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第5章 控制系统与工程
知识点1 自动控制系统 1
知识点2 设计和制作控制系统 2
知识点1 自动控制系统
1. 自动控制的概念与应用
（1）定义：机器或装置能根据预设要求，自主收集信息、做出判断并完成操作，达到预期效果，区别于人工控制。
（2）流程：信息 → 信息 → 执行操作
（3）应用场景：
生活：楼道声光控灯、商店自动门、智能家居（指纹锁、人脸识别）
工业：汽车焊接机器人、自动化生产设备、无人救援机械
2. 自动控制系统的三大组成
组成部分 功能描述
信息收集系统 用传感器（如光敏、声敏、热敏）采集环境或状态信息，转化为 信号
信息处理系统 由 CPU或控制器 信号，分析判断并发出控制指令（无法直接穿过障碍，只能绕行）
执行操作系统 由电机、机械装置等 ，完成动作（如开门、关灯、改变运行路线）
3. 传感器的分类与应用
传感器类型 对应人体感官 功能描述 典型应用场景
光敏传感器 眼（视觉） 收集 信息 路灯自动控制、楼道灯白天关闭
声敏传感器 耳（听觉） 收集 信息 楼道声控灯、噪声监测仪
气敏传感器 鼻（嗅觉） 收集 或气体成分信息 空气质量监测、酒精检测仪
压敏或温敏传感器 皮肤（触觉） 收集 、 信息 电子秤、温控器、空调温度调节
化学传感器 舌（味觉） 收集 信息 环境监测、水质检测
【学以致用1】家用冰箱是一个自动控制系统。当冰箱内温度高于设定值时，压缩机开始工作；当温度达到设定值时，压缩机停止工作。在这个系统中，被控对象是（ ）
A. 温度设定按钮
B. 冰箱内的空气
C. 温度传感器
D. 压缩机
知识点2 设计和制作控制系统
1. 常见电子元器件功能
元器件名称 核心功能 典型应用场景
光敏电阻器 光照增强，电阻 楼道灯区分白天或夜晚
电容器 储存或释放电荷 电路电荷管理、滤波稳压
二极管 向导电（正向导通、反向截止） 控制电流方向、电路保护
发光二极管（LED） 正向导通时发光，反向截止时不发光 电源指示灯、电路状态指示
继电器 接收控制信号，控制强电 电机启停控制、空调模式切换
集成电路（CPU） 信息逻辑判断、运算处理 控制系统的信息处理核心
2. 简易电池传感器设计
（1）核心原理：二极管的
电流从二极管正极流向负极时，二极管导通发光；反向连接时，二极管截止不发光，可用来判断电池安装方向是否正确。
（2）电池安装检测仪器设计步骤
①电路设计：画出包含电池、发光二极管、导线的电路图，明确正负极连接关系。
②元件连接：按电路图连接器材，多次正向 / 反向安装电池，验证二极管发光状态是否符合预期。
③现象判断：
电池正向连接（正极接二极管正极）：二极管发光，说明安装正确；
电池反向连接（正极接二极管负极）：二极管不发光，说明安装错误。
【学以致用2】利用电磁继电器设计的自动水位控制系统如图所示，当水池内的水位较低时，电机 M 自动启动抽水；当水位达到一定高度时，电机自动停止。下列说法正确的是（ ）
A. 该控制系统的传感器是电磁铁，执行器是电机
B. 水位升高至水与 B 接触时，控制电路接通，电机开始工作
C. 电磁继电器的工作原理是电流的磁效应，可以利用控制电路的弱电流来控制工作电路的强电流，实现自动控制
D. 若要实现 “水位降低时抽水，水位过高时报警”，则只需将工作电路中的电机替换为报警灯即可第5章 控制系统与工程
知识点1 自动控制系统 1
知识点2 设计和制作控制系统 3
知识点1 自动控制系统
1. 自动控制的概念与应用
（1）定义：机器或装置能根据预设要求，自主收集信息、做出判断并完成操作，达到预期效果，区别于人工控制。
（2）流程：信息收集 → 信息处理 → 执行操作
（3）应用场景：
生活：楼道声光控灯、商店自动门、智能家居（指纹锁、人脸识别）
工业：汽车焊接机器人、自动化生产设备、无人救援机械
2. 自动控制系统的三大组成
组成部分 功能描述
信息收集系统 用传感器（如光敏、声敏、热敏）采集环境或状态信息，转化为电信号
信息处理系统 由 CPU或控制器接收信号，分析判断并发出控制指令（无法直接穿过障碍，只能绕行）
执行操作系统 由电机、机械装置等执行指令，完成动作（如开门、关灯、改变运行路线）
