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(共55张PPT)
控制及其设计
二、 开环控制系统的工作过程
第四单元
1. 控制系统：任何控制都要通过若干个 来实现，这些环节所涉 及的 构成了一个系统，称为控制系统。
2.开环控制系统
3. 开环控制系统的方框图：
【项目情境】陈晨一家假期要外出两周，家里阳台上的盆栽植物无人定 期浇水。他计划设计并制作一个定时浇水装置，从而解决植物无人照顾 的难题。
【任务1】陈晨在设计和制作过程中，用到了以下元器件：水龙头、定 时器、水管、喷头、水泵。其中作为控制系统的被控对象的是 。
【任务2】完成自动定时浇水控制系统的框图：
A. 通过调节定时器的定时时间属于改变输入量
B. 可以增加Wi－Fi智能控制，通过手机来改变定时的时间，改进后仍 然属于开环控制
C. 定时器输出的信号是该控制系统的控制量
D. 该系统不能很好地实现土壤湿度的精准控制
【知识札记】本项目涉及的知识有控制的含义，开环控制系统的框图设 计，开环控制的理解。
A. 被控对象是扬声器 B. 输出量是报警声
C. 控制量是烟雾的浓度 D. 控制的方式为开环控制
【解析】 控制量是执行器的输出量，烟雾浓度信号是系统的输入量，C 不恰当。
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A. 红外装置检测的是系统的输出量
B. 电动机的转动是被控量
C. 被控对象是医院、宾馆等场所
D. 门的开启或关闭是输出量
【解析】 红外装置检测的是系统的输入量，电动机的转动是控制量， 门是被控对象。
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A. 该控制系统的控制手段可选用自动控制
B. 执行器可选用电子开关
C. 压力传感器可作为检测部件
D. 该控制系统的输出对系统的控制会产生影响
【解析】 指示灯的亮灭是系统的输出量，该控制系统的输出对输入不 会产生影响。
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A. 报警子系统的输入量是设定体温
B. 测温子系统的控制量是PLC的输出信号
C. 报警子系统的被控对象是人
D. 测温子系统和报警子系统均为开环控制
【解析】 报警子系统的输入量是红外自动感应装置检测到的人体体温 信号，被控对象是报警装置。控制量是执行器的输出量，不是控制器的 输出量。
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A. 红外传感器检测输出量 B. 被控对象是电动机
C. 执行器是扶梯 D. 控制方式属于开环控制
【解析】 红外传感器检测到的乘客信息是系统的输入量。电动机是执行器。被控对象是扶梯。
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A. 光电门检测输入量
B. 被控对象是滑块
C. 控制目的是使数字计时器开始或停止计时
D. 控制方式属于开环控制
【解析】 被控对象是数字计时器。
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A. 该系统的输出量对系统会产生影响
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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A. 该控制系统的目的是控制电机停止转动
B. 电机是被控对象
C. 关窗时夹到衣服，车窗无法关闭，衣服的阻碍不属于系统的输入量
D. 输入量是霍尔传感器检测到该突变的信号
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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. 控制器是温控仪
【解析】 温度传感器检测到的温度信号是该系统的输入量。
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A. 输入量是汽车的质量及相关信息
B. 控制器是电脑
C. 被控对象是汽车
D. 该控制系统的输出对输入不会产生影响
【解析】 被控对象是报警器。
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A. 可用蜂鸣器作被控对象
B. 可用温度和湿度传感器获取控制系统的输入量
C. 该系统宜采用开环控制方式
D. 控制器可以采用PLC
【解析】 显示系统的被控对象应该是显示器。
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A. 在喷头附近安装传感器，有声音响起时开始喷水，声音结束时停止喷水
B. 可以用水泵控制开关，控制水的流量和喷泉的高度，所以水泵为控制器
C. 喷头是执行器
D. 增加灯光控制系统，实现灯的闪烁和颜色变化，提高喷泉的观赏效果
【解析】 控制的目的是用音乐控制喷泉；水泵是执行器；喷头是被控 对象。
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A. 该控制系统的输出对系统的控制会产生影响
B. 被控对象可以选用大屏幕，安装在售票窗口，通过不同颜色的显示 来表达每节车厢的拥挤程度
C. 列车到站后，屏蔽门打开，车厢内的检测系统开始工作；列车准备 离开时，屏蔽门关闭，检测系统上传数据到终端处理后在下一站点 的显示装置上更新信息
D. 检测元件可选用热敏传感器，利用人体体温和周边环境温度的差进 行精确的检测
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【解析】 显示地铁每节车厢拥挤程度的系统采用的是开环控制系统； 大屏幕安装在售票窗口不合适，应放置在电梯口或候车区较为合理；检 测人体体温和周边环境温度的差应选用红外线传感器。
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A. 支持双向语音通话，控制手段为人工控制
B. 该控制的检测装置为摄像头
C. 输入量是危险行为信号
D. 小孩踢被频繁的行为，属于系统的输入
【解析】 支持双向语音通话，控制手段为自动控制。
