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课时20　系统分析与设计　系统设计的优化与实施
考点一　系统分析与设计
一、系统分析
1.定义
为了发挥系统的功能,实现系统的目标,运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验,并在此基础上拟订一套有效的处理步骤和程序,或对原有的系统提出改进方案的过程,就是系统分析。
2.意义
系统分析是系统设计的重要环节,借助于系统分析,可以正确地提出整体目标,恰当地选择方案,科学地确定行动的方略。
二、系统分析的一般过程
系统分析的一般过程 内容
　　　　 明确所分析的系统及其结构,确定所要研究问题的性质和范围,提出所要达到的目标,明确约束条件
　　　　 收集相关资料,制订解决问题的各种备选方案,进行多目标的权衡与分析,并明确技术实践路线
　　　　 对系统进行整体分析,对各子系统进行分析,对系统进行建模与推演,将各种方案进行评价对比
　　　　 通过实证对方案的实施效果做出评判。如果对方案不够满意,还可按上述程序进行反复,直到获得满意的方案为止
三、系统分析方法——建模
用建模的形式对系统进行分析和研究的方法是系统科学的基本方法。建模的基础是找到不同事物或现象之间的相似性,这种相似性包括外形相似、结构相似、行为相似、功能相似或逻辑关系相似等。
1.模型的含义
模型是对系统的理想化抽象或简化表示,描绘了现实系统的某些主要特点,是为了客观地研究系统而发展起来的。
2.模型的特征
(1)它是现实系统的抽象或模仿。
(2)它是由那些与所分析问题有关的要素构成的。
(3)它表明了有关要素间的相互关系。
3.常用的模型
(1)　　　　　
①含义:用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型;
②特点:数学模型突出事物的主要因素,舍弃事物的次要因素,便于抓住事物的本质进行分析研究。
(2)　　　　　
①含义:用封闭的小框图代表系统的各个要素或子系统,在框图内或框图边注明要素或子系统的名称,按照系统的结构模式把它们排列安置于适当位置,用无向线段或有向线段把这些小框图连接起来,以表示系统的基本结构框架,再用无向线段或有向线段表示系统与环境的联系;
②最简单的框图模型是　　　　　　模型,也叫系统的概念模型。它把系统内在的要素与结构简化为一个矩形方框,把环境对系统的作用统称为输入,把系统对环境的作用统称为输出。
四、系统分析的主要原则
1.　　　　　
系统分析首先要着眼于系统整体,要先分析整体,再分析部分;先看全局,后看局部;先看全过程,再看某一个阶段;先看长远,再看当前。
2.　　　　　
系统分析一方面要有严格的工作步骤,另一方面应尽可能地运用科学方法和数学工具进行定量分析,使决策的过程和结果更具说服力。
3.　　　　　
系统分析总是为实现系统目标服务的。当系统存在若干个目标时,应将目标排出优先次序,首先实现最优先的目标,然后尽可能在不损害第一个目标的前提下完成下一个目标。这就需要综合分析,统筹兼顾,不可顾此失彼,因小失大。
五、系统设计
1.含义
在系统分析的基础上,设计出满足预定目标的系统的过程。它既包含了对某个系统进行技术设计本身的内容,同时又需要运用系统的思想和方法对其设计过程进行分析和设计。
2.步骤
将系统分解为若干子系统→确定各子系统的目标、功能及其相互关系→对子系统进行技术设计和评价→对系统进行总体技术设计和评价等。
考向　系统分析与设计
【典例1】 (2025·6月浙江选考)如图所示是一种鲐鱼鱼体姿态控制系统的示意图,其工作过程是:鱼体以随机姿态逐条送入传送带,ARM单片机根据工业相机采集的鱼体图像判断出鱼体姿态,并发送信号给Arduino单片机。当光电传感器检测到鱼体到达作业位置时,发送信号给Arduino单片机,Arduino单片机结合鱼体姿态,通过继电器模块驱动电磁阀来控制相应机构将鱼体调整成设定姿态。下列从系统角度进行的分析中恰当的是(　　)
A.专门用于鲐鱼鱼体姿态的调整,体现了系统的环境适应性
B.ARM单片机能判断鱼体姿态,体现了系统的目的性
C.从系统分析的整体性原则出发,先考虑姿态判断,再考虑姿态调整
D.从系统分析的科学性原则出发,通过试验获得相关参数后计算确定系统处理速度
答案　D
解析　本题考查系统的特性和系统分析的一般原则。专门用于鲐鱼鱼体姿态的调整,体现了系统的目的性;ARM单片机是系统的组成部分,属于要素的功能,没有体现系统的目的性;系统分析的整体性原则体现在先分析整体再分析局部。鱼体姿态判断和姿态调整是系统的两个部分,考虑他们的先后没有体现系统分析的整体性原则。系统分析的科学性原则体现在决策的过程中,运用科学方法和数学工具。通过试验获得相关参数后计算确定系统处理速度,体现了系统分析的科学性原则。
【变式】 (2025·1月浙江选考)如图所示的激光除草车中,激光除草系统主要包括计算机、摄像机和激光器等,其工作原理是:计算机根据摄像机获取的图像信息,辨识出杂草并计算其位置,据此控制电机调整激光的角度,并通过继电器控制激光器发射激光将杂草烧焦,完成除草。下列关于激光除草系统的分析中不恰当的是(　　)
A.摄像机的分辨率会影响该系统除草的准确性,体现了系统的环境适应性
B.摄像机的拍摄速度与计算机的运算速度需要匹配,体现了系统的相关性
C.设计时经过计算和试验确定激光器的功率,体现了系统分析的科学性原则
D.设计时在保证除草效果的前提下,还考虑了提高速度、降低成本等目标,体现了系统分析的综合性原则
答案　A
解析　部分影响整体,体现了系统的整体性,A错误;部分影响部分,体现了系统的相关性,B正确;运用科学方法进行分析和设计,体现了系统分析的科学性原则,C正确;在确保主要目标的前提下,统筹兼顾其余目标,体现了系统分析的综合性原则,D正确,本题选择A。
【典例2】 (2024·1月浙江选考)如图所示是调压铸造炉的压力控制系统。铸造炉内抽真空及加热后,控制器控制先导阀接通控制气路,经减压阀Ⅰ减压的氩气驱动背压阀接通主气路,经减压阀2减压的氩气大流量、快速进入铸造炉。压力计检测炉内压力,当压力达到设定值时背压阀断开主气路,低于设定值时背压阀接通主气路充气,使炉内压力保持稳定。下列关于压力控制系统的分析中正确的是(　　)
A.压力计安装靠近铸造炉,是为了更准确检测炉内压力变化
B.高压气源的压力不影响炉内压力达到设定值的时间
C.该系统的目的是用氩气来驱动背压阀接通和断开主气路
D.控制气路和主气路可共用一个减压阀
答案　A
解析　选项A该系统的目的是控制铸造炉内的压力,因此压力计要靠近铸造炉以准确检测压力变化。选项B高压气源的压力影响进入铸造炉内氩气的流速,进而影响充气时间。选项C该系统的目的是控制铸造炉内的压力。选项D根据题目描述,主气路相对于控制气路,“氩气大流量、快速进入铸造炉”,所以可以推断两个减压阀的减压效果不同。
【变式】 (2026·1月浙江选考)如图所示的工件加工系统,由工件定位控制、机床加工和计数子系统组成,其工作过程为:位置控制器将位置传感器获取到的工件位置信息与设定位置进行比校,当工件到达设定位置时,位置控制器发送指令给传送机构,传送机构停止运行,此时工件加工位置处于刀具下方。同时计数器计数,位置控制器向通用机床控制电路发出加工信号,刀具开始对工件进行加工。
下列对工件加工系统的分析,不恰当的是 (　　)
A.题图所给的系统模型不属于数学模型
