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课时5　控制系统的设计与实施
一、基础巩固篇
1.如图所示是一款多功能隐形风扇灯，集吹风照明于一体，操作简单便捷，满足不同需求，下列关于该隐形风扇灯的说法中正确的是(　　)
A.可通过手机“米家”APP对这款风扇灯进行远程控制，该控制过程的被控对象是手机
B.该款风扇灯搭载温度传感器，风扇会根据室温变化自动调节风速，该控制过程的控制方式是闭环控制
C.该款风扇灯可根据环境光线亮度自动点亮台灯，该控制过程存在反馈
D.产品设计了智能遥控器，集成开关，有定时关机功能，定时控制系统的输入量是设定时间
2.如图所示为电冰箱温度控制系统，当电冰箱内的温度上升时，感温包内的气体膨胀，使传动盒向外伸胀，通过连杆使触点闭合，压缩机M开始工作，连续制冷，温度下降，温度降低到某个值时，触点断开，制冷停止，如此反复使电冰箱温度保持在设定的温度范围内。下列框图中正确描述电冰箱温度控制系统工作方式的是(　　)
如图所示为数控机床系统控制图，程序输入数控系统后，MCU处理并输出的脉冲信号来控制步进电动机。它以变换脉冲信号来控制机床工作台坐标位移量和位移速度、方向。这种控制方式的最大特点是控制方便、结构简单、价格便宜。完成第3～4题。
3.以下关于该数控机床控制系统说法中正确的是(　 )
A.该控制系统是闭环控制系统　
B.该控制系统执行器为主轴和刀具
C.该控制系统控制器为MCU
D.该控制系统控制量为机床工作台的位移量及速度、方向
4.该数控系统由于电机的老化及丝杠的磨损，容易出现不稳定的情况，因而位移精度不高，为了提高机床工作台位置的控制精度，需要对该系统进行优化，下列措施中合理的是(　　)
5.喷漆室的空调送风控制系统原理是当压力传感器检测到风机出风口处的压力低于设定值时，PLC运算控制器控制风机电机的转速，使风机出口处的压力升高到设定值。该控制系统的方框图是(　　)
如图所示为张力控制系统示意图。目前主要应用于冶金，造纸，薄膜，染整，织布，塑胶，线材等设备上。通过张力传感器测定物料的张力，并反馈到可编程控制器与设定值比较，可编程控制器根据差值发出信号调整离合器来控制卷料张力。完成第6～7题。
张力控制原理
6.张力控制系统的执行器是(　　)
A.可编程控制器 B.放料磁粉离合器
C.张力传感器 D.设定及显示单元
7.如上图所示是早期的张力装置，结构简单，由退绕张力和附加张力两部分叠加后实际运行的，络纱张力是波动的，它会造成卷绕不匀和在下游工序退绕时纱线张力的波动。对早期张力控制结构优化措施中，合理的是(　　)
A.事先设定的张力值调大
B.提高离合器的精度
C.增加超声波原理自动控制卷径，从而调整卷料引力
D.增加事先预定一个不变的张力补偿值，使张力保持稳定值
8.如图所示是铝型材末端淬火实验装置图，将铝型材试样A，B，C加热到52 ℃后快速安放在支架上，打开控制阀，水泵抽取水池中的水，其流速可根据流量计来调节，喷嘴对铝型材试样末端进行喷水冷却，温度采集仪通过热电偶将3个特征点的温度变化曲线在计算机中记录下来，利用反热传导程序计算型材与介质表面的换热系数。实验时发现，需要把520 ℃的型材放置好后再人工打开控制阀，现对该控制系统进行优化设计，实现自动控制，以下说法合理的是(　　)
如图所示为某车载空调的制冷控制系统示意图，压缩机和膨胀阀协同工作使制冷剂循环制冷，鼓风机将车厢外的热空气吹经蒸发器使空气温度降低并送入车厢内。制冷时，温度传感器采集车厢内实际温度，微处理器根据设定温度与实测温度对压缩机、膨胀阀和鼓风机作出相应控制，使车厢内温度稳定在设定温度附近。完成第9～10题。
