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延迟福
考点17——控制及其设计分析
考试内容 考试要求
1.控制方式与手段 2.开环与闭环控制 3.干扰与反馈 4.控制系统设计与分析 B
C
C
C
一、考点要求
二、考点梳理
1.控制的概念
控制是指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。
2.控制三要素：
（1）控制达到的目的
（2）控制的对象是什么
（3）采取什么控制手段
3.控制类型
（1）人工控制：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：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。
2.开环控制系统
（1）概念：开环是指控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。
（2）方框图
（3）基本组成
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。
【开环控制系统基本组成的辨析】
组成部分 特征
控制器 能接受输入量，经过处理，传递命令给执行器，有判断决策能力，如控制中心、控制单元、PLC等
执行器 接受控制器的命令，直接控制被控对象，一般是一些动力机构，如电动机、电磁阀等
被控对象 一般为温度、位置、形态等发生变化的物体；一般地，被控量所处附近四周的环境（或物体）就是被控对象
输出量（被控量） 是一个可变化的物理参量（如温度、光照强弱、声音响度、水位、力的大小等），在题目中有可能表示为被控量
控制量 执行器的输出信号，不等于被控量（输出量）
典型案例 工作过程
定 时 类 定时浇水控制系统
宾馆自动叫醒服务系统
游泳池定时注水系统
红外线感应自动门控制系统
开关类 公交车自动门控制系统
报警类 窗户防盗报警系统
车辆超速报警系统
【开环控制系统典型案例】
【闭环控制系统的工作过程】
（1）概念
闭环是指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。
（2）方框图
【基本组成】
（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
【反馈】
（1）概念：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。
（2）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。
【干扰因素】
（2）概念
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
（2）来源
有的干扰因素使环境造成的，如冬天使用电饭锅做饭比夏天更加费电；
有的干扰因素是认为造成的，如当电饭锅在保温状态下，频繁地打开锅盖并将冷的食物放入锅中等。
（3）数量
在控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个
【开环闭环控制系统比较】
类别 控制精度 系统结构复杂程度 系统成本 适用场合
闭环控制系统 高 复杂 高 广泛
开环控制系统 低 简单 低 控制量的变化规律可以预知；可能出现的干扰可以抑制；被控量很难预测
【辨析开环与闭环控制系统】
类型 开环控制系统 闭环控制系统
方框图对比
不 同 点 组成 相对于开环控制系统，闭环控制系统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的偏差控制系统的运行
信号传递 单向传递 双向循环传递
控制精度 较低，需人工控制辅助 较高，通过反馈客服干扰，使被控量控制在给定值附近
类型 开环控制系统 闭环控制系统
判 断 方 法 根据定义判断 输出量对控制系统的工作不产生影响的是开环，输出量影响控制系统工作状态的是闭环
根据反馈的有无判断 开环控制系统不存在反馈，闭环控制系统存在反馈
根据输入量输出量判断 闭环控制系统的输入量和输出量大多是同一类的量，即输出量、输入量能够比较
【辨析开环与闭环控制系统】
常考题型 内容
1.控制手段的判断（人工、自动） 类型 人 工控制 自动控制
含义 控制过程是在人的直接干预下或全程干预下进行的 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
解题关键 关键看被控对象的控制过程是否在人的直接干预下且全程干预下进行的
【开环、闭环常考题总结】
常考题型 内容
2. 控 制 方 式 的 判 断 开环控制 闭环控制
（1）定义 控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响 控制系统的输出量返回到输入端，并对控制过程产生影响
（2）信号传递特征 单向传递 双向循环传递
（3）有无反馈 不存在反馈 存在反馈
（4）输入量和输出量 ①输入量、输出量都是状态量 ②输入、输出量是两个不同物理量，不可比较 ③一种输入状态对应一种输出状态 ①输入量一般是设定值，输出量一般是实际值
②输入、输出量是同类型，可以比较
③使被控量（实际值）保持在给定量（设定值）范围内
（5）检测装置 检测装置检测输入量 【注】开环可能有检测装置 检测装置检测输出量，是反馈装置
【注】闭环一定有检测装置
【解题关键】当题目中有“A检查测到B”的语句时，则A一定是检测装置，B不是输入量就是输出量，因此只要判断B是输入量还是输出量，即可判断出是开环控制还是闭环控制
判断依据
类型
3.干扰因素的判断
干扰因素是指除输入量（给定量）以外，引起被控量变化的各种因素。判断步骤如下：
（1）确定所指控制系统的被控量（输出量）
（2）判断所指的因素能否引起被控量（输出量变化
（3）若能引起被控量的变化，且不是输入量（给定量）和被控 量，则该因素是干扰因素；若不能引起被控量的变化，则该因素不是干扰因素。
【注】：从被控量入手，分析可能存在的干扰因素，并处理控制系统运行调试过程中存在的问题.