B.传送机构的运行速度是定位精度优化的影响因素
C.先满足定位精度的要求,再考虑传送效率等目标,体现了系统分析的综合性原则
D.缩小刀具与工件之间的距离,可以提高加工位置的定位精度
答案　D
解析　法一　A选项,数学模型是指用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型,故A合理。B选项,传送机构的运行速度可人为调节,属于影响因素,故B合理。C选项,统筹兼顾多个目标,体现系统分析的综合性原则,故C合理。D选项,刀具与工件之间的距离不影响加工位置的定位控制,故D不合理。
法二　A选项中数学模型是指“用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型”,题图所给的系统模型不符合数学模型的特征,选项正确。B选项中“传送机构的运行速度”是人为可以调节的因素,属于定位精度优化的影响因素,选项正确。C选项中“定位精度的要求”和“传送效率”都是系统的部分目标,多个目标尽可能都实现,体现了系统分析的综合性原则,选项正确。D选项“缩小刀具与工件之间的距离”是输入设定位置的变化,对提高加工位置的精度无影响,D选项不恰当。
考点二　系统设计的优化与实施
一、系统设计的优化
1.系统优化:在给定的条件(或约束条件)下,根据系统的优化目标,采取一定的手段和方法,使系统的目标值达到　　　　　　　　。
2.目标函数:是　　　　　　　　　　　　　　　的关系。
3.影响系统优化的因素:对系统的目标函数产生显著影响,并且　　　　　　　　的因素。
4.约束条件:对系统优化起着限制作用,并且　　　　　　　　的因素。
二、最优化方法
为使系统达到最优的目标而提出的求解方法。
无论运用数学模型求解或通过科学的估算、试验等方法实现,都要经过若干次完善和验证,才能得出最优解或满意解。
三、系统设计的实现
系统设计
的实现
考向　影响系统优化的因素及约束条件
【典例】 如图所示的皮带舒张控制系统部分结构,当旋转丝杠向左运动时,皮带处于张紧状态,如图a所示;当旋转丝杠向右运动时,皮带松开,如图b所示。以下有关皮带舒张控制系统的分析中不合理的是(　　)
A.改变杆2杆3的长度,可以实现皮带的不同舒张程度,体现系统的目的性
B.丝杠螺纹长度的确定要考虑到杆2和杆3的长度,体现了系统的相关性
C.底座的稳定性不属于系统优化的影响因素
D.皮带的弹性属于系统优化的约束条件
答案　C
解析　本题考查系统的特性和系统优化。选项A,通过改变杆的长度来调节皮带的舒张程度,属于该系统的功能,体现目的性;选项B,螺杆、杆2和杆3都属于系统的部分,它们之间相互影响,体现了相关性;选项C,底座的稳定性会影响该系统的优化,且设计者优化系统过程中能调节底座的稳定性,因此属于影响因素;选项D,皮带的弹性在原有的传送系统中已经固定,无法在皮带舒张控制系统中被替换或改变,属于约束条件。
【变式】 如图所示是某款蒸汽机转速控制示意图。其原理是利用蒸汽机带动一根竖直的轴转动,这根轴上装有一个四连杆机构,连杆带有两个重球。当蒸汽机转动加快超过某一限定值时,竖轴也转动加快,两个重球随之升高,这时与重球连接的调节杠杆便将蒸汽阀门关小,从而使蒸汽机的转速降低一些。反之,若蒸汽机的转速过慢,则竖轴转动过慢,重球的位置也下降,这时连杆便将阀门开大,从而使蒸汽机转速加快。下列关于该系统的分析中不正确的是(　　)
A.套筒上的弹簧弹性变差,影响了蒸汽机转速的控制精度,体现了系统的整体性
B.通过计算重球的重量、弹簧的劲度系数来确定杠杆的力臂,体现了系统分析的科学性原则
C.蒸汽机的性能属于该系统优化的约束条件
D.该系统可以使蒸汽机以恒定的转速运行,体现了系统的目的性
答案　C
解析　选项A套筒上的弹簧弹性变差,影响了蒸汽机转速的控制精度,是系统的部分影响整体,体现了系统的整体性;选项B通过计算重球的重量、弹簧的劲度系数来确定杠杆的力臂,是运用科学方法和数学工具进行定量分析,体现了系统分析的科学性原则;选项C约束条件对系统优化起着限制作用,并且不能人为调节的因素。蒸汽机的性能是对蒸汽机系统的目标函数产生显著影响,并且可以人为调节的因素,是属于该系统优化的影响因素,而不是约束条件;选项D设计该系统的目的就是可以使蒸汽机以恒定的转速运行,体现了系统的目的性。故本题正确答案选C。
约束条件与影响因素的区别
区别 实例
约束 条件 对系统优化起着限制作用,并且不能人为调节的因素 ①天气、气候等因素对农作物套种起着限制作用,是不能人为调节的 ②优化某一系统时,各种标准、设计要求和设计者设计能力 ③对学校供水压系统优化时,自来水场供水水压就是约束条件 ④教室空间布置优化时,教室的大小 ⑤大桥系统的使用年限、抗台风等级、最大通航等级
影响系 统优化 的因素 对系统的目标函数产生显著影响,并且可以人为调节的因素 ①套种的技术水平、套种的田间管理、病虫害防治等对套种的产量产值有直接影响,这些是增产增收的影响因素,可以人为调节、可优化 ②温度控制系统中,温度传感器的灵敏度 ③充电桩系统的供给电压、系统的电路性能、充电桩的检查维护 ④学校计算机系统优化时,管理者的水平
自我校对:
考点一
二、明确问题,设立目标　收集资料,制订方案　分析计算,评价比较　检验核实,作出决策
三、3.(1)数学模型　(2)框图模型　②输入—输出
四、1.整体性原则　2.科学性原则　3.综合性原则
考点二
一、1.最大化(或最小化)　2.系统目标与系统中的某些元素之间　3.可以人为调节　4.不能人为调节
1.(2020·7月选考真题)如图a所示是印刷机中纸筒放卷张力控制系统示意图。该系统采用机械方式检测与控制纸的张力,控制精度不高,导致印刷时套印不准。企业为了提高印刷质量,采用库存的力传感器、伺服电机等将控制系统改装成图b所示。从系统的角度,下列分析中不正确的是(　　)
A.库存的力传感器的灵敏度是该系统优化的约束条件
B.优化前后的两种控制系统都可分为检测、控制和执行子系统
C.系统的优化手段是改变张力检测和放卷速度控制形式
D.优化时先考虑力传感器的灵敏度,再考虑印刷质量,体现了系统分析的整体性原则
答案　D
解析　选项A:传感器的选择属于影响因素,但指定库存传感器则属于约束条件,选项正确;选项D:没有体现先整体,再部分,是先部分,再整体,不体现整体性原则,选项错误。
2.如图所示的机器人可自主更换电池,其控制系统包括机器人位置控制子系统和电池更换控制子系统。工作过程为:当电量传感器检测到电池电量少于20%时,机器人通过视觉传感器识别电池仓位置,主控芯片规划运动路径并控制驱动装置使机器人行进至目标位置;当压力传感器检测到机械手接触电池时,机器人快速完成电池更换。下列从系统角度进行的分析中恰当的是(　　)
A.复杂环境会影响机器人的工作效率,体现了系统的相关性
B.电量少于20%时会自主更换电池,体现了系统分析的科学性原则
C.设计时优先考虑机械臂的控制程序,体现了系统分析的整体性原则
D.机器人更换电池时应有辅助电源保持供电
答案　D
解析　A.复杂环境会影响机器人的工作效率,体现了系统的相关性,环境影响效率,不是相关性而是环境适应性。B.电量少于 20%时会自主更换电池,体现了系统分析的科学性原则,没有体现人在系统设计中的科学计算分析,不是系统的科学性原则。C.设计时优先考虑机械臂的控制程序,体现了系统分析的整体性原则,整体性原则是先看全局再看局部。D.机器人更换电池时应有辅助电源保持供电,辅助功能方便使用,正确。
