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(共39张PPT)
控制及其设计
四、 控制系统的设计与实施
第四单元
【项目情境】如图所示为汽车雨刮器控制系统示意图，该系统可手动调 节雨刮器的转动速度，也可调节为自动模式，根据雨量的大小自动调节 雨刮器转动的速度。
【任务1】雨滴感应器检测雨量的大小并将其转化为电信号，通过控制 电路调节雨刮器电动机转速，从而调节雨刮器速度。根据设计图完成该 控制系统的设计。
A. 控制量是雨刮器电动机的转速
B. 被控对象是雨刮器电动机
C. 该控制系统为闭环控制系统
D. 进入隧道后雨刮器停止为该系统的干扰因素
【解析】 雨滴感应器检测的雨量的大小是输入量，雨刮器速度是输出 量，被控对象是雨刮器，控制电路是控制器，雨刮器电动机是执行器， 控制量是雨刮器电动机的转速，该控制系统为开环控制系统；进入隧道 后雨刮器停止是雨滴感应器没有检测到雨量，而不是该系统的干扰因 素。所以选A。
A. 电动机发生故障时，雨刮器就无法正常工作，体现了系统的整体性
B. 雨量传感器损坏时，还能通过手动调节使雨刮器正常工作，体现了 系统的环境适应性强
C. 系统能够根据雨量大小自动调节雨刮器速度，体现了系统的目的性
D. 该系统可分为无极调整模式间歇雨刮器子系统和雨滴感应式间歇雨 刮器子系统
【解析】 雨量传感器损坏时，还能通过手动调节使雨刮器正常工作， 体现了系统的目的性而不是环境适应性。所以选B。
【知识札记】本项目涉及的知识有控制的含义，开、闭环控制系统的框 图设计，开、闭环控制的理解。
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
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【解析】 黑箱方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；电动机输出的扭力是控制量，系统的输出量是车轮的转 速，C错；D对，选D。
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A. 控制方式属于开环控制
B. 控制器是压力变送器
C. 输出量是管道内的水
D. 控制量是水泵的转速
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A. 输入量是超声波信号
B. 控制器是雷达探头
C. 被控对象是汽车
D. 输出量是雷达探头与障碍物之间的距离
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【解析】 倒车雷达报警控制系统是开环控制系统，输入信号是雷达探 头发出的超声波，系统中的控制器接收信号后进行分析处理，根据距离 的远近，控制报警器发出不同频率的警报，报警器是被控对象，输出信 号是不同频率的警报，控制器和执行器无具体说明，选项中说法正确的 是A。
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A. 输入量是温度的设定值
B. 温度传感器是检测装置
C. 执行器是电机
D. 房间温度变化不属于系统的干扰因素
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【解析】 该系统的输入量是房间的实际温度，温控仪（控制器）接收 的信号是实际温度与设定值相比较后的信号，电机是执行器，扇叶是被 控对象，温度传感器检测的是输入信号，该系统是一个开环控制系统， 输入信号不是系统控制的干扰因素，所以选A。
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A. 输入量是高温水汽
B. 该控制系统是开环控制系统
C. 执行器是温控阀门
D. 控制器是感温探头
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【解析】 本题分析暖气恒温控制系统，其控制目的是控制室内温度恒 定，因此可以明确该控制系统的被控对象为房间或房间内的空气，被控 量（输出量）为房间内的实际温度；其中感温探头用来检测被控量并与 设定温度进行比较，为用于反馈的检测装置，该控制系统为闭环控制， 输入量为设定的温度；温控阀门可直接通过其开闭对房间内温度进行控 制，故温控阀门为执行器，控制量是温控阀门的开闭。
控制系统框图如下：
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A. 执行器是干燥器
B. 输出量是奶粉
C. 通过反馈减少了干扰
D. 在无菌车间里运行，不存在干扰因素
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【解析】 奶粉温度控制系统的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并将其反 馈至输入端，可以减少干扰，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。
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A. 该系统属于闭环控制系统
B. 被控对象是定位、定层等信息
C. CPU发出的指令属于控制量
D. 周边电磁波导致蓝牙信号异常是干扰因素
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【解析】 显示系统是开环系统（无反馈），A错；被控对象是显示 屏，B错；控制量是执行器的输出信号，而不是控制器的输出信 号，C错；D对。
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A. 水位探头测得的水位信息为输入量
