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(共49张PPT)
控制及其设计
三、 闭环控制系统的工作过程
第四单元
2. 闭环控制系统与开环控制系统的比较
项目 开环控制系统 闭环控制系统
定义 输出量不对系统的 控制产生任何影响 输出量返回到输入端，
对系统控制产生影响
有无反馈 无 有
能否自动调整和补偿 否 能
能否抗干扰 否 能
控制精度 比较低 高
结构 简单 相对复杂
适用场合 控制精度要求不高 而系统本身的元件 又比较稳定的场合 要求高精度和高可靠性 的场合
【项目情境】小马所在的班级要进行布置，买了一个鱼缸来养几条 孔雀鱼（一种热带鱼，适宜在温度为22～24℃，pH为7.2～7.4的水 里生活）。同学们为孔雀鱼设计了一个鱼缸智能控制系统，根据控 制器指令，加热器、循环泵、增氧泵联合调节鱼缸中水的温度和溶 氧量，投食器可以定时投食，液晶显示屏显示当前鱼缸中水的温 度、pH和溶氧量。
【任务1】根据设计图完成以下控制系统的设计。
（1）pH显示控制系统框图：
（2）温度范围控制框图：
A. 该系统设计的目的是为孔雀鱼提供良好的生存环境
B. pH、溶氧量和温度之间相互影响，体现了系统的动态性
C. 系统设计时要考虑水温的均衡，因此设计了水循环子系统
D. 鱼缸智能控制系统包含多个子系统
A. 定时投食控制子系统属于闭环控制系统
B. 为了准确检测含氧量，溶氧传感器应靠近增氧泵
C. pH检测子系统能调节鱼缸中水的pH
D. 水温控制子系统的控制量是加热器的发热量
【知识札记】本项目涉及的知识有控制的含义，闭环控制系统的框图设 计，闭环控制的理解。
A. 冷凝水的温度 B. 进水的温度
C. 热电偶的性能 D. PID控制器的设定参数
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A. 被控对象是汽车
B. 汽车电气负载变化属于干扰因素
C. 执行器是动力控制模块
D. 控制量是蓄电池的电量
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A. 该控制方式为闭环控制
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
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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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【解析】 被测物体的偏移量是控制系统的偏差值，控制量是执行器的 输出量，为控制平台驱动器的驱动信号，故选项A错误；该控制系统的 被控量被检测到且返回到输入端与给定量进行比较，构成了反馈，是闭 环控制系统，故选项B正确；摄像机获取的是被控量，故选项C错误； 被控量是被测物体的实际位置，设定位置是给定量，故选项B错误。
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A. 被控对象是电机
B. 拍摄中的晃动属于干扰因素
C. 执行器是中央MCU单元
D. 控制量是“摄像设备”的姿态
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【解析】 控制目的是保持摄像设备的稳定，所以控制对象是摄像设 备，执行器是电机，控制器是MCU单元，A、C、D错误；拍摄中的晃 动会影响摄像设备的稳定，属于干扰因素，B正确。
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A. 进料传感器测得的进料速度为被控量
B. 跟随切断控制子系统的控制方式属于闭环控制
C. 被控对象是切断装置
D. 切屑进入切断装置使丝杠运转不畅，切屑属于干扰因素
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【解析】 本题考查控制系统组成和工作过程，以及干扰因素。该跟随 切断控制子系统的框图如下：
其中，设定的移动速度由进料传感器测得的进料速度确定，即进料传感 器测得的进料速度为给定量。
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A. 家庭用水量是干扰因素
B. 被控量是水池水位
C. 被控对象是水泵
D. 控制量是控制器的输出量
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A. 执行器是压缩机
B. 被控对象是蒸发器
C. 检测装置是主弹簧
D. 温度调节旋钮的转动角度是干扰因素
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【解析】 这是冰箱温度控制系统，根据题干，被控对象是冰箱，执行 器是压缩机，控制器是主弹簧、连杆、触点、控制电路等组件，检测装 置是感温包及膜盒，而温度调节旋钮的转动角度属于输入量，不是干扰 因素。故选A。
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A. 该系统为开环控制系统
B. 输入量是泊车位置
C. 被控对象是汽车
D. 雨雾天气属于该控制系统的干扰因素
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【解析】 本题属于闭环控制，A错误，故选A；输入量为预设泊车位 置，输出量为实际位置，故B正确；控制器是ECU，执行器是车辆策略 控制子系统及转向伺服、油门伺服和刹车伺服等执行组件，汽车为被控 对象，故C正确；雨雾天气会影响实际泊车位置的精准，是干扰因素， 故D正确。
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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. 由于没有检测悬停高度的传感器，该系统无反馈过程
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【解析】 该系统存在反馈，即气压传感器测量大气压力，控制芯片 计算高度，并与设定值进行对比，A对，D错。输入量是设定高度， 控制量是电机动力大小，B错。控制器是控制芯片，被控对象是无 人机，C错。
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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. 张力传感器检测到实际张力值并返回与设定张力值进行比较的过程 属于反馈
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【解析】 对于卷带恒张力控制系统，按键可调整设定张力值，是该闭 环控制系统的输入量，A正确；执行器（三相异步电机）的状态（转动 量）是系统的控制量，B正确；被控对象是卷带，C错误；由流程图可 判断选项D正确。故选C。
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A. 输入量是板带材
B. 输出量是轧辊的位置、张力或轧制速度