3.(2025·4月台州二模)如图所示是粉末状物料自动称重系统示意图,包括称重子系统和料仓防粘结子系统。称重时,计算机实时读取电子秤测量的物料重量,并与设定值进行比较,当重量存在偏差时,计算机控制电机调节螺旋送料器送料速度,直至料杯内物料重量达到设定值时完成称重。料仓内物料粘结时,激振器开启使结块物料变成粉末状,保证料仓物料顺利进入螺旋送料器。下列关于粉末状物料自动称重系统的设计与分析中错误的是(　　)
A.料仓防粘结子系统会影响称重子系统正常工作,体现了系统的相关性
B.螺旋送料器持续旋转送料易磨损,需定期更换,体现了系统的动态性
C.计算机实时读取电子秤测量的物料重量,体现了系统分析的科学性原则
D.电子秤的测量精度是系统优化的影响因素
答案　C
解析　A.子系统与子系统之间的联系体现系统的相关性,正确。B.长期使用,系统内部慢慢发生改变体现系统的动态性,正确。C.科学性原则指的是在设计系统时,用数理方法进行分析。所以错误。D.电子秤的精度影响系统的优化,正确。
4.如图所示为物料自动混合控制系统示意图,其中物料A是一种粒度比较小的固体物料,当物料A下落到电子皮带上时,压力传感器将测得的数据传送到PLC与给定值进行比较。根据比较结果调节变频电机M1的转速,从而控制物料A的给料量。物料B为液体物料,液位传感器将检测到液位信号传送到PLC,由PLC控制调节阀的开度,从而控制物料B的给料量。搅拌电机M2能根据搅拌容器中液位的变化,实时调整转速。关于该物料自动混合控制系统,下列分析中正确的是(　　)
A.压力传感器的精度影响着物料A的给料量,体现了系统的动态性
B.变频电机M1的性能是系统优化的影响因素
C.搅拌电机M2能根据搅拌器中液位变化,实时调整转速,体现了系统的环境适应性
D.确定电机M2的功率时,需要考虑容器的大小和物料A与物料B的配比,体现了系统分析的综合性原则
答案　B
解析　A.压力传感器对物料A的影响属于系统的相关性;C.搅拌器中液位不属于外部环节,所以不能体现环境适应性;D.确定电机M2的功率时,需要系统设计者进行数理分析,体现了系统分析的科学性原则。
5.快递分拣系统可实现快递的自动识别与分类,其核心组成包括识别摄像头、数据处理计算机、分拣机械臂、传送带及分装箱。其控制过程为:摄像头拍摄快递面单并上传信息,计算机识别面单中的信息后,明确投放位置目标、计算出相关投放时间,并调整传送带速度,由分拣机械臂将快递夹抓投放至对应的分装箱,完成分拣。下列关于快递分拣系统的分析中,不恰当的是(　　)
A.识别摄像头的识别精度会影响分拣正确率,体现了系统的环境适应性
B.机械臂的分拣投放时间与传送带的速度相匹配,体现了系统的相关性
C.设计时通过力学计算与多次试验确定机械臂的抓取力度,体现了系统分析的科学性原则
D.设计时在保证分拣准确率的基础上,同时考虑提升分拣效率、降低设备能耗,体现了系统分析的综合性原则
答案　A
解析　A.识别摄像头的识别精度会影响分拣正确率,体现了系统的环境适应性,错误。要素影响整体,是整体性。B.机械臂的分拣投放时间与传送带的速度相匹配体现了系统的相关性,正确,要素和要素之间的关系。C.设计时通过力学计算与多次试验确定机械臂的抓取力度体现了系统分析的科学性原则。通过科学计算得到正确结论。正确。D.设计时在保证分拣准确率的基础上,同时考虑提升分拣效率、降低设备能耗,体现了系统分析的综合性原则,目标之间有优先顺序,正确。
6.如图所示是某牛舍环境监测控制系统的示意图。它可以使用手机APP实现对牛舍进行实时监测及自动控制。其工作过程为:牛舍内各传感器实时监测采集场内温度、湿度、光度、空气质量信息,单片机单元将接收的信息进行判断处理,根据偏差值驱动驱动电路调整执行单元对牛舍进行精准控制。监测信息会在触摸屏上显示,若超出范围,单片机单元接通电子开关发出报警信息。关于该牛舍环境监测控制系统,下列分析中不正确的是(　　)
A.该系统可以划分为物联网模块子系统、显示报警子系统、空气质量、温度及湿度控制子系统等
B.设计该系统时,既要考虑运行成本,又要考虑控制功能,体现系统分析的综合性原则
C.通过手机APP能够实现对牛舍环境实时监测,体现系统的目的性
D.若对该系统进行优化,单片机、各传感器、驱动电路及牛舍大小都是系统优化的影响因素
答案　D
解析　牛舍大小为约束条件。
【基础巩固篇】
1.如图所示为某小区的一款人脸识别门禁系统,该系统主要由人脸识别仪、控制芯片、电动机、三辊闸、散热风扇、电源等部分构成。当识别仪检测到人脸信号时,控制芯片将当前人脸信息与数据库中的人脸信息进行比较,如果为小区人员就控制电机运作,带动三辊轧转动,人可通过。
下列关于该人脸识别门禁系统说法中,错误的是(　　)
A.摄像头的清晰程度属于该系统优化的影响因素
B.设计系统时,先考虑电源,再考虑识别仪精度,体现了系统分析的整体性原则
C.该系统在长时间使用后,三辊闸会松动,体现了系统的动态性
D.天变黑时,识别仪用闪光灯补充亮度,体现了系统的环境适应性
答案　B
解析　系统分析的整体性原则首先着眼于系统整体,先分析整体再分析部分,B选项中的电源和识别仪精度没有部分和整体的关系,说法错误。
2.(2024·4月湖丽衢)如图所示是板材自动裁切控制系统,包含板材长度控制子系统和裁切子系统。其工作过程:电动机通过皮带、主轴带动输送带,旋转编码器对主轴运行的线距离进行检测,当检测到的线距离长度与设定长度相等时,PLC控制电动机暂停输送板材;此时PLC控制气动装置驱动裁切刀具对板材进行裁切。下列关于板材自动裁切控制系统的分析中正确的是(　　)
A.需定期检查皮带的磨损情况,体现了系统的整体性
B.该系统的目的是通过旋转编码器精准测定主轴运行的线距离
C.若主轴在带动输送带时出现打滑,则会影响板材裁切的实际长度
D.PLC既要控制电动机的运行,又要控制气动装置,体现了系统分析的综合性原则
答案　C
解析　A.需定期检查皮带的磨损情况,体现了系统的动态性,A错误;B.该系统的目的定长裁切板材,故B错误;C.若主轴在带动输送带时出现打滑,板材裁切的实际长度变短,故C正确;D.PLC既要控制电动机的运行,又要控制气动装置,这是系统中某个部分的功能,不是综合性原则。D错。
3.如图所示为钢制滚珠自动分选控制系统,其工作过程:PLC控制气缸使推杆运动,推动滚珠至测量位置,传感器测量头下移压住滚珠进行直径测量;PLC根据测定的直径值控制相应容器的电磁翻板开启,并使限位挡板下移,推杆推动滚珠落入容器中。从系统角度分析,关于该系统说法不正确的(　　)
A.传感器的检测精度是该系统优化的约束条件
B.能将不同直径的滚珠推进对应的容器,体现了系统的目的性
C.需要定期维护推杆,体现了系统的动态性
D.系统设计时,需要对气缸、电磁翻板等的工作参数进行计算和反复调试,体现了系统分析的科学性原则
答案　A
解析　传感器的检测精度是该系统优化的影响因素。
4.如图所示是某注肥控制系统,该系统包含定量注肥控制子系统和过压保护子系统。定量注肥子系统工作过程为:通过流量传感器获取系统实际排出的施肥量,与设定值进行比较来控制压力泵,从而精确控制施肥量。过压保护子系统的工作过程为:压力正常时,电磁阀处于关闭状态,当管道意外堵塞或注肥口关闭时,管内压力增大超过安全值时,控制器控制继电器打开电磁阀,使管道内的液态肥料部分回流。关于定量注肥子系统,下列分析中不正确的是(　　)
A.可以精确控制施肥量,体现了系统的目的性
B.流量传感器的灵敏度是该系统优化的影响因素
C.过滤网使用一段时间后要进行更换,体现了系统的动态性
