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第5章　控制系统与工程
@夯实基础
1.下列控制系统属于开环控制的是( )
A.冰箱温度控制系统
B.声控灯开关控制系统
C.抽水马桶自动上水控制系统
D.鱼缸恒温控制系统
2.如图所示是一款抽水马桶水箱的水位控制装置。拨动冲水旋钮，出水阀打开，水箱冲水，与此同时，浮球下降，进水阀打开，水箱进水，当水箱的水位达到设定位置时，进水阀关闭停止进水。根据示意图和上述说明，下列有关该水箱的水位控制系统说法中不恰当的是( )
A.该控制系统的控制手段属于自动控制和机械控制
B.给定量是设定的水位，被控量是实际的水位，所以该控制系统是闭环控制
C.水箱的进水流量和出水流量都属于该控制系统的干扰因素
D.往水箱中放入一块砖块，该控制系统的输出量将不受影响
3.在自动控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较过程就是反馈。其作用是( )
A.减弱干扰因素
B.消除干扰因素
C.减少被控量的偏差
D.减少输入量的偏差
4.下列关于控制系统干扰因素的说法，正确的是( )
A.闭环控制系统比开环控制系统有更好的抗干扰能力
B.干扰因素是指能够引起控制系统中被控量发生变化的各种因素
C.在控制系统中干扰因素是需要克服的，不可以被利用
D.控制系统的干扰因素都是人为造成的
5.在家用空调器的温度自动控制系统中，下列分析不正确的是( )
A.被控对象是空调房间
B.执行器是制冷制热装置
C.输入量是房间实际温度
D.它是一个闭环控制系统
6.如图所示是一款太阳能饭盒，可以利用太阳能加热实现饭盒保温。该饭盒的保温控制系统中，被控量是( )
A.饭盒
B.太阳能
C.饭盒内实际温度
D.饭盒内的食物
7.如图所示为某机器控制系统的工作流程图，分别由电动机控制子系统、机械臂控制子系统组成。在电动机控制子系统中，两个检测元件检测伺服电机的转角和速度，输送给伺服控制器与工程师设定的值进行比较，伺服控制器根据比较的差值发出控制信号，驱动装置将信号转变成相应的电流驱动伺服电机。在机械臂控制子系统中，伺服电机驱动机械臂，达到对机械臂的位置和运动精确控制的目标。下列关于电动机子系统的分析中正确的是( )
A.电动机子系统是闭环控制子系统
B.伺服电机是执行器
C.驱动装置是控制器
D.被控对象是机械臂
8.自行车刹车控制过程如下：刹车时，施加一定的握把力，通过杠杆系统，使刹车片压紧车圈(或轮轴)，车轮减速。刹车握紧力与车轮转速一一对应，这是一个开环控制系统，在这个控制系统中执行器是( )
A.杠杆系统 B.握把
C.刹车片 D.车轮
9.如图所示是家用抽水马桶水箱水位自动控制原理图，其工作过程是：当水箱中的水位较低时，进水管进水，浮球随水箱水面上浮，达到设定水位后，杠杆带动针阀下降堵住进水口，从而稳定水箱水位。根据图示及其描述，下列关于该水位自动控制系统的分析中合理的是( )
A.浮球高度是被控量
B.控制过程没有检测装置
C.控制方式是闭环控制
D.设定水位是干扰因素
10.如图京东配送机器人是一个四轮小型无人驾驶电动货车，搭载了一套智能驾驶系统，该系统由一个高强度扫描雷达和无数摄像头构成，雷达和摄像头负责探测配送机器人的前后左右路况，如有人出现在前方，智能驾驶系统就会刹车。配送路线也是规划好的固定路线，如有快递到达校园，配送员先将快递放入车里，然后由系统通过APP或短信通知收件人，收件人确认后，“配送机器人”就自动开到固定停靠点送货，收件人输入密码便可打开配送车仓门收取快递，整个过程持续不到5分钟。如果收件人长时间不来收货，“配送机器人”就会驶离原地，在规定路线内巡回，或者给其他用户送货，送完之后再返回原地，发送短信等待刚才不在场的收件人来收快递。根据描述，“配送机器人”控制手段和控制方式分别属于( )
A.手动控制；开环控制
B.手动控制；闭环控制
C.自动控制；开环控制
D.自动控制；闭环控制
@拓展提高