B. 电动机自动控制系统的控制方式属于开环控制
C. 继电器为执行器
D. 现有的电机性能属于该控制系统的影响因素
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【解析】 电动机控制系统的框图：
这是启动类开环控制系统，输入与输出不同。继电器是执行器，D选项 现有的电机是约束条件。
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A. 控制方式属于闭环控制
B. 控制量是单门控制器发出的信号
C. 控制器为管理终端
D. 执行器是电子阀门
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【解析】 门禁控制系统中控制器是单门控制器，执行器是电子阀门， 被控对象是电锁。控制方式为开环控制。控制量为电子阀门产生的量。 所以选D。
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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】 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，目的是控制注胶嘴在设定位置，因此属于闭环控制，电机作 为执行器，A选项的同步带与电机间的摩擦，影响了点胶位置即注胶嘴 实际位置，但不是输入，因此属于干扰因素。
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A. 该控制系统属于闭环控制系统
B. 被控对象是激光束的生成
C. 强磁场扰动是该系统的干扰因素
D. 计算机是该系统的控制器
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【解析】 根据题目给的激光束生成控制子系统的工作流程图可知： 信号的传递是单向进行的，所以该系统是开环控制系统，选项A错 误；被控对象是激光扫描部件，选项B错误；计算机产生输入信 号，选项D错误。
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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
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【解析】 不合格电容的位置是输入量，工控机是控制器，切刀是执行 器，被控对象是不合格电容，输出量是不合格电容被切断，为开环控 制。所以B正确。
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A. 外呼按钮“↑”输入的信号是该控制子系统的输入量
B. 该控制系统的控制方式是开环控制
C. 曳引机的转动属于控制量
D. 供电电压的波动属于该控制系统的干扰因素
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【解析】 曳引式电梯系统的控制目的是当有人在门厅按下外呼按钮 时，控制电梯停在目标层，输入量是外呼按钮的输入信号，输出量是曳 引机是否停止，输出量不影响控制过程，是开环控制系统；供电电压的 波动会影响电梯的运行，属于干扰因素。
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A. 各种传感器检测输入量
B. 自动变速控制的控制手段属于人工控制
C. 控制器是液压控制装置
D. 驾驶员通过变速杆选择要求的运行状态，属于干扰因素
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【解析】 该系统最终的输出量是所换的挡位，没有传感器在检测输出 量，所以该系统为开环控制系统，各种传感器检测的是输入量，A正 确；汽车手动挡的控制手段为人工控制，自动挡的控制手段为自动控 制，后者控制器不再是人的大脑，进一步解放人，B错误；控制器为 ECU，C错误；驾驶员通过变速杆选择要求的运行状态，是输入量，不 是干扰因素，干扰因素的含义为除输入量以外，影响输出量的所有因 素，D错误。
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A. 温度传感器检测到的温度是输入量
B. 被控对象是房间
C. 开窗属于干扰因素
D. 该控制系统存在反馈
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【解析】 根据题意可知，该系统能将房间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，输出量是房间内的实际温度，被 控对象是房间，温度传感器检测房间内的温度，参与反馈过程，开窗会 影响房间内温度的变化，又不属于输入量（设定的房间内温度），属于 干扰因素，故选A。
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16. 在校园农业劳动实践中，同学们为植物栽培设计了一个营养液循环 控制系统（如图a所示为系统框图模型，如图b所示为控制系统示意 图），该系统包括微控制器、环境感知部分、调节部分等。温度传感 器、液位传感器、pH传感器和流速计均安装在栽培槽中。根据微控制 器指令，加热器与制冷器、蠕动泵、水泵联合调节栽培槽中营养液的温 度、pH、液位和流速。
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【拓展项目】
请写一篇关于微型植物工厂营养液循环控制系统设计的论文，包含水温测量电路、液位超声波测量电路、pH测量电路介绍与电路图。
【答案】 略
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