D.设计该系统既要考虑显示器,又要考虑压力泵等,体现了系统分析的综合性原则
答案　D
解析　B.传感器可以换,精度可以改变,是影响因素。D.显示器、压力泵都是系统下的元素,不是同时实现多个目标,不是系统分析的综合性原则。
5.如图所示为高速入口的ETC专用通道,汽车驶入高速时,车辆检测装置和路测无线装置检测汽车账户和位置信息,车道服务器在核实信息后,控制装置将自动栏杆升起,允许车辆驶入。车道监视摄像机同时识别车牌信息,提供更可靠的识别准确性。下列关于该系统的说法中不正确的是(　　)
A.车道监视摄像机能在雨雾天气工作,保持较高识别率,体现了系统的环境适应性
B.路测显示器和龙门显示装置故障,导致系统运行效率降低,体现了系统的整体性
C.各设备之间的距离、参数要经过匹配和建模分析,体现了系统分析的科学性原则
D.新能源车、传统燃油车、特种车辆等不同颜色的车牌属于该系统优化的影响因素
答案　D
解析　A.雨雾天气是外界环境的变化,体现其环境适应性较好;A对;B.组成系统的部分构件故障引起系统功能的发挥,属于系统分析的整体性原则:B对;C.系统优化者需要对这些数据采用科学的方法,借助数学运算建模分析,属于典型的科学性原则;C对;D.车牌颜色不会对系统优化造成影响且属于系统优化者无法改变的,不属于系统优化的影响因素。
6.如图所示是一款感应飞行器,其控制部分可分为机翼转速控制子系统和碰撞机翼停转子系统。机翼转速控制子系统工作过程:打开电源开关,小黄人通过脚下红外线发射和接收装置检测和其正下方障碍物(如:手、纸片等)的距离。当距离较小时控制电路控制电机,电机通过齿轮组带动机翼高速转动,小黄人升空;当检测到和正下方障碍物的距离较大时,机翼转速下降,小黄人缓慢落下。当小黄人飞行过程中发生碰撞时,传感器检测到振动信号,机翼停转。从系统的角度,下列分析中不正确的是(　　)
A.内部齿轮组发生故障,小黄人就无法飞行,体现了系统的整体性
B.顶部机翼采用了双平衡杆,使飞行更稳定,体现了系统的目的性
C.电机性能是影响该系统优化的因素
D.设计时,既要考虑飞行器的成本,又要兼顾其功能和趣味性,体现了系统分析的整体性原则
答案　D
解析　选项C,在没有特别条件说明下,电机性能一般认为可以人为改变;选项D,体现系统分析的综合性原则。
7.如图所示为平台小球位置控制系统示意图。其工作过程为:摄像机连续获取小球的实时位置信息(如图a所示),控制器将接收到的小球位置信息与设定位置进行比较,计算出小球与设定位置的偏差值,控制舵机驱动器,通过舵机调整平台倾斜角度(如图b所示),使小球移动到设定位置。关于平台小球位置控制系统,下列说法不恰当的是(　　)
A.小球能自动归位,体现了系统的目的性
B.摄像头的清晰度下降,体现了系统的动态性
C.控制器能将摄像头采集到的信息进行计算、分析,体现了系统分析的科学性原则
D.平台的平整度是系统优化的影响因素
答案　C
解析　类似的题目出现多次,该题中控制器的作用体现系统的目的性,与系统分析科学性原则的概念不符合,系统分析的原则指人在分析系统时应遵循的原则。
8.如图所示是货物自动分拣控制系统,分拣原理是:货物按一定初速经过扫码机,扫码机读取货物上的条形码,并将扫码信息传送给转向控制器,转向控制器控制伺服电机转动,从而指定滚轮做出相应角度动作,控制货物移动方向,完成不同货物的分拣工作。下列关于该自动分拣控制系统的分析中不正确的是(　　)
A.能自动将货物分拣到不同方向,体现了系统的目的性
B.设计时先考虑分拣精度,再考虑制作成本,体现了系统分析的综合性原则
C.伺服电机的精度会影响滚轮转角的精度,体现了系统的相关性
D.货物的重量属于影响系统优化的因素
答案　D
解析　系统的目的性是系统能实现的功能,A选项正确;分拣精度和制作成本是系统需要实现的多个目标,B选项正确;伺服电机的精度会影响滚轮转角的精度,是系统中要素和要素之间的关系,C选项正确;在货物自动分拣控制系统中,货物的重量是不可以人为调节改变的属于系统优化的约束条件,所以D选项不正确。
【能力提升篇】
1.(2023·11月杭州某重点高中)如图所示的平面贴标机系统,包括传送子系统和贴标子系统,其工作过程为:标签检测装置检测到标签后,停止贴标机皮带的运转;当产品检测装置检测到产品后,根据检测距离L和产品传送带的速度,计算出延时时间;当延时时间到,启动贴标机皮带运转,通过贴标压轮(未画出)使标签准确贴到产品的规定位置。下列关于该平面贴标机系统的说法中,不正确的是(　　)
A.传送子系统和贴标子系统之间相互作用、相互联系
B.长时间运行后需要对传送带进行维护,体现了系统的动态性
C.系统设计时,要从整体功能出发,以将标签准确贴到产品的规定位置为目标
D.系统可根据计算出的延时时间启动标签皮带机,体现了数学建模的系统分析方法
答案　D
解析　系统分析是人运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较和试验;D选项是控制系统的分析计算,不能体现系统分析方法。
2.如图所示为某全自动标签回卷控制系统,其工作过程为:传感器探测标签的边缘,测得标签的实际位置并与设定位置进行比较,将两者的偏移量转换成相应的电信号,再将电信号输送至控制器,经控制器放大、校准后,驱动电机将标签纸校准至设定位置。 从系统的角度分析,关于该标签回卷控制系统,下列说法不正确的是(　　)
A.该标签回卷控制系统由电源、位置传感器、电机、支架等部件组成,体现了系统的整体性
B.设计该回卷控制系统时,需要对回卷速度、电机驱动行程、标签偏移量等数据反复论证,体现了系统分析的综合性原则
C.该系统适配市面上大多数尺寸的标签纸,体现了系统的环境适应性
D.驱动电机的工作精度是该系统优化的影响因素
答案　B
解析　设计该回卷控制系统时,需要对回卷速度、电机驱动行程、标签偏移量等数据反复论证,体现了系统分析的科学性原则而不是综合性原则。所以选B。
3.(2024·12月县域联盟)交通违章记录系统由雷达测速子系统、车牌自动识别子系统组成。雷达测速子系统通常由测速雷达、高清摄像头和闪光灯等部分组成,雷达是交通安全管理中常用的测速设备,闪光灯配合高清摄像头完成对超速车辆的抓拍。车牌自动识别子系统接收到的抓拍图片是基于网络传输至指挥中心的数据库,能自动完成车牌识别,并记录违法信息。下列关于交通违章记录系统的设计与分析中不恰当的是(　　)
A.由测速雷达、高清摄像头、闪光灯和数据库等组成,体现了系统的整体性
B.设计系统时,先考虑雷达测速子系统的功能,再考虑总体功能的实现
C.车牌识别算法的优劣会影响车牌自动识别的成功率
D.高清摄像头提高了该系统的环境适应能力
答案　B
解析　B.设计系统的时候先考虑系统的整体功能,再确定子系统的功能,错误。C.要素的功能性能,会影响识别效率和精度,正确。D.高清摄像头使得系统的识别范围和准确程度提高,正确。
4.(2024·11月9＋1联盟)如图所示的家用净水系统,通过各种滤芯过滤,吸附自来水中的一些悬浮物、细菌、铁锈和余氯等杂质,以改善自来水的质量。下列关于该净水系统的设计与分析中不恰当的是(　　)
A.自来水的温度和水质属于该系统优化的影响因素
B.选择进水电磁阀时,需要考虑阀门的通径和管道的大小是否匹配
C.需定期检查或更换PP一级滤芯、RO滤芯等配件
D.系统设计时既要考虑纯净水的水质,又要考虑维护的成本
答案　A
解析　自来水的温度和水质属于该系统优化的约束因素,故A错误。