1.如图所示是汽车轮胎维护控制系统示意图。汽车行驶时，压力传感器将检测到的轮胎压力信号传送给ECU电子控制单元，当轮胎气压比正常压力低10％时，车上的报警灯通知驾驶员，系统打开止回阀对管道进行加压并检查压力。如管道未达到目标压力，系统开始对轮胎进行充气，直到达到正常压力。关于轮胎的充气控制，下列说法不正确的是( )
A.输入量是正常压力值
B.被控对象是报警灯
C.控制器是ECU电子控制单元
D.该控制是闭环控制
2.上、下课自动打铃控制系统的控制过程如下：首先，接通系统工作电源，校对控制装置内时钟的时间(北京时间)。然后，依照课程表设定各时段的“打铃时刻”，此时，系统中的”微电脑时控器”根据设定时刻，每到一时刻就指令其“触点开关”通电吸合(即动触点与静触点相接合)，电铃系统工作并输出铃声，铃声延时6～10秒后，“触点开关”的触点分离，铃声停息。系统又进入下一时刻打铃预备状态。自动打铃控制系统的铃声输出与设定的“打铃时刻”相互对应。请回答下列问题：
(1)本控制系统属于开环还是闭环控制系统？
(2)本控制系统中的“控制器”和“被控对象”分别是什么？
　
(3)请画出该控制系统的方框图。
3.如图为不同材质的物料自动分拣系统。当按下设备电源按键后，电机运转，带动传送带传送物料。当传感器检测到的物料材质为对应材质时，由PLC控制柜控制相应的气缸推出，使物料离开传送带，进入相应滑槽，实现不同物料分类的功能。请根据示意图和描述，完成以下任务：
(1)该控制系统的控制手段与控制方式分别是　 　和　 　。
A.人工控制 B.自动控制
C.开环控制 D.闭环控制
(2)该控制系统的执行器是　 　。
A.气缸 B.电机
C.PLC控制柜
(3)下列不属于该控制系统干扰因素的是　 　。
A.物料材质的变化
B.传送带打滑
C.PLC输出信号异常
(4)为提升该系统的分拣精度，以下措施最不合理的是　 　。
A.提升传感器的灵敏度
B.增快电机的转速
C.提升PLC控制柜的信号处理能力
(5)3种材料传感器的排布顺序属于分拣器方案优化的　 　。
A.约束条件 B.影响因素
C.干扰因素
4.有一款智能行李箱，其自动跟随子系统通过超声波传感器检测自己与主人的距离，当内部CPU判断距离超过一定数值时，就会发送控制信号给直流电机，电机转动并带动万向轮滚动来缩短和主人的距离。当其检测到路径上有障碍物时，避障控制子系统则会自动调整行进方向。除此之外，该产品还具备电动骑行功能，人可坐在箱上且两侧配有脚蹬。请根据描述回答下列问题：
(1)从人机关系的角度出发，在设计脚蹬的位置时，主要考虑的是　 　。
A.静态的人 B.动态的人
(2)为实现电动骑行功能，设计时不需要考虑的是　 　。
A.箱体的强度
B.内部电源的容量
C.电动骑行的安全标准
D.使用者的设计能力
(3)自动跟随控制系统和避障控制系统的控制方式分别是　 　。
A.开环、开环 B.开环、闭环
C.闭环、开环 D.闭环、闭环
(4)自动跟随控制系统的执行器是　 　。
A.超声波传感器 B.直流电机
C.CPU D.行李箱
(5)若要优化自动跟随控制系统的控制精度，下列优化措施合理的是　 　。
A.提高万向轮的灵敏度
B.换用大功率的电机
C.提高超声波传感器的精度
D.增加超距报警功能
5.如图所示，这是水塔中的水箱水位控制系统。浮球位置随着水塔水位同步变化，浮球的位置即为实际水位。当水位下降到底部的常开干簧管时，磁性浮球使此处干簧管动作，触点闭合，驱动继电器动作，继电器闭合水泵电路使水泵工作抽水，水塔水位不断上升，当达到上部的常闭干簧管时，磁性浮球使此处干簧管动作，触点断开，继电器断开水泵电路抽水结束，水塔水位停止上升(干簧管在磁性作用下会打开或关闭管内的触点开关)。请根据示意图和描述，完成以下任务：
(1)该系统的控制手段和控制方式分别属于　 　和　 　(①手动控制；②自动控制；③开环控制；④闭环控制)。
(2)该系统的被控对象是　 　(①水箱；②水泵；③浮球)。
(3)若在使用过程中发现，水塔内水位尚未到达高水位就停下来，经过检查所有元件都是正常的，以下分析原因，不可能的是　 　。(①水塔内水位差距较大；②浮球磁性过强；③磁性浮球的磁性消失)