C. 当板带材厚度出现偏差，测厚仪与轧辊之间的距离L越大，控制系统调整得越及时
D. 使用一段时间后，轧辊略微磨损，不会影响控制系统的精度
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【解析】 板带材轧制厚度控制系统的目的是把板带材厚度控制在允许 偏差范围之内，故属于闭环控制系统，输入量是设定的板带材厚度，输 出量是实际的板带材厚度，A、B选项错误；若测厚仪与轧辊之间的距 离L越大，则测厚仪检测到偏差的时间就越长，控制系统调整得越不及 时，C选项错误；由于该系统是闭环控制，轧辊略微磨损，该系统会通 过反馈回路及时调整板带材厚度，使其维持在设定的板带材厚度，不会 影响控制系统的精度，D选项正确。
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A. 与空调温度控制系统相比，厂家没有提供遥控器， 所以冰箱温控系统没有输入信号
B. 此系统是一个闭环控制系统
C. 冰箱门打开对于此系统来讲是一种干扰
D. 此系统的被控对象是冰箱
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【解析】 冰箱内部也有设定温度的地方，不用遥控器也行，同时任 何控制系统都有输入部分，A错误；冰箱的温度控制是一种恒温控 制，具有反馈的过程，属于闭环控制，B正确；冰箱门打开会使外 界空气进入，影响箱体内的温度，不是系统的输入量，所以属于该 系统的干扰因素，C正确；题干“冰箱的温度控制系统”指明被控 对象是冰箱，D正确。
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A. 该控制系统可选用开环控制方式
B. 该控制系统的控制手段可选用定时的机械控制
C. 检测元件可选用湿度传感器
D. 检测装置可放置在花盆边缘的土壤表面
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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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【解析】 该气动阀门开度控制系统的被控对象是气动阀门，B和C都 错；输入量是设定开度，A错；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 是闭环控制系统，弹簧参与了反馈过程，D对。
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A. 该控制系统的检测装置是四连杆机构和重球等构成的离心摆
B. 该系统的被控对象是蒸汽机
C. 重球的升降带动套筒的升降，再通过调节杠杆，调节进气阀的开合大小
D. 蒸汽机转速设定值的改变属于该系统的干扰因素
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【解析】 根据题干对该控制系统的分析可知，该控制系统的检测装置 是四连杆机构和重球等构成的离心摆；该系统的被控对象是蒸汽机；重 球的升降带动套筒的升降，再通过调节杠杆，调节进气阀的开合大小， 都正确。选项D中，干扰因素是指在控制系统中，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。而蒸汽机转速 设定值的改变属于改变控制系统的输入量，不属于该系统的干扰因素。 故本题选D。
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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
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【解析】 养鸡场内的温度控制系统的目的是使养鸡场内温度达到设 定值，该控制系统是闭环控制系统，其被控对象是养鸡场，环境控 制仪是控制器，控制量指执行器的输出信号。室外温度属于干扰因 素。所以选D。
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A. 执行器是电磁阀
B. 流量传感器检测到的施肥量是输入量
C. 控制量是经过压力泵的肥料流量
D. 通过PLC控制器改变设定值属于该系统的干扰因素
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【解析】 定量注肥控制子系统属于闭环控制系统，其控制框图如下图 所示：
通过PLC控制器改变设定值，不属于干扰因素，D错。结合框图可知， C正确。
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A. 该系统为闭环控制系统
B. 系统的被控对象是发电机
C. 被控量是实际发电功率
D. 系统只需功率传感器即可完成反馈过程
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【解析】 该系统的控制框图如下：
反馈是检测输出量并与设定值进行比较，只有传感器不能完成反馈过 程，D错误。
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A. 陀螺仪是检测装置，参与反馈
B. 用户前倾等操作动作属于该系统的干扰因素
C. 控制量是中央微处理器给马达发出的指令
D. 被控量（输出量）是电动车的姿态
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【解析】根据题目描述分析自动平衡控制系统：该系统是使车辆具备自 动平衡的能力，输入量是设定好的平衡姿态，输出量是电动车实际的平 衡姿态，是一个闭环控制系统，陀螺仪是检测装置，参与反馈；用户前 倾等操作动作会使电动车的平衡状态发生改变，但又不是输入量，所以 是该系统的干扰因素；中央微处理器是控制器，马达是执行器，控制量 是执行器发出的信号，所以不正确的是C选项。
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　　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 器发出的指令，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。回答第21—22题。
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A. 系统设计要从整体出发，以创建植物生长的最优营养液环境为目标
B. 系统设计要考虑液位控制与pH控制之间的相互影响
C. 不能将该系统分解为温度、液位等子系统进行设计
D. 系统分析过程中建立了系统框图模型，属于建模的分析方法
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A. 流速控制子系统的执行器可以使用流速计
B. 栽培槽中营养液的pH控制子系统可以采用闭环控制方式
C. 为提高温度控制效率，配液箱越大越好
D. 为提高pH控制精度，pH传感器应安装在酸碱液箱中
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