5.(2024·11月杭州一模)如图所示是茶叶分选系统示意图,料斗中的茶叶原料经过料斗口时,高清相机将图像信息传送到控制器,控制器分析茶叶的颜色和形状,品质不好的茶叶就会被喷气嘴吹入废料斗,优质茶叶则经过传送带进入正品斗。下列关于该茶叶分选系统的设计与分析中不恰当的是(　　)
A.增加喷气嘴的数量,就能提高茶叶分选效率
B.高清相机的性能是该系统优化的影响因素
C.提高传送带的速度可能不会影响茶叶分选效率
D.设计该系统时,既要考虑分选的准确度和效率,又要控制成本
答案　A
解析　A.增加喷气口数量,可能会把正品茶叶吹到废气斗里面。错误;B.高清摄像头的好与不好影响茶叶的分析。所以是影响因素;C.传送带的速度对图像的识别速度影响可能不大,所以对茶叶的分析没有啥影响;D.设计系统的时候要符合综合性原则,所以D答案的分析是对的。
6.(2024·12月金丽衢十二校联考)如图所示为一款水果自动分拣装置,其工作过程如下:电机驱动传送带将水果运送至传感器下方进行检测,当检测到水果个体过大,则控制液压推杆1将其推入分拣篮1内;若水果过小,则控制液压推杆2将其推入分拣篮2。大小合适的水果由传动带送入分拣篮3内。下列关于水果分拣系统的设计与分析,其中不恰当的是(　　)
A.选择驱动电机的功率,要考虑水果的总重和传送带的传动速度
B.传感器的性能是该系统优化的约束条件
C.通过计算水果的运送速度、推杆与传感器的距离来确定推杆的启动时间,体现系统分析的科学性原则
D.若推杆损坏,会影响水果分拣的功能,体现系统的整体性
答案　B
解析　A.选择驱动电机的功率,要考虑水果的总重和传送带的传动速度,这是系统的相关性,相关要素要合理匹配才能系统运行得当。B.传感器的性能是该系统优化的约束条件,应该是系统优化的影响因素,约束条件是必须达到某个指标。C.通过计算水果的运送速度、推杆与传感器的距离来确定推杆的启动时间,体现系统分析的科学性原则,通过科学计算分析得到的结论,是科学性原则。D.若推杆损坏,会影响水果分拣的功能,体现系统的整体性,要素损坏影响整体功能,是系统的整体性。
7.(2024·11月绍兴一模)如图所示的饮料自动灌装系统,上瓶装置依次将空瓶放置在传送带上,传送带在电机驱动下将空瓶向前传动。若传感器1检测到空瓶存在破损,PLC控制水平推杆将问题空瓶推出至集料器1;完好的空瓶可在传送带上继续传动。若传感器2检测到空瓶开口未向上,PLC 控制翻转机械手将空瓶翻转至开口向上。随后空瓶进入灌装工位进行饮料灌装,灌装结束后进入集料器2。下列关于该饮料自动灌装系统的设计与分析中恰当的是(　　)
A.传感器的性能属于灌装系统优化的约束条件
B.为提高灌装效率,传送带电机的功率越大越好
C.设计系统时需要统筹考虑翻转机械手的运行时间和灌装工位的灌装速度
D.该系统可分为传送子系统和问题空瓶回收利用子系统
答案　C
解析　A.传感器的性能是系统的影响因素不是约束条件。B.传送带的功率要匹配其他设备的性能与功率,所以不是越大越好。C.系统要统筹考虑各要素之间的关系和匹配程度,符合系统分析的整体性原则,正确。D.该系统可分为问题空瓶回收利用子系统、空瓶翻转子系统和灌装子系统。
8.(2024·5月义乌市统测)如图所示是一种用于复制模板外形的跟随系统,能够在原料上复制模板的外形。其工作原理是通过输入命令控制X、Y轴电机移动工作台,触针将检测到的模板表面形状位移信号送至跟随控制器,跟随控制器驱动Z轴电机控制切割刀具的运动。下列关于跟随控制系统的分析中正确的是(　　)
A.模板与原料不需要同时固定在工作台上
B.跟随控制器根据输入命令直接驱动Z轴直流伺服电机
C.切割刀具的位置对触针位置没有影响
D.触针感应到的位移信号用于调节工作台的移动方向
答案　C
解析　A.模板与原料需要同时固定在工作台上,若有一个移动,形状就有偏差;B.跟随控制器根据触针将检测到的模板表面形状位移信号驱动Z轴伺服电机;D.触针感应到的位移信号用于调节切割道具的移动方向。(共73张PPT)
必修　技术与设计2
课时20　系统分析与设计　系统设计的优化与实施
目 录
CONTENTS
考点一
01
考点二
02
课堂检测
03
课后作业
04
考点一　系统分析与设计
1
一、系统分析
1.定义
为了发挥系统的功能,实现系统的目标,运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验,并在此基础上拟订一套有效的处理步骤和程序,或对原有的系统提出改进方案的过程,就是系统分析。
2.意义
系统分析是系统设计的重要环节,借助于系统分析,可以正确地提出整体目标,恰当地选择方案,科学地确定行动的方略。
二、系统分析的一般过程
系统分析的一般过程 内容
__________________ 明确所分析的系统及其结构,确定所要研究问题的性质和范围,提出所要达到的目标,明确约束条件
__________________ 收集相关资料,制订解决问题的各种备选方案,进行多目标的权衡与分析,并明确技术实践路线
__________________ 对系统进行整体分析,对各子系统进行分析,对系统进行建模与推演,将各种方案进行评价对比
__________________ 通过实证对方案的实施效果做出评判。如果对方案不够满意,还可按上述程序进行反复,直到获得满意的方案为止
明确问题,设立目标
收集资料,制订方案
分析计算,评价比较
检验核实,作出决策
三、系统分析方法——建模
用建模的形式对系统进行分析和研究的方法是系统科学的基本方法。建模的基础是找到不同事物或现象之间的相似性,这种相似性包括外形相似、结构相似、行为相似、功能相似或逻辑关系相似等。
1.模型的含义
模型是对系统的理想化抽象或简化表示,描绘了现实系统的某些主要特点,是为了客观地研究系统而发展起来的。
2.模型的特征
(1)它是现实系统的抽象或模仿。
(2)它是由那些与所分析问题有关的要素构成的。
(3)它表明了有关要素间的相互关系。
3.常用的模型
(1)__________
①含义:用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型;
②特点:数学模型突出事物的主要因素,舍弃事物的次要因素,便于抓住事物的本质进行分析研究。
(2)__________
①含义:用封闭的小框图代表系统的各个要素或子系统,在框图内或框图边注明要素或子系统的名称,按照系统的结构模式把它们排列安置于适当位置,用无向线段或有向线段把这些小框图连接起来,以表示系统的基本结构框架,再用无向线段或有向线段表示系统与环境的联系;
②最简单的框图模型是____________模型,也叫系统的概念模型。它把系统内在的要素与结构简化为一个矩形方框,把环境对系统的作用统称为输入,把系统对环境的作用统称为输出。
数学模型
框图模型
输入—输出
四、系统分析的主要原则
1.____________
系统分析首先要着眼于系统整体,要先分析整体,再分析部分;先看全局,后看局部;先看全过程,再看某一个阶段;先看长远,再看当前。
2.______________
系统分析一方面要有严格的工作步骤,另一方面应尽可能地运用科学方法和数学工具进行定量分析,使决策的过程和结果更具说服力。
3.______________
系统分析总是为实现系统目标服务的。当系统存在若干个目标时,应将目标排出优先次序,首先实现最优先的目标,然后尽可能在不损害第一个目标的前提下完成下一个目标。这就需要综合分析,统筹兼顾,不可顾此失彼,因小失大。