(4)水箱的盖子被大风吹掉，大型鸟类飞到池中觅食戏水，造成水面波动，引起水泵频繁启动和停止，这种因素被称为　 　。
@冲刺竞赛
(精选各地提前招生真题)
1.如图所示的阀门定位器，是启动调节阀的核心部件，起阀门定位作用。其工作原理：当进入波纹管的信号压力增加时，杠杆2绕支点转动，使杠杆末端挡板靠近喷嘴，使喷嘴节流、背压，这样使得工作气源经气动放大器后进入执行机构薄膜压力增加，推动连杆并带动平板一起向下移动，也使得摆杆向下压，偏心凸轮随之逆时针转动，推动滚轮使杠杆1向左运动，将反馈弹簧拉伸，当弹簧对杠杆2的拉力和信号压力作用在波纹管上的力达到平衡时，执行机构达到平衡，此时一定的信号压力就对应一定的阀门位置。请根据描述和示意图，完成以下各题：
(1)该系统的控制方式和控制手段分别是　 　、　 　。
A.闭环控制 B.开环控制
C.自动控制 D.人工控制
(2)系统设计时，需要对弹簧的长度、弹簧的倔强系数、偏心凸轮的弧度、杠杆1的长度等参数进行分析、建模，体现了系统分析的　 　。
A.整体性原则 B.科学性原则
C.综合性原则
(3)用大小合适钢板加工偏心凸轮，下列不可能用到的工具是　 　和　 　。
A.样冲 B.台虎钳
C.手摇钻 D.锉刀
E.活动扳手 F.铁锤
(4)该控制系统的被控对象是　 　。
A.弹簧 B.气膜室
C.阀门
2.随着音乐起伏而变化的音乐喷泉是控制技术的一种具体应用。其工作过程是由“声－电转换装置”将起伏的音乐强度转换为随之而变化的电信号，这种电信号驱动电动机带动水泵转动。音乐声信号强，水泵的转速就快，喷头的压力就大，喷出的水柱就高。反之，喷出的水柱就低。音乐信号的强弱与喷泉水柱的高低一一对应。请回答以下问题：
(1)音乐喷泉控制系统是开环控制还是闭环控制？
(2)该控制系统的输入信号和输出信号分别是什么？
　
(3)从控制系统组成的角度，分析“声－电转换装置”在此控制系统中起什么作用？第5章　控制系统与工程
@夯实基础
1.下列控制系统属于开环控制的是(　B　)
A.冰箱温度控制系统
B.声控灯开关控制系统
C.抽水马桶自动上水控制系统
D.鱼缸恒温控制系统
2.如图所示是一款抽水马桶水箱的水位控制装置。拨动冲水旋钮，出水阀打开，水箱冲水，与此同时，浮球下降，进水阀打开，水箱进水，当水箱的水位达到设定位置时，进水阀关闭停止进水。根据示意图和上述说明，下列有关该水箱的水位控制系统说法中不恰当的是(　C　)
A.该控制系统的控制手段属于自动控制和机械控制
B.给定量是设定的水位，被控量是实际的水位，所以该控制系统是闭环控制
C.水箱的进水流量和出水流量都属于该控制系统的干扰因素
D.往水箱中放入一块砖块，该控制系统的输出量将不受影响
3.在自动控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较过程就是反馈。其作用是(　C　)
A.减弱干扰因素
B.消除干扰因素
C.减少被控量的偏差
D.减少输入量的偏差
4.下列关于控制系统干扰因素的说法，正确的是(　A　)
A.闭环控制系统比开环控制系统有更好的抗干扰能力
B.干扰因素是指能够引起控制系统中被控量发生变化的各种因素
C.在控制系统中干扰因素是需要克服的，不可以被利用
D.控制系统的干扰因素都是人为造成的
5.在家用空调器的温度自动控制系统中，下列分析不正确的是(　C　)
A.被控对象是空调房间
B.执行器是制冷制热装置
C.输入量是房间实际温度
D.它是一个闭环控制系统
6.如图所示是一款太阳能饭盒，可以利用太阳能加热实现饭盒保温。该饭盒的保温控制系统中，被控量是(　C　)
A.饭盒
B.太阳能
C.饭盒内实际温度
D.饭盒内的食物
7.如图所示为某机器控制系统的工作流程图，分别由电动机控制子系统、机械臂控制子系统组成。在电动机控制子系统中，两个检测元件检测伺服电机的转角和速度，输送给伺服控制器与工程师设定的值进行比较，伺服控制器根据比较的差值发出控制信号，驱动装置将信号转变成相应的电流驱动伺服电机。在机械臂控制子系统中，伺服电机驱动机械臂，达到对机械臂的位置和运动精确控制的目标。下列关于电动机子系统的分析中正确的是(　A　)