9.若以车厢内的空气作为被控对象，下列关于该制冷控制系统的说法中正确的是(　　)
A.控制系统是开环控制
B.输入量为鼓风机从车厢外鼓入的热空气
C.控制量为压缩机排量、膨胀阀开度和鼓风机风量
D.主要干扰因素至少包括车窗的开闭、车外空气温度和道路能见度
10.该制冷控制系统发生如下故障，需要大约原来一倍的制冷时间才能稳定在设定温度，则下列故障分析中合理的是(　　)
A.鼓风机风扇不转
B.冷凝器表面脏污，使散热不良
C.制冷剂储液干燥器密封不严导致制冷剂完全泄漏
D.温度传感器故障导致所测温度比实际温度高10 ℃
二、素养提升篇
1.如图所示是小明家的电熨斗，发现他妈妈有时在使用完电熨斗后忘记拔掉电源，这样很不安全，他想对该电熨斗提出一些建议，其中最合理的是(　　)
A.增加定时模块，时间到电熨斗停止工作
B.增加红外线感应开关，人离开后自动关闭
C.增加高强报警装置，强度超过设定温度时语音进行提醒
D.增加漏水检测，有漏水现象断开电源
2.如图所示是注塑成型机控制系统的原理示意图。原料被加热器熔化并保持恒定温度流入注塑腔，加气缸将气体充入注塑腔与熔融原料混合后，由液压杆推入模具。当模具内空腔被填满后，液压杆会保持一定时间的恒定推力，防止原料回流造成成型缺陷。当模具内模型凝固后，打开模具，顶杆将模型顶出，并准备制作下一个模型，该控制系统中对产品质量精度没有影响的是(　　)
A.温度设定值
B.液压杆压力的稳定性
C.气体混合量
D.模具的更换
3.如图所示是垂直升降电梯的结构示意图。电梯由曳引、定位、安全保护等八大系统组成。某电梯定位控制系统工作过程如下：当安装在电梯箱外侧的传感器检测到相应楼层出口处的挡板时，将测得的信号送到控制柜，控制柜控制曳引机，使电梯箱准确的停在相应楼层。请根据示意图和描述，完成以下任务：
(1)电梯定位控制系统属于__________(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)定位控制系统设计时，需要对曳引机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)；
(3)下列属于该定位控制系统干扰因素的是______(在A.供电电压的波动；B.电梯正常运行时电梯内乘客的数量；C.所选择楼层的层数中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(4)小明设计了三种轿厢门的启闭装置，其中可行且符合经济原则的是______(在下列选项中选择合适的选项，将序号填入“______”处)；
(5)缆绳通常为多股钢丝绳，且工作环境潮湿，容易生锈及磨损，故需要对缆绳进行定期保养，以下保养方法中合理的是________(在A.用清洁剂清洗缆绳；B.涂刷适量油脂；C.表面刷防锈漆中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
4.如图所示为游泳池水pH值自动调节系统示意图。游泳池水经溢流水道收集后，会与补充水一起进入循环水管线，在循环水泵驱动下进入过滤器进行彻底过滤，pH值检测仪实时检测水的pH值，该值被送到伺服控制器与设定的pH值进行比较，伺服控制器根据偏差值控制加药计量泵，向循环水中注入浓度为10%的稀盐酸，将游泳池水的酸碱度控制在国家规定的范围内。根据题中所述的控制过程，完成以下任务：
(1)该游泳池水pH值自动调节系统的控制方式属于________(单选，填字母)；
A.闭环控制 B.开环控制
(2)pH值检测仪将检测到的水的pH值送到伺服控制器，与设定值进行比较的过程称为________(单选，填字母)；
A.干扰 B.反馈 C.控制