整体性原则
科学性原则
综合性原则
五、系统设计
1.含义
在系统分析的基础上,设计出满足预定目标的系统的过程。它既包含了对某个系统进行技术设计本身的内容,同时又需要运用系统的思想和方法对其设计过程进行分析和设计。
2.步骤
将系统分解为若干子系统→确定各子系统的目标、功能及其相互关系→对子系统进行技术设计和评价→对系统进行总体技术设计和评价等。
考向　系统分析与设计
【典例1】 (2025·6月浙江选考)如图所示是一种鲐鱼鱼体姿态控制系统的示意图,其工作过程是:鱼体以随机姿态逐条送入传送带,ARM单片机根据工业相机采集的鱼体图像判断出鱼体姿态,并发送信号给Arduino单片机。当光电传感器检测到鱼体到达作业位置时,发送信号给Arduino单片机,Arduino单片机结合鱼体姿态,通过继电器模块驱动电磁阀来控制相应机构将鱼体调整成设定姿态。下列从系统角度进行的分析中恰当的是(　　)
D
A.专门用于鲐鱼鱼体姿态的调整,体现了系统的环境适应性
B.ARM单片机能判断鱼体姿态,体现了系统的目的性
C.从系统分析的整体性原则出发,先考虑姿态判断,再考虑姿态调整
D.从系统分析的科学性原则出发,通过试验获得相关参数后计算确定系统处理速度
解析　本题考查系统的特性和系统分析的一般原则。专门用于鲐鱼鱼体姿态的调整,体现了系统的目的性;ARM单片机是系统的组成部分,属于要素的功能,没有体现系统的目的性;系统分析的整体性原则体现在先分析整体再分析局部。鱼体姿态判断和姿态调整是系统的两个部分,考虑他们的先后没有体现系统分析的整体性原则。系统分析的科学性原则体现在决策的过程中,运用科学方法和数学工具。通过试验获得相关参数后计算确定系统处理速度,体现了系统分析的科学性原则。
A.摄像机的分辨率会影响该系统除草的准确性,体现了系统的环境适应性
B.摄像机的拍摄速度与计算机的运算速度需要匹配,体现了系统的相关性
C.设计时经过计算和试验确定激光器的功率,体现了系统分析的科学性原则
D.设计时在保证除草效果的前提下,还考虑了提高速度、降低成本等目标,体现了系统分析的综合性原则
A
解析　部分影响整体,体现了系统的整体性,A错误;部分影响部分,体现了系统的相关性,B正确;运用科学方法进行分析和设计,体现了系统分析的科学性原则,C正确;在确保主要目标的前提下,统筹兼顾其余目标,体现了系统分析的综合性原则,D正确,本题选择A。
【典例2】 (2024·1月浙江选考)如图所示是调压铸造炉的压力控制系统。铸造炉内抽真空及加热后,控制器控制先导阀接通控制气路,经减压阀Ⅰ减压的氩气驱动背压阀接通主气路,经减压阀2减压的氩气大流量、快速进入铸造炉。压力计检测炉内压力,当压力达到设定值时背压阀断开主气路,低于设定值时背压阀接通主气路充气,使炉内压力保持稳定。下列关于压力控制系统的分析中正确的是(　　)
A
A.压力计安装靠近铸造炉,是为了更准确检测炉内压力变化
B.高压气源的压力不影响炉内压力达到设定值的时间
C.该系统的目的是用氩气来驱动背压阀接通和断开主气路
D.控制气路和主气路可共用一个减压阀
解析　选项A该系统的目的是控制铸造炉内的压力,因此压力计要靠近铸造炉以准确检测压力变化。选项B高压气源的压力影响进入铸造炉内氩气的流速,进而影响充气时间。选项C该系统的目的是控制铸造炉内的压力。选项D根据题目描述,主气路相对于控制气路,“氩气大流量、快速进入铸造炉”,所以可以推断两个减压阀的减压效果不同。
【变式】 (2026·1月浙江选考)如图所示的工件加工系统,由工件定位控制、机床加工和计数子系统组成,其工作过程为:位置控制器将位置传感器获取到的工件位置信息与设定位置进行比校,当工件到达设定位置时,位置控制器发送指令给传送机构,传送机构停止运行,此时工件加工位置处于刀具下方。同时计数器计数,位置控制器向通用机床控制电路发出加工信号,刀具开始对工件进行加工。
D
解析　法一　A选项,数学模型是指用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型,故A合理。B选项,传送机构的运行速度可人为调节,属于影响因素,故B合理。C选项,统筹兼顾多个目标,体现系统分析的综合性原则,故C合理。D选项,刀具与工件之间的距离不影响加工位置的定位控制,故D不合理。
法二　A选项中数学模型是指“用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型”,题图所给的系统模型不符合数学模型的特征,选项正确。B选项中“传送机构的运行速度”是人为可以调节的因素,属于定位精度优化的影响因素,选项正确。C选项中“定位精度的要求”和“传送效率”都是系统的部分目标,多个目标尽可能都实现,体现了系统分析的综合性原则,选项正确。D选项“缩小刀具与工件之间的距离”是输入设定位置的变化,对提高加工位置的精度无影响,D选项不恰当。
考点二　系统设计的优化与实施
2
一、系统设计的优化
1.系统优化:在给定的条件(或约束条件)下,根据系统的优化目标,采取一定的手段和方法,使系统的目标值达到________________。
2.目标函数:是______________________________的关系。
3.影响系统优化的因素:对系统的目标函数产生显著影响,并且________________的因素。
4.约束条件:对系统优化起着限制作用,并且________________的因素。
最大化(或最小化)
系统目标与系统中的某些元素之间
可以人为调节
不能人为调节
二、最优化方法
为使系统达到最优的目标而提出的求解方法。
无论运用数学模型求解或通过科学的估算、试验等方法实现,都要经过若干次完善和验证,才能得出最优解或满意解。
三、系统设计的实现
A.改变杆2杆3的长度,可以实现皮带的不同舒张程度,体现系统的目的性
B.丝杠螺纹长度的确定要考虑到杆2和杆3的长度,体现了系统的相关性
C.底座的稳定性不属于系统优化的影响因素
D.皮带的弹性属于系统优化的约束条件
C
解析　本题考查系统的特性和系统优化。选项A,通过改变杆的长度来调节皮带的舒张程度,属于该系统的功能,体现目的性;选项B,螺杆、杆2和杆3都属于系统的部分,它们之间相互影响,体现了相关性;选项C,底座的稳定性会影响该系统的优化,且设计者优化系统过程中能调节底座的稳定性,因此属于影响因素;选项D,皮带的弹性在原有的传送系统中已经固定,无法在皮带舒张控制系统中被替换或改变,属于约束条件。
A.套筒上的弹簧弹性变差,影响了蒸汽机转速的控制精度,体现了系统的整体性
B.通过计算重球的重量、弹簧的劲度系数来确定杠杆的力臂,体现了系统分析的科学性原则
C.蒸汽机的性能属于该系统优化的约束条件
D.该系统可以使蒸汽机以恒定的转速运行,体现了系统的目的性
C
解析　选项A套筒上的弹簧弹性变差,影响了蒸汽机转速的控制精度,是系统的部分影响整体,体现了系统的整体性;选项B通过计算重球的重量、弹簧的劲度系数来确定杠杆的力臂,是运用科学方法和数学工具进行定量分析,体现了系统分析的科学性原则;选项C约束条件对系统优化起着限制作用,并且不能人为调节的因素。蒸汽机的性能是对蒸汽机系统的目标函数产生显著影响,并且可以人为调节的因素,是属于该系统优化的影响因素,而不是约束条件;选项D设计该系统的目的就是可以使蒸汽机以恒定的转速运行,体现了系统的目的性。故本题正确答案选C。
约束条件与影响因素的区别
区别 实例