A.电动机子系统是闭环控制子系统
B.伺服电机是执行器
C.驱动装置是控制器
D.被控对象是机械臂
8.自行车刹车控制过程如下：刹车时，施加一定的握把力，通过杠杆系统，使刹车片压紧车圈(或轮轴)，车轮减速。刹车握紧力与车轮转速一一对应，这是一个开环控制系统，在这个控制系统中执行器是(　C　)
A.杠杆系统 B.握把
C.刹车片 D.车轮
9.如图所示是家用抽水马桶水箱水位自动控制原理图，其工作过程是：当水箱中的水位较低时，进水管进水，浮球随水箱水面上浮，达到设定水位后，杠杆带动针阀下降堵住进水口，从而稳定水箱水位。根据图示及其描述，下列关于该水位自动控制系统的分析中合理的是(　C　)
A.浮球高度是被控量
B.控制过程没有检测装置
C.控制方式是闭环控制
D.设定水位是干扰因素
10.如图京东配送机器人是一个四轮小型无人驾驶电动货车，搭载了一套智能驾驶系统，该系统由一个高强度扫描雷达和无数摄像头构成，雷达和摄像头负责探测配送机器人的前后左右路况，如有人出现在前方，智能驾驶系统就会刹车。配送路线也是规划好的固定路线，如有快递到达校园，配送员先将快递放入车里，然后由系统通过APP或短信通知收件人，收件人确认后，“配送机器人”就自动开到固定停靠点送货，收件人输入密码便可打开配送车仓门收取快递，整个过程持续不到5分钟。如果收件人长时间不来收货，“配送机器人”就会驶离原地，在规定路线内巡回，或者给其他用户送货，送完之后再返回原地，发送短信等待刚才不在场的收件人来收快递。根据描述，“配送机器人”控制手段和控制方式分别属于(　C　)
A.手动控制；开环控制
B.手动控制；闭环控制
C.自动控制；开环控制
D.自动控制；闭环控制
@拓展提高
1.如图所示是汽车轮胎维护控制系统示意图。汽车行驶时，压力传感器将检测到的轮胎压力信号传送给ECU电子控制单元，当轮胎气压比正常压力低10％时，车上的报警灯通知驾驶员，系统打开止回阀对管道进行加压并检查压力。如管道未达到目标压力，系统开始对轮胎进行充气，直到达到正常压力。关于轮胎的充气控制，下列说法不正确的是(　B　)
A.输入量是正常压力值
B.被控对象是报警灯
C.控制器是ECU电子控制单元
D.该控制是闭环控制
2.上、下课自动打铃控制系统的控制过程如下：首先，接通系统工作电源，校对控制装置内时钟的时间(北京时间)。然后，依照课程表设定各时段的“打铃时刻”，此时，系统中的”微电脑时控器”根据设定时刻，每到一时刻就指令其“触点开关”通电吸合(即动触点与静触点相接合)，电铃系统工作并输出铃声，铃声延时6～10秒后，“触点开关”的触点分离，铃声停息。系统又进入下一时刻打铃预备状态。自动打铃控制系统的铃声输出与设定的“打铃时刻”相互对应。请回答下列问题：
(1)本控制系统属于开环还是闭环控制系统？
开环
(2)本控制系统中的“控制器”和“被控对象”分别是什么？
定时控制器　电铃(或蜂鸣器)
(3)请画出该控制系统的方框图。
3.如图为不同材质的物料自动分拣系统。当按下设备电源按键后，电机运转，带动传送带传送物料。当传感器检测到的物料材质为对应材质时，由PLC控制柜控制相应的气缸推出，使物料离开传送带，进入相应滑槽，实现不同物料分类的功能。请根据示意图和描述，完成以下任务：
(1)该控制系统的控制手段与控制方式分别是　B　和　C　。
A.人工控制 B.自动控制
C.开环控制 D.闭环控制
(2)该控制系统的执行器是　A　。
A.气缸 B.电机
C.PLC控制柜
(3)下列不属于该控制系统干扰因素的是　A　。
A.物料材质的变化
B.传送带打滑
C.PLC输出信号异常
(4)为提升该系统的分拣精度，以下措施最不合理的是　B　。
A.提升传感器的灵敏度
B.增快电机的转速
C.提升PLC控制柜的信号处理能力
(5)3种材料传感器的排布顺序属于分拣器方案优化的　B　。
A.约束条件 B.影响因素
C.干扰因素