三、考点专项练习
1.(2023.04嘉兴二模) 如图所示是飞机仰俯角自动控制原理图，它通过控制飞机升降舵的偏转，改变飞机的仰俯角，其工作过程是:当垂直陀螺仪检测到飞机的仰俯角与设定角度不同时，陀螺仪电位器有电压信号输出，放大器放大电压信号驱动舵机，舵机推动升降舵偏转，稳定飞机的仰俯角。下列关于飞机仰俯角自动控制系统的分析中不恰当的是
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A.在系统分析的基础上，完成该系统的设计
【解析】
C
控制量是执行器(升降舵)直接施加给被控对象(机身)的作用，这个作用直接导致机身的仰俯角变化，
放大器输出的信号是控制器输给执行器的控制指令，C不恰当。
2(2023.02百校联考) 如图所示为导弹控制系统控制导弹发射的场景。导弹控制系统采用
雷达、红外线、激光或图像跟踪装置，将检测到的导弹与目标的距离和方位误差值输入计算机进行分析计算，然后向动力装置和飞行姿态调整装置发出指令，不断修正导弹飞行姿态，直至击中目标。
【解析】计算机是控制器，发出的指令并不是控制量，D不正确。导弹在发射前输入的目标值是输入量，中途检测到的导弹与目标的相对位置量是反馈量，这是闭环系统。执行器是动力装置和飞行姿态调整装置。控制量是执行器提供的对导弹飞行姿态的调整量。
D
从控制的角度分析导弹控制系统，下列说法中不正确的是
A.执行器是动力装置和飞行姿态调整装置
B.控制方式属于闭环控制
C.导弹与目标的距离变化不属于干扰因素
D.控制量是计算机发出的指令
3.(2023.03宁波十校) 如图所示的现代工业化养鸡场，包含通风、温度、湿度、光照等子系统。温度控制系统的工作过程: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。下列关于养鸡场内的温度控制系统的分析中合理的是
A.养鸡场是被控量
B.环境控制仪发出的控制信号是控制量
C.该控制系统是开环控制系统
D.室外温度属于干扰因素
D
【解析】养鸡场的温度控制系统的工作过程如下图所示。A.被控量是养鸡场的实际温度，错; B.控制量是热水供暖系统或降温湿帘的工作状态，不是控制器发出的信号，错; C.该系统是闭环控制系统，错; D.室外温度会养鸡场内的实际温度，但不是该系统的输入量，属于该系统的干扰影响，正确
.
4.（2023.03强基联盟） 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
【解析】本题考查控制系统的组成
抓取子系统的执行器是机械手，被控对象是快递，条形码上的信息是该系统的输入，打印错误不属于干扰因素。
D
5.(2023.03温州二模) 如图所示为增程式混动汽车电池电量管理系统示意图。该系统由增程式电量控制子系统、能量回收子系统及停车充电子系统组成。汽车在行驶过程中，当实际电池电量低于设定值时，增程控制子系统的控制器会启动内燃机驱动发电机给动力电池充电;当实际电池电量充足时，自动停止发电。汽车减速时，能量回收子系统的控制器控制驱动电机给动力电池反向充电。停车时可通过充电器给动力电池充电。关于增程式电量控制子系统，下列分析不合理的是:
A.内燃机和发电机为该控制系统的被控对象
B.司机踩下加速踏板是该控制系统的干扰因素
C.实际电池电量为该控制系统的输出量
D.电池电量传感器可作为该控制系统的反馈装置
A
【解析】本子系统是闭环系统，通过电池电量传感器检测电池实际电量反馈与设定值比较，由控制器分析判断是否需充电，由内燃机驱动发电机作为执行器实施给动力电池充电，使电池处于具有一定的电量范围。这里
被控对象是电池。A错，C, D正确。
这里的输入量是设定量，司机踩下加速踏板是除输入量以外的引起本系统输出量(电池电量)变化的因
素，属于干扰因素，B对
6.（2023.04绍兴二模） 如图所示的货箱封装检测分拣系统(图a为系统示意图，图b为系统框图模型)，包含货箱传输子系统、封装子系统和分拣子系统。其工作过程为:待封货箱等间距整齐排列在传送带I上，当位置检测器检测到货箱时，传送带I暂停;工控机控制机械手对货箱进行封装封装检测器检测货箱是否封装完好并将检测信息传递至工控机，若货箱未封装好，则工控机控制推动杆将未封装好的货箱推至传送带I上，若货箱封装完好，则推动杆不推动货箱。