约束 条件 对系统优化起着限制作用,并且不能人为调节的因素 ①天气、气候等因素对农作物套种起着限制作用,是不能人为调节的
②优化某一系统时,各种标准、设计要求和设计者设计能力
③对学校供水压系统优化时,自来水场供水水压就是约束条件
④教室空间布置优化时,教室的大小
⑤大桥系统的使用年限、抗台风等级、最大通航等级
影响系 统优化 的因素 对系统的目标函数产生显著影响,并且可以人为调节的因素 ①套种的技术水平、套种的田间管理、病虫害防治等对套种的产量产值有直接影响,这些是增产增收的影响因素,可以人为调节、可优化
②温度控制系统中,温度传感器的灵敏度
③充电桩系统的供给电压、系统的电路性能、充电桩的检查维护
④学校计算机系统优化时,管理者的水平
课堂检测
3
A.库存的力传感器的灵敏度是该系统优化的约束条件
B.优化前后的两种控制系统都可分为检测、控制和执行子系统
C.系统的优化手段是改变张力检测和放卷速度控制形式
D.优化时先考虑力传感器的灵敏度,再考虑印刷质量,体现了系统分析的整体性原则
D
解析　选项A:传感器的选择属于影响因素,但指定库存传感器则属于约束条件,选项正确;选项D:没有体现先整体,再部分,是先部分,再整体,不体现整体性原则,选项错误。
2.如图所示的机器人可自主更换电池,其控制系统包括机器人位置控制子系统和电池更换控制子系统。工作过程为:当电量传感器检测到电池电量少于20%时,机器人通过视觉传感器识别电池仓位置,主控芯片规划运动路径并控制驱动装置使机器人行进至目标位置;当压力传感器检测到机械手接触电池时,机器人快速完成电池更换。下列从系统角度进行的分析中恰当的是(　　)
D
A.复杂环境会影响机器人的工作效率,体现了系统的相关性
B.电量少于20%时会自主更换电池,体现了系统分析的科学性
原则
C.设计时优先考虑机械臂的控制程序,体现了系统分析的整体
性原则
D.机器人更换电池时应有辅助电源保持供电
解析　A.复杂环境会影响机器人的工作效率,体现了系统的相关性,环境影响效率,不是相关性而是环境适应性。B.电量少于 20%时会自主更换电池,体现了系统分析的科学性原则,没有体现人在系统设计中的科学计算分析,不是系统的科学性原则。C.设计时优先考虑机械臂的控制程序,体现了系统分析的整体性原则,整体性原则是先看全局再看局部。D.机器人更换电池时应有辅助电源保持供电,辅助功能方便使用,正确。
A.料仓防粘结子系统会影响称重子系统正常工作,体现了系统的相关性
B.螺旋送料器持续旋转送料易磨损,需定期更换,体现了系统的动态性
C.计算机实时读取电子秤测量的物料重量,体现了系统分析的科学性原则
D.电子秤的测量精度是系统优化的影响因素
C
解析　A.子系统与子系统之间的联系体现系统的相关性,正确。B.长期使用,系统内部慢慢发生改变体现系统的动态性,正确。C.科学性原则指的是在设计系统时,用数理方法进行分析。所以错误。D.电子秤的精度影响系统的优化,正确。
4.如图所示为物料自动混合控制系统示意图,其中物料A是一种粒度比较小的固体物料,当物料A下落到电子皮带上时,压力传感器将测得的数据传送到PLC与给定值进行比较。根据比较结果调节变频电机M1的转速,从而控制物料A的给料量。物料B为液体物料,液位传感器将检测到液位信号传送到PLC,由PLC控制调节阀的开度,从而控制物料B的给料量。搅拌电机M2能根据搅拌容器中液位的变化,实时调整转速。关于该物料自动混合控制系统,下列分析中正确的是(　　)
B
A.压力传感器的精度影响着物料A的给料量,体现了系统的动态性
B.变频电机M1的性能是系统优化的影响因素
C.搅拌电机M2能根据搅拌器中液位变化,实时调整转速,体现了系统的环境适应性
D.确定电机M2的功率时,需要考虑容器的大小和物料A与物料B的配比,体现了系统分析的综合性原则
解析　A.压力传感器对物料A的影响属于系统的相关性;C.搅拌器中液位不属于外部环节,所以不能体现环境适应性;D.确定电机M2的功率时,需要系统设计者进行数理分析,体现了系统分析的科学性原则。
A.识别摄像头的识别精度会影响分拣正确率,体现了系统的环境适应性
B.机械臂的分拣投放时间与传送带的速度相匹配,体现了系统的相关性
C.设计时通过力学计算与多次试验确定机械臂的抓取力度,体现了系统分析的科学性原则
D.设计时在保证分拣准确率的基础上,同时考虑提升分拣效率、降低设备能耗,体现了系统分析的综合性原则
A
解析　A.识别摄像头的识别精度会影响分拣正确率,体现了系统的环境适应性,错误。要素影响整体,是整体性。B.机械臂的分拣投放时间与传送带的速度相匹配体现了系统的相关性,正确,要素和要素之间的关系。C.设计时通过力学计算与多次试验确定机械臂的抓取力度体现了系统分析的科学性原则。通过科学计算得到正确结论。正确。D.设计时在保证分拣准确率的基础上,同时考虑提升分拣效率、降低设备能耗,体现了系统分析的综合性原则,目标之间有优先顺序,正确。
D
A.该系统可以划分为物联网模块子系统、显示报警子系统、空气质量、温度及湿度控制子系统等
B.设计该系统时,既要考虑运行成本,又要考虑控制功能,体现系统分析的综合性原则
C.通过手机APP能够实现对牛舍环境实时监测,体现系统的目的性
D.若对该系统进行优化,单片机、各传感器、驱动电路及牛舍大小都是系统优化的影响因素
解析　牛舍大小为约束条件。
4
课后作业
基础巩固篇
能力提升篇
A.摄像头的清晰程度属于该系统优化的影响因素
B.设计系统时,先考虑电源,再考虑识别仪精度,体现了系统分析的整体性原则
C.该系统在长时间使用后,三辊闸会松动,体现了系统的动态性
D.天变黑时,识别仪用闪光灯补充亮度,体现了系统的环境适应性
B
解析　系统分析的整体性原则首先着眼于系统整体,先分析整体再分析部分,B选项中的电源和识别仪精度没有部分和整体的关系,说法错误。
2.(2024·4月湖丽衢)如图所示是板材自动裁切控制系统,包含板材长度控制子系统和裁切子系统。其工作过程:电动机通过皮带、主轴带动输送带,旋转编码器对主轴运行的线距离进行检测,当检测到的线距离长度与设定长度相等时,PLC控制电动机暂停输送板材;此时PLC控制气动装置驱动裁切刀具对板材进行裁切。下列关于板材自动裁切控制系统的分析中正确的是(　　)
C
A.需定期检查皮带的磨损情况,体现了系统的整体性
B.该系统的目的是通过旋转编码器精准测定主轴运行的线距离
C.若主轴在带动输送带时出现打滑,则会影响板材裁切的实际长度
D.PLC既要控制电动机的运行,又要控制气动装置,体现了系统分析的综合性原则
解析　A.需定期检查皮带的磨损情况,体现了系统的动态性,A错误;B.该系统的目的定长裁切板材,故B错误;C.若主轴在带动输送带时出现打滑,板材裁切的实际长度变短,故C正确;D.PLC既要控制电动机的运行,又要控制气动装置,这是系统中某个部分的功能,不是综合性原则。D错。
A.传感器的检测精度是该系统优化的约束条件
B.能将不同直径的滚珠推进对应的容器,体现了系统的目的性
C.需要定期维护推杆,体现了系统的动态性
D.系统设计时,需要对气缸、电磁翻板等的工作参数进行计算和反复调试,体现了系统分析的科学性原则
A
解析　传感器的检测精度是该系统优化的影响因素。
D
A.可以精确控制施肥量,体现了系统的目的性
B.流量传感器的灵敏度是该系统优化的影响因素
C.过滤网使用一段时间后要进行更换,体现了系统的动态性
D.设计该系统既要考虑显示器,又要考虑压力泵等,体现了系统分析的综合性原则
解析　B.传感器可以换,精度可以改变,是影响因素。D.显示器、压力泵都是系统下的元素,不是同时实现多个目标,不是系统分析的综合性原则。