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A. 输入量是含污量
B. 控制器是增压泵
C. 被控对象是清水箱
D. 控制量是PLC的输出信号
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【解析】 根据题干对喷水子系统工作过程的描述，可知喷水子系统的 输入量是污水中的含污量，控制器是PLC，执行器是增压泵，控制量是 增压泵的输出信号，被控对象是喷头，所以A项正确。
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A. 该控制方式为开环控制
B. 外界温度变化会导致控制系统报警
C. 被控对象是轮胎
D. 实际轮胎气压是输入量
【解析】 输入量为轮胎气压，输出量为车载显示屏报警，输入、输出 不一样，该系统属于开环控制，被控对象为车载显示屏，输入量是实际 的轮胎气压。外界温度变化不是系统的输入量，但是会影响对轮胎气压 的判断。
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A. 控制方式为开环控制
B. 控制量是流过电流伺服阀的液压流量
C. 放大器的放大精度会影响液压马达的转速控制精度
D. 系统进行优化的时候，负载属于影响因素
【解析】 该液压马达转速控制系统中控制信号是输入量，放大器是控 制器，电液伺服阀是执行器，液压流量是控制量，液压马达是被控对 象，液压马达的转速是输出量；负载属于约束条件；所以答案选D。
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A. 被控对象是汽车
B. 不同的车牌号码不是该控制系统的输入
C. 执行器是电机和活塞模块
D. 控制量是升降柱柱体的上升和下降
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A. 控制的目的是键盘接收密码并与设定密码进行比较
B. 控制量是门禁控制器发出的指令
C. 错误的密码不是该控制系统的输入量
D. 该控制系统的控制手段是自动控制
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【解析】 通道权限控制系统的输入量为接收密码，输出量为门的开闭，是开环控制，所以A说法错误；控制量为电机的转速，B错误；错误的密码也是输入量，其不属于干扰因素，C错误；该控制不需要人的全程参与，是自动控制，D正确。
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A. 雨刮控制系统的手动模式需要人为拨动雨刮开关以启动雨刮器，属于人工控制
B. BCM的输出信号异常会影响整个控制系统
C. 控制量是BCM向前雨刮电机发出的雨刮动作指令
D. 雨量光电传感器不可以检测雨刮器擦拭情况
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【解析】 人只参与系统的输入，并未参与系统的控制过程，所以属于 自动控制，A错误；控制器出现异常，会对系统控制产生干扰（非输入 因素引起输出量的变化），B正确； “BCM向前雨刮电机发出的雨刮 动作指令”是控制器的状态，控制量应该是雨刮电机的工作状态，C错 误；雨量光电传感器属于洗涤控制子系统，对雨刮控制子系统不产生影响，雨刮控制子系统是开环控制，D错误。
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A. 输入量是光电传感器检测到的信号
B. 执行器是电机
C. 控制量是纸箱在输送辊道上的运动状态
D. 控制方式属于开环控制
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【解析】 输送带控制子系统的控制框图如下图所示：
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22. 如图所示为防尾随门禁控制系统，结合指纹识别的技术，应用于监狱门禁管理、银行门禁管理。防尾随门禁又叫AB门门禁系统。其工作原理如下：人员进入A门后，B门必关；打开B门，A门必关。请根据示意图和描述，完成以下任务：
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（1）当工作人员按下A门的出门按钮并进行指纹识别后，系统的被控对象是 （A. A门；B. B门；C. A门和B门）；
【解析】 按下A门出门按钮，A门、B
门均受到控制，所以选C。
（2）该系统的控制方式属于
（A. 开环控制；B. 闭环控制）；
【解析】 输出量门的开闭不参与控制
过程，所以是开环控制。
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（3）关于该门禁控制系统设计的描述不．正．确．的是 （A. 门禁控制系统的设计应符合相关文件要求，体现了技术规范原则；B. 发生警情时，按下紧急关门按钮。可实现两道门同时强制封闭，门内门外均不能开启，同时向有关人员报警，体现了安全原则；C. 门禁控制系统设计中涉及的他人专利技术获得了授权，体现了道德原则；D. 系统支持非 接触IC卡识别、指纹识别、虹膜识别、掌形识别等，体现了实用原则）；
【解析】 设计的一般原则里没有安全原则，该功能体现了设计的实用原则。
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（4）在门禁控制系统安装完成后，开展非法入侵者闯入应急演练，查看门禁系统能否正常工作，该试验方法属于 （A. 优选试验法；B. 强化试验法；C. 模拟试验法；D. 虚拟试验法）；
【解析】 通过再现的形式进行试验属
于模拟试验法。
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（5）紧急开门和紧急关门按钮，安装位置合理的是 （A. 开门按钮安装在门外，关门按钮安装在门里；B. 开门按钮安装在门里，关门按钮安装在门外；C. 开门和关门按钮均安装在安保室或营业室）。
【解析】 当发生紧急警情时，开门、关门应由外界控制，而不是房间内的人。故选C。