[解析] 本题考查控制系统的工作过程;分拣子系统的功能是:工控机给一个指令，推动杆就向前推出.次品就被推出，没有检测装置检测次品被推到哪里，所以也就没有反馈，是开环控制。
C
下列关于分拣子系统控制的分析中合理的是
A.输入量为位置检测器传递给工控机的信号
B.分拣速度是分拣子系统的被控量
C.分拣子系统采用的是开环控制方式
D.货箱是否封装好属于分拣子系统的干扰因素
7.(2023.04台州二模) 如图所示的电容检测切断系统，包含电容传送子系统、电容检测子系统和电容切断子系统。其工作过程:上一道工序完成的一组6个电容通过传送带传送到探针位置，传送带暂停;探针下降检测，检测数据传送给工控机;传动带继续运行，当电容传送到切刀位置，传送带暂停，工控机根据检测数据判断不合格电容的位置，控制相应位置的切刀下降，切断不合格电容，合格电容继续传送到下一道工序。
B
[解析]电容切断子系统，输入应是探针所检测到的电容信息，工控机为控制器，切刀为执行器，电容为被控对象，
输出为电容是否被切断，即为开环控制系统;切刀卡住会影响电容的切断，执行器环节出了问题属于干扰因素，答案选B
下列关于电容切断子系统控制的分析中合理的是
A.探针的升降是该子系统的输入量
B.切刀卡住是该子系统的干扰因素
C.合格的电容是该子系统的输出量
D.电容切断子系统采用了闭环控制方式
8. (2023.11杭州一模)如图所示核能发电系统工作原理示意图。系统可分为反应堆温度控制子系统、发电机发电子系统和蒸汽冷凝子系统。反应堆温度控制子系统的原理是:反应堆内的核燃料棒发热后加热重水回路中的重水，使其温度达到325 0C稳压器能对重水回路提供150个大气压的压力，防止重水汽化，当反应堆内的温度过高时，控制棒会被下移，从而阻止核燃料棒发热。发电机发电子系统的工作原理是:高温重水使蒸汽发生器回路中的水变为高压蒸汽并推动汽轮机，汽轮机带动发电机发电。蒸汽冷凝子系统的工作原理是:循环海水在冷凝器回路中流动，使蒸汽发生器回路中的水汽冷却，冷却后的水被蒸汽发电子系统重复利用。
从控制系统角度，下列关于该核能发电系统的分析中，说法正确的是（ ）
A.发电机发电子系统是闭环控制系统
B.经过蒸汽发生器后的重水，其温度降低属于反应堆温度控制子系统的干扰因素
C.反应堆温度控制子系统的控制量为重水温度
D.反应堆温度控制子系统的被控对象是燃料棒
B
9.(2023.11金华十校)如图所示是塔式光热发电系统的示意图。通过定日镜将太阳光反射至集热塔顶的吸热器上，控制吸热器内保持流动的传热流体温度在500^-10000C,高温传热流体通过蒸汽发生器产生高温高压的蒸汽推动汽轮发电机组发电。
吸热器作为塔式光热发电系统的主要设备，其温度需要连续不间断的监测与控制。控制过程为:热像仪探测吸热器发出的红外热辐射来采集实时温度，温度数据上传至调控中心进行存储与对比，若发现不在 设定温度范围，通过调节定日镜的角度、传热流体的流速等方式对吸热器的温度进行调节。下列关于吸热器温度控制的分析中，合理的是（ ）
A.控制方式属于开环控制
B.被控对象是定日镜
C.控制量是调控中心发出的调节信号
D.风沙雨雪等气候环境会引起吸热器温度变化，属于干扰
D
10.(2023.12台州名校联盟) 如图所示是纸箱输送系统的示意图。电机驱动输送带将纸箱送到输送辊道，纸箱自由下滑至装载平台。光电传感器检测光线是否被遮档，当光线被遮档时间超过设定值时，表明纸箱在输送辊道上拥堵，控制器控制电机停止转动;当光电传感器重新检测到光线时，控制器控制电机重新启动。
下列关于电机控制子系统的分析中，不正确的是（ ）
A.输入量是光电传感器检测到的信号
B.执行器是电机
C.外界的光照强度是该系统的干扰因素
D.控制方式属于开环控制
B

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