A.车道监视摄像机能在雨雾天气工作,保持较高识别率,体现了系统的环境适应性
B.路测显示器和龙门显示装置故障,导致系统运行效率降低,体现了系统的整体性
C.各设备之间的距离、参数要经过匹配和建模分析,体现了系统分析的科学性原则
D.新能源车、传统燃油车、特种车辆等不同颜色的车牌属于该系统优化的影响因素
D
解析　A.雨雾天气是外界环境的变化,体现其环境适应性较好;A对;B.组成系统的部分构件故障引起系统功能的发挥,属于系统分析的整体性原则:B对;C.系统优化者需要对这些数据采用科学的方法,借助数学运算建模分析,属于典型的科学性原则;C对;D.车牌颜色不会对系统优化造成影响且属于系统优化者无法改变的,不属于系统优化的影响因素。
A.内部齿轮组发生故障,小黄人就无法飞行,体现了系统的整体性
B.顶部机翼采用了双平衡杆,使飞行更稳定,体现了系统的目的性
C.电机性能是影响该系统优化的因素
D.设计时,既要考虑飞行器的成本,又要兼顾其功能和趣味性,
体现了系统分析的整体性原则
D
解析　选项C,在没有特别条件说明下,电机性能一般认为可以人为改变;选项D,体现系统分析的综合性原则。
A.小球能自动归位,体现了系统的目的性
B.摄像头的清晰度下降,体现了系统的动态性
C.控制器能将摄像头采集到的信息进行计算、分析,体现了系统分析的科学性原则
D.平台的平整度是系统优化的影响因素
C
解析　类似的题目出现多次,该题中控制器的作用体现系统的目的性,与系统分析科学性原则的概念不符合,系统分析的原则指人在分析系统时应遵循的原则。
A.能自动将货物分拣到不同方向,体现了系统的目的性
B.设计时先考虑分拣精度,再考虑制作成本,体现了系统分析的综合性原则
C.伺服电机的精度会影响滚轮转角的精度,体现了系统的相关性
D.货物的重量属于影响系统优化的因素
D
解析　系统的目的性是系统能实现的功能,A选项正确;分拣精度和制作成本是系统需要实现的多个目标,B选项正确;伺服电机的精度会影响滚轮转角的精度,是系统中要素和要素之间的关系,C选项正确;在货物自动分拣控制系统中,货物的重量是不可以人为调节改变的属于系统优化的约束条件,所以D选项不正确。
D
A.传送子系统和贴标子系统之间相互作用、相互联系
B.长时间运行后需要对传送带进行维护,体现了系统的动态性
C.系统设计时,要从整体功能出发,以将标签准确贴到产品的规定位置为目标
D.系统可根据计算出的延时时间启动标签皮带机,体现了数学建模的系统分析方法
解析　系统分析是人运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较和试验;D选项是控制系统的分析计算,不能体现系统分析方法。
A.该标签回卷控制系统由电源、位置传感器、电机、支架等部件组成,体现了系统的整体性
B.设计该回卷控制系统时,需要对回卷速度、电机驱动行程、标签偏移量等数据反复论证,体现了系统分析的综合性原则
C.该系统适配市面上大多数尺寸的标签纸,体现了系统的环境适应性
D.驱动电机的工作精度是该系统优化的影响因素
B
解析　设计该回卷控制系统时,需要对回卷速度、电机驱动行程、标签偏移量等数据反复论证,体现了系统分析的科学性原则而不是综合性原则。所以选B。
A.由测速雷达、高清摄像头、闪光灯和数据库等组成,体现了系统的整体性
B.设计系统时,先考虑雷达测速子系统的功能,再考虑总体功能的实现
C.车牌识别算法的优劣会影响车牌自动识别的成功率
D.高清摄像头提高了该系统的环境适应能力
B
解析　B.设计系统的时候先考虑系统的整体功能,再确定子系统的功能,错误。C.要素的功能性能,会影响识别效率和精度,正确。D.高清摄像头使得系统的识别范围和准确程度提高,正确。
A.自来水的温度和水质属于该系统优化的影响因素
B.选择进水电磁阀时,需要考虑阀门的通径和管道的大小是否匹配
C.需定期检查或更换PP一级滤芯、RO滤芯等配件
D.系统设计时既要考虑纯净水的水质,又要考虑维护的成本
A
解析　自来水的温度和水质属于该系统优化的约束因素,故A错误。
A.增加喷气嘴的数量,就能提高茶叶分选效率
B.高清相机的性能是该系统优化的影响因素
C.提高传送带的速度可能不会影响茶叶分选效率
D.设计该系统时,既要考虑分选的准确度和效率,又要控制成本
A
解析　A.增加喷气口数量,可能会把正品茶叶吹到废气斗里面。错误;B.高清摄像头的好与不好影响茶叶的分析。所以是影响因素;C.传送带的速度对图像的识别速度影响可能不大,所以对茶叶的分析没有啥影响;D.设计系统的时候要符合综合性原则,所以D答案的分析是对的。
A.选择驱动电机的功率,要考虑水果的总重和传送带的传动速度
B.传感器的性能是该系统优化的约束条件
C.通过计算水果的运送速度、推杆与传感器的距离来确定推杆的启动时间,体现系统分析的科学性原则
D.若推杆损坏,会影响水果分拣的功能,体现系统的整体性
B
解析　A.选择驱动电机的功率,要考虑水果的总重和传送带的传动速度,这是系统的相关性,相关要素要合理匹配才能系统运行得当。B.传感器的性能是该系统优化的约束条件,应该是系统优化的影响因素,约束条件是必须达到某个指标。C.通过计算水果的运送速度、推杆与传感器的距离来确定推杆的启动时间,体现系统分析的科学性原则,通过科学计算分析得到的结论,是科学性原则。D.若推杆损坏,会影响水果分拣的功能,体现系统的整体性,要素损坏影响整体功能,是系统的整体性。
7.(2024·11月绍兴一模)如图所示的饮料自动灌装系统,上瓶装置依次将空瓶放置在传送带上,传送带在电机驱动下将空瓶向前传动。若传感器1检测到空瓶存在破损,PLC控制水平推杆将问题空瓶推出至集料器1;完好的空瓶可在传送带上继续传动。若传感器2检测到空瓶开口未向上,PLC 控制翻转机械手将空瓶翻转至开口向上。随后空瓶进入灌装工位进行饮料灌装,灌装结束后进入集料器2。下列关于该饮料自动灌装系统的设计与分析中恰当的是(　　)
C
A.传感器的性能属于灌装系统优化的约束条件
B.为提高灌装效率,传送带电机的功率越大越好
C.设计系统时需要统筹考虑翻转机械手的运行时间和灌装工位的灌装速度
D.该系统可分为传送子系统和问题空瓶回收利用子系统
解析　A.传感器的性能是系统的影响因素不是约束条件。B.传送带的功率要匹配其他设备的性能与功率,所以不是越大越好。C.系统要统筹考虑各要素之间的关系和匹配程度,符合系统分析的整体性原则,正确。D.该系统可分为问题空瓶回收利用子系统、空瓶翻转子系统和灌装子系统。
8.(2024·5月义乌市统测)如图所示是一种用于复制模板外形的跟随系统,能够在原料上复制模板的外形。其工作原理是通过输入命令控制X、Y轴电机移动工作台,触针将检测到的模板表面形状位移信号送至跟随控制器,跟随控制器驱动Z轴电机控制切割刀具的运动。下列关于跟随控制系统的分析中正确的是(　　)
C
A.模板与原料不需要同时固定在
工作台上
B.跟随控制器根据输入命令直接
驱动Z轴直流伺服电机
C.切割刀具的位置对触针位置没有影响
D.触针感应到的位移信号用于调节工作台的移动方向
解析　A.模板与原料需要同时固定在工作台上,若有一个移动,形状就有偏差;B.跟随控制器根据触针将检测到的模板表面形状位移信号驱动Z轴伺服电机;D.触针感应到的位移信号用于调节切割道具的移动方向。

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