)B　(3)B　(4)B　C
解析　整体分析：干簧感2是下限水位，干簧杆1是上限水位，水位维持在一定范围内，属于闭环控制系统；输入量是设定水位；输出量是实际水位，被控对象是储水箱，检测装置是干簧管，控制器是控制电路，执行器是水泵，控制量是水泵的开、闭。
(1)见整体分析；
(2)见整体分析；
(3)L的距离是水泵运行时间，达到干簧管2运转，到达干簧管1停转，是注水时间。
(4)长期使用产生故障体现了动态性。影响整体的运转，体现了整体性。
2.(1)①　(2)②　(3)②　③　(4)③　(5)②
解析　(1)(2)(3)文字描述中反馈及保持输出量稳定的描述，该系统的控制方式是闭环控制系统。输入量是设定温度，输出量是实际温度，被控对象是储水箱中的水，检测装置是温度传感器，控制器是微电脑控制器，执行器是蒸发器、压缩机。
(4)温度传感器检测储水箱中的水温，应安装在储水箱中，直接检测水温。
(5)最合适的方式是定期维护。
3.(1)②　③　(2)③　(3)②　(4)②
解析　(1)人没有全程参与及直接参与，属于自动控制系统；输入量是魔方信息，输出量自动解魔方的效果，输出量对输入量没有影响，控制方式是开环控制系统。
(2)控制器是主控制器，执行器是机械手，被控对象是魔方。
(3)采集颜色应选用颜色传感器。
(4)描述中有定量计算的意思，体现了科学性原则。
4.(1)②　(2)①　(3)②　③　(4)①　(5)③
解析　(1)使液位恢复到给定的标准位置，保持液位稳定，这是闭环控制系统；
(2)传感器检测的是液、汽间的压差，选择压力传感器；
(3)输入量是设定液位，输出量是实际液位；被控对象是气鼓，控制器是调节器；执行器是调节阀；
(4)部分影响整体，体现了整体性；
(5)更精确的获取液位信息，进行及时处理。
5.(1)A　(2)A　(3)A　(4)A　B　(5)B
6.(1)AC　(2)B　(3)C　E　(4)C
7.(1)BD　(2)A　(3)C　(4)C　(5)B
8.(1)B　(2)A　(3)A　(4)B　(5)D
解析　(1)系统设计时，需要对送料速度、剪切刀的剪切速度等参数进行建模和定量分析，体现了系统分析的科学性原则。
(2)送料轮对钢板的摩擦力使钢板移动，因此使送料轮在钢板上施加足够大的压力，才能保证送料轮顺利送料。
(3)在控制系统中，除输入量以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。测量轮采集送料速度和长度信息是输入量，所需板料长度的改变不是干扰因素。
(4)剪切的瞬间降低送料速度，剪切完成后恢复到原送料速度，剪切时间影响了送料，A选项不合理；剪切机构随钢板同步移动的过程中剪切钢板，剪切时间不影响送料速度，剪切完成后快速回移，能保证剪切的长度不改变；C剪切机构不随钢板移动，不管怎么提高剪切刀的剪切速度，都影响送料速度。
(5)剪切时，剪切刀不可能正对，应错开一小段距离，顺利剪下，A、B都正对了，C无法顺利剪下。
9.(1)B　(2)C　(3)A　D　(4)C　(5)B
解析　(1)系统设计时，对一系列数据进行计算和反复调试，属于系统分析的科学性原则；
(2)增大增压泵的功率可以加大冲洗的力度，可以提高清洗效率；
(3)污水中的含污量变化是属于输入量，喷水水压是输出结果，都不符合干扰因素的定义。
(4)喷水控制系统要清洗干净需从高处清洗(高度选低了，上方清洗不到)；抽水控制系统要抽干净底部污水，选项C正确；
(5)污水水箱中的污水含污量和清洗、抽水都没有关系，也就影响不到系统工作的可靠性。
10.(1)A　(2)A　D　(3)A　(4)C　(5)B
解析　(1)解放工人繁重的码垛劳动，体现了解放人的作用。
(2)没有保持稳定的含义，属于开环控制系统；由“货物堆叠到指定的托盘上”，被控对象是货物。
(3)输入量是机器人的作业程序，输出量是货物的堆码位置。
(4)部分影响整体，体现了整体性。
(5)是否漏装、多装，可以通过重量来判定，则需要压力传感器；没有计数传感器。
11.(1)①　(2)③　(3)②　(4)①　(5)③　(6)①
解析　(1)(2)输入量是读取的电子标签信息，输出量是栏杆抬起，这是开环控制系统。
(3)执行器是电机，控制量是执行器的输出，是电机转动的方向。
(4)部分影响整体，体现整体性。
(5)①和②属于无关因素。
(6)各种汽车的外形尺寸信息属于无关因素。
12.(1)B　(2)A　(3)B　(4)D
解析　(1)根据题干的描述：焊接机器人通过示教掌握焊接操作，并自动形成完成操作的全部程序。说明示教过程的输出量(每个动作位置、姿态、运动参数、焊接参数等)已经作为输入量反馈给下一次的控制过程。所以答案是闭环控制。
(2)根据题干描述，设计机器人时，先考虑设定总体要求，再考虑部分设备的要求设定。典型的系统分析的整体性原则。
(3)根据题干，示教时的参数是作为输入量传递给控制柜的，所以选项B不属于控制系统的干扰因素。而选项A和C是不作为输入量传递给控制柜，并对控制的输出量产生了影响。
(4)根据题干，变位机凹槽是用来固定被焊机件夹具的重要组成部分。在其作用下不可以实现工作台上的水平移动。
13.(1)AD　(2)焊枪移动的速度　送丝滚轮　焊枪的喷嘴　(3)C

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