(3)该游泳池水pH值自动调节系统的被控对象是________(单选，填字母)；
A.加药计量泵
B.pH值检测仪
C.游泳池中的水
(4)该游泳池水pH值自动调节系统的输出量是________(单选，填字母)。
A.加药计量泵投药量
B.游泳池水的pH值
C.循环水泵的抽水量
课时5　控制系统的设计与实施
一、基础巩固篇
1.D　[选项A：被控对象是风扇灯，选项错误；选项B：没有将温度维持在一定范围内，这是开环控制系统，选项错误；选项C：这是开环控制系统，没有反馈。]
2.D　[由关键词“电冰箱温度保持在设定的温度范围内”，这是闭环控制系统。输出量是信号类，不能是装置元件，选项D符合要求。]
3.C　[输入量是输入的程序，输出量是机床工作台坐标位移量和位移速度、方向，从图上看没有反馈，这是开环控制系统。被控对象是机床工作台，选项C正确。]
4.C　[提高机床工作台位置的控制精度，需要将控制系统设计成闭环，被控对象是机床工作台，被控量是机床工作台坐标位移量和位移速度、方向，传感器需要检测被控量，选项C最符合要求。]
5.D　[由“使风机出口处的压力升高到设定值”，保持稳定，这是闭环控制系统，被控对象是风机出口处的空气，被控量是出风口的压力，选项D符合要求。]
6.B　[由题图示可知，这是闭环控制系统，输入量是设定张力，输出量是实际张力，被控对象是物料，检测装置是张力传感器，控制器是可编程控制器，执行器是离合器。选项B正确。]
7.D　[由于前后张力不稳，可以增加一个张力补偿控制系统，选项D正确。]
8.B　[温度传感器检测的是试样的温度，温度高则说明试样已放置好，选项B合理。]
9.C　[由关键词“使车厢内温度稳定在设定温度附近”，这是闭环控制系统，输入量是设定温度，输出量是实际温度，被控对象是车厢内的空气，检测装置是温度传感器，控制器是微处理器，执行器是鼓风机，控制量是鼓风机从车厢外鼓入的热空气，选项C正确。选项D：道路能见度属于无关因素，不是干扰。]
10.B　[选项A：鼓风机风扇不转，系统不运转，选项错误；选项C：制冷剂储液干燥器密封不严导致制冷剂完全泄漏，系统不制冷，选项错误；温度传感器故障导致所测温度比实际温度高10 ℃，则温度下降会更快，选项错误。]
二、素养提升篇
1.B　[忘记拔掉电源，电熨斗继续工作，则最合理的是人离开后，自动关机很安全，选项B符合要求。]
2.D　[模具不属于该系统的组成部分，模具的更换也不属于干扰因素，对产品质量精度没有影响。]
3.(1)A　(2)B　(3)A　(4)A　(5)B
解析　(1)由题意可知，系统检测装置检测到挡板信号，系统输出停在对应楼层，输出量和输入量类型不同，为开环控制，故选A。
(2)在系统设计时，对曳引机工作参数进行计算，属于用科学方法定量分析，是科学性原则。
(3)干扰因素为除输入量外引起输出量变化的因素，乘客的数量只会影响曳引的快慢，不会影响楼层定位；同理所选楼层数的高低，也只会影响运行时间的长短，不会影响电梯定位；而供电电压的波动可能会引起信号的变动，从而影响了电梯的定位，故选A。
(4)三个方案中，A因为皮带分别夹在不同侧，而大家一起顺时针或逆时针被皮带轮带动，速度一致且效果佳；B用了两个减速电机，不符合经济原则；C连杆间的铰连接点和减速电机是用拉绳连接，导致轿门只能闭合却无法打开，故选A。
(5)用清洁剂清洗缆绳，破坏了防氧化层，会更容易生锈磨损；防锈漆在反复拖曳中容易脱落，无法起良好的防锈作用；刷涂适量的油脂可以起一个隔绝层的效果和适当润滑，能防锈和磨损，故选B。
4.(1)A　(2)B　(3)C　(4)B

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