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23. 如图所示为湿式自动喷水灭火系统演示示意图，其工作原理如下： 保护区域内发生火灾时，温度升高使闭式喷头玻璃球炸裂而使喷头开始 喷水。这时湿式报警阀系统侧压力降低，供水压力大于系统侧压力（产 生压力差），使阀瓣打开（湿式报警阀开启），其中一路压力水流向洒 水喷头，对保护区进行洒水灭火，同时水流指示器报告起火区域；另一 路压力水通过延迟器（延迟器是为了防止由于系统漏水等原因导致的水力警铃误报，当压力波动较大时会起缓冲及延迟作
用，避免误报警）流向水力警铃，发出持续铃声
报警，同时压力开关输出启动供水泵信号，完成
系统启动。系统启动后，由供水泵向开放的喷头
供水，开放喷头按不低于设计规定的喷水强度均
匀喷水，实施灭火，流程图如图所示。请根据示
意图和描述，完成下列问题：
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（1）该系统的控制方式属于 （A. 开环控制；B. 闭环控制）；
【解析】 该系统的控制目的是灭火、报警，输入量是火灾信号，属于 开环控制，虽然“开放喷头按不低于设计规定的喷水强度均匀喷水，实 施灭火”，但这是喷头喷水强度控制子系统，整个湿式自动喷水灭火系 统，属于开环控制。
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（2）设计该系统时，既要考虑灭火喷水的范围，又要考虑报警的及时 性，体现了系统分析的 （A. 整体性原则；B综合性原则；C. 科学性原则）；
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（3）安装湿式报警阀时不．需．要．考虑的因素是 、 （A. 压力表的精度；B. 保护区洒水的范围；C. 湿式报警阀的安装位置；D. 喷头的大小）；
【解析】 湿式报警阀安装须匹配压力表以实现利用压力差开启报警 阀，因此压力表的精度、湿式报警阀的安装位置都需要考虑。
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（4）为提高铃声报警的准确性，现需要安装一个水压传感器，其安装 位置合理的是 （A. 压力表与湿式报警阀之间；B.湿式报警阀与延迟器之间）；
【解析】 当压力差产生并开启湿式报警阀时，检测到水压信号，因此选B。A选项的问题在于一直能检测水压，即使湿式报警阀处于关闭状态；而B选项则是当湿式报警阀开启，检测到水压信号，报警阀关闭， 无水压信号，B选项更合理。
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（5）为了优化湿式自动喷水灭火系统，下列措施中，不．合．理．的 是 （A. 去掉延迟器以加快反应警铃速度；B. 将喷头直径加大；C. 将闭式喷头玻璃球改为温度传感器）。
【解析】 延迟器是为防止误报设置的，属于对系统本身的优化，不宜去掉。
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24. 小明学校把一间微格教室改造成录播教室，配备了自动跟踪摄像控 制系统。该系统不仅能自动识别教室里处于移动状态的物体，还能识别 正在说话的师生，并通过MCU调节云台的角度和位置，控制原教室留 存的摄像头对符合图像识别要求的物体进行追踪拍摄；然后将画面实时 显示在显示屏上。该录播教室还具有录屏功能，能把黑板屏幕上的内容 和操作在终端上进行录制和存储。请根据以上描述，完成以下任务。
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（1）自动跟踪摄像控制系统的控制方式属于 （①开环控制；②闭环控制；③自动控制；④机械控制）；
【解析】 录播教室由自动跟踪摄像控制系统、录屏控制系统两个部分 组成，都为开环控制系统。其中根据题干描述，自动跟踪摄像控制系统 有摄像头追踪拍摄、显示屏显示画面两个同步输出。
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（2）自动跟踪摄像控制系统的输入量是 （多选）、录屏控 制系统的输出量是 （①处于移动状态的物体；②师生说话的音量；③黑板屏幕的图像画面；④录屏和存储）；
【解析】 自动跟踪摄像控制系统的输入量应该是物理量，因此处于移动状态的物体不是输入量；黑板屏幕的图像画面不是录屏控制系统的输出量。
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（3）控制系统优先跟踪说话的师生，再考虑跟踪移动的物体，这种自 动跟踪优先级的算法设计体现了系统分析的 （①科学性原则；②整体性原则；③综合性原则）；
【解析】 此题容易误选成“整体性原则”，注意，此处的先后并没有 重要性的不同，仅仅是算法设计的要求。
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（4）改造录播教室时，不．属．于．约束条件的是 （①教室的大 小；②摄像头的性能；③终端的安装位置）。
【解析】 终端的安装位置可以调节，因此不属于约束条件。
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25. 小明善于发现生活中的问题并加以解决。学过通用技术电子控制的 他发现家里的窗户很不智能，当外面下雨或者很干燥的时候，需要手动 去控制开关。家里没有人时，也不会自动关闭。于是他上网查阅资料后 决定利用通用技术教室里的电子元器件设计一个具有自动调节功能的窗 户系统。
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（1）整体分析：
小明首先对自动控制窗户系统做整体分析，决定设计成 环。请填 写整个控制框图。
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（2）输入设计：
小明经过整体分析和执行部件设计之后，输入部分采用 （填字 母）进行检测。
A. 光敏电阻 B. 湿度传感器 C. 红外传感器
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（3）执行设计：
小明经过整体分析之后，决定采用减速电机正反转来实现窗户的开关。 请你帮助小明完成该装置的草图设计。
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