3. 传感器的分类与应用
传感器类型 对应人体感官 功能描述 典型应用场景
光敏传感器 眼（视觉） 收集光照信息 路灯自动控制、楼道灯白天关闭
声敏传感器 耳（听觉） 收集声音信息 楼道声控灯、噪声监测仪
气敏传感器 鼻（嗅觉） 收集气味或气体成分信息 空气质量监测、酒精检测仪
压敏或温敏传感器 皮肤（触觉） 收集压力、温度信息 电子秤、温控器、空调温度调节
化学传感器 舌（味觉） 收集化学分子特征信息 环境监测、水质检测
【学以致用1】家用冰箱是一个自动控制系统。当冰箱内温度高于设定值时，压缩机开始工作；当温度达到设定值时，压缩机停止工作。在这个系统中，被控对象是（ ）
A. 温度设定按钮
B. 冰箱内的空气
C. 温度传感器
D. 压缩机
【答案】B
【解析】A. 温度设定按钮：这是系统的输入装置，用来设定目标温度，不是被控制的对象，故 A 错误。
B. 冰箱内的空气：系统的控制目标是让冰箱内的温度（空气温度）稳定在设定值，压缩机的启停都是为了调节冰箱内空气的温度，因此冰箱内的空气是被控对象，故 B 正确。
C. 温度传感器：这是系统的检测装置（传感器），负责采集温度信号，不是被控对象，故 C 错误。
D. 压缩机：这是系统的执行器，负责执行制冷动作，不是被控对象，故 D 错误。
综上，正确答案为 B。
知识点2 设计和制作控制系统
1. 常见电子元器件功能
元器件名称 核心功能 典型应用场景
光敏电阻器 光照增强，电阻减小 楼道灯区分白天或夜晚
电容器 储存或释放电荷 电路电荷管理、滤波稳压
二极管 单向导电（正向导通、反向截止） 控制电流方向、电路保护
发光二极管（LED） 正向导通时发光，反向截止时不发光 电源指示灯、电路状态指示
继电器 接收控制信号，控制强电通断 电机启停控制、空调模式切换
集成电路（CPU） 信息逻辑判断、运算处理 控制系统的信息处理核心
2. 简易电池传感器设计
（1）核心原理：二极管的单向导电性
电流从二极管正极流向负极时，二极管导通发光；反向连接时，二极管截止不发光，可用来判断电池安装方向是否正确。
（2）电池安装检测仪器设计步骤
①电路设计：画出包含电池、发光二极管、导线的电路图，明确正负极连接关系。
②元件连接：按电路图连接器材，多次正向 / 反向安装电池，验证二极管发光状态是否符合预期。
③现象判断：
电池正向连接（正极接二极管正极）：二极管发光，说明安装正确；
电池反向连接（正极接二极管负极）：二极管不发光，说明安装错误。
【学以致用2】利用电磁继电器设计的自动水位控制系统如图所示，当水池内的水位较低时，电机 M 自动启动抽水；当水位达到一定高度时，电机自动停止。下列说法正确的是（ ）
A. 该控制系统的传感器是电磁铁，执行器是电机
B. 水位升高至水与 B 接触时，控制电路接通，电机开始工作
C. 电磁继电器的工作原理是电流的磁效应，可以利用控制电路的弱电流来控制工作电路的强电流，实现自动控制
D. 若要实现 “水位降低时抽水，水位过高时报警”，则只需将工作电路中的电机替换为报警灯即可
【答案】C
【解析】选项 A 分析传感器的作用是检测被控量（水位）的变化并转化为电信号，本系统中是水池内的电极（A、B）检测水位变化，而非电磁铁；电磁铁是控制电路的核心元件，不是传感器。执行器是电机，但前半句错误，故 A 错误。选项 B 分析当水位升高至水与 B 接触时，控制电路接通，电磁铁产生磁性，吸引衔铁向下，使电机所在的工作电路断开，电机停止工作（而非开始工作），故 B 错误。选项 C 分析电磁继电器的工作原理是电流的磁效应（通电导体周围存在磁场），它的核心作用是用控制电路的弱电流（低压），间接控制工作电路的强电流（高压），从而实现自动控制和安全隔离，故 C 正确。选项 D 分析若仅将电机替换为报警灯，当水位过高时，控制电路接通、衔铁吸下，工作电路断开，报警灯反而不亮；而水位降低时控制电路断开、衔铁弹起，报警灯接通发光，与 “水位过高时报警” 的需求相反。要实现该功能，需要将报警灯接在衔铁吸下时接通的触点上，或调整电路连接方式，仅替换电机无法实现，故 D 错误。综上，正确答案为 C。

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