4.有一款智能行李箱，其自动跟随子系统通过超声波传感器检测自己与主人的距离，当内部CPU判断距离超过一定数值时，就会发送控制信号给直流电机，电机转动并带动万向轮滚动来缩短和主人的距离。当其检测到路径上有障碍物时，避障控制子系统则会自动调整行进方向。除此之外，该产品还具备电动骑行功能，人可坐在箱上且两侧配有脚蹬。请根据描述回答下列问题：
(1)从人机关系的角度出发，在设计脚蹬的位置时，主要考虑的是　A　。
A.静态的人 B.动态的人
(2)为实现电动骑行功能，设计时不需要考虑的是　D　。
A.箱体的强度
B.内部电源的容量
C.电动骑行的安全标准
D.使用者的设计能力
(3)自动跟随控制系统和避障控制系统的控制方式分别是　C　。
A.开环、开环 B.开环、闭环
C.闭环、开环 D.闭环、闭环
(4)自动跟随控制系统的执行器是　B　。
A.超声波传感器 B.直流电机
C.CPU D.行李箱
(5)若要优化自动跟随控制系统的控制精度，下列优化措施合理的是　AC　。
A.提高万向轮的灵敏度
B.换用大功率的电机
C.提高超声波传感器的精度
D.增加超距报警功能
5.如图所示，这是水塔中的水箱水位控制系统。浮球位置随着水塔水位同步变化，浮球的位置即为实际水位。当水位下降到底部的常开干簧管时，磁性浮球使此处干簧管动作，触点闭合，驱动继电器动作，继电器闭合水泵电路使水泵工作抽水，水塔水位不断上升，当达到上部的常闭干簧管时，磁性浮球使此处干簧管动作，触点断开，继电器断开水泵电路抽水结束，水塔水位停止上升(干簧管在磁性作用下会打开或关闭管内的触点开关)。请根据示意图和描述，完成以下任务：
(1)该系统的控制手段和控制方式分别属于　②　和　④　(①手动控制；②自动控制；③开环控制；④闭环控制)。
(2)该系统的被控对象是　①　(①水箱；②水泵；③浮球)。
(3)若在使用过程中发现，水塔内水位尚未到达高水位就停下来，经过检查所有元件都是正常的，以下分析原因，不可能的是　①　。(①水塔内水位差距较大；②浮球磁性过强；③磁性浮球的磁性消失)
(4)水箱的盖子被大风吹掉，大型鸟类飞到池中觅食戏水，造成水面波动，引起水泵频繁启动和停止，这种因素被称为　干扰(或“干扰因素”)　。
@冲刺竞赛
(精选各地提前招生真题)
1.如图所示的阀门定位器，是启动调节阀的核心部件，起阀门定位作用。其工作原理：当进入波纹管的信号压力增加时，杠杆2绕支点转动，使杠杆末端挡板靠近喷嘴，使喷嘴节流、背压，这样使得工作气源经气动放大器后进入执行机构薄膜压力增加，推动连杆并带动平板一起向下移动，也使得摆杆向下压，偏心凸轮随之逆时针转动，推动滚轮使杠杆1向左运动，将反馈弹簧拉伸，当弹簧对杠杆2的拉力和信号压力作用在波纹管上的力达到平衡时，执行机构达到平衡，此时一定的信号压力就对应一定的阀门位置。请根据描述和示意图，完成以下各题：
(1)该系统的控制方式和控制手段分别是　A　、　C　。
A.闭环控制 B.开环控制
C.自动控制 D.人工控制
(2)系统设计时，需要对弹簧的长度、弹簧的倔强系数、偏心凸轮的弧度、杠杆1的长度等参数进行分析、建模，体现了系统分析的　B　。
A.整体性原则 B.科学性原则
C.综合性原则
(3)用大小合适钢板加工偏心凸轮，下列不可能用到的工具是　C　和　E　。
A.样冲 B.台虎钳
C.手摇钻 D.锉刀
E.活动扳手 F.铁锤
(4)该控制系统的被控对象是　C　。
A.弹簧 B.气膜室
C.阀门
2.随着音乐起伏而变化的音乐喷泉是控制技术的一种具体应用。其工作过程是由“声－电转换装置”将起伏的音乐强度转换为随之而变化的电信号，这种电信号驱动电动机带动水泵转动。音乐声信号强，水泵的转速就快，喷头的压力就大，喷出的水柱就高。反之，喷出的水柱就低。音乐信号的强弱与喷泉水柱的高低一一对应。请回答以下问题：
(1)音乐喷泉控制系统是开环控制还是闭环控制？
开环控制
(2)该控制系统的输入信号和输出信号分别是什么？
音乐信号的强度　喷泉水柱的高度
(3)从控制系统组成的角度，分析“声－电转换装置”在此控制系统中起什么作用？
声—电转换装置在此控制系统中起到控制器的作用

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