资源简介 课时21 控制的方式与应用 开环控制系统的工作过程考点一 控制的方式与应用一、控制1.含义:人们按照自己的意愿或目的,通过一定的手段,使事物向期望的目标发展,这就是控制。2.构成控制的三要素三要素 对象 目的 手段含义 被控制的事物 人们的意愿或期望的方向 控制实施的方式和方法二、控制的分类1.按控制过程中人工干预的情形来分(1) :控制的过程是在人的直接干预或全程干预下进行。 (2) :在无人直接参与的情况下,使事物的变化准确地按照期望的方向进行。 2.按照控制信号流和执行部件的不同来分(1) :以气体(压缩空气)作为主要信息与动力,一般由气阀门及气控件组成。 (2) :运用液体动力改变控制对象的工作状态。 (3) :控制系统的输出是通过电气量或电子信号来进行的,所控制的对象是电动执行元件。 (4) :以机械传动作为主要控制手段,如采用杠杆、齿轮、皮带传动、蜗轮蜗杆等方式。 (5) :由电子元器件构成,采用电信号作为传递信号的载体。 (6) 是具有智能信息处理、智能信息反馈和智能决策的控制方式,它能在无人干预的情况下,自主地驱动智能机器实现控制目标。 考向 控制方式【典例】 一款婴幼儿耳测温度计,它有一个声光警报装置,当测得温度高于37.5度时,就会发出嘟嘟声并闪烁。这个温度报警控制系统的控制属于( )A.自动控制、电子控制 B.手动控制、电子控制C.手动控制、机械控制 D.自动控制、机械控制答案 A解析 这里人没有全程参与和直接参与,属于自动控制,利用电子设备发出声音,属于自动的电子控制,选项A正确。【变式】 如图所示为马桶水箱水位控制示意图,按下手柄后,起动杆拉开冲水阀阀座,水流出,水箱水位降低,浮球随之降低。下降的浮球打开浮球阀,为水箱注水。当浮球上升到一定高度时,浮球阀闭合,停止注水。对该控制系统的分类正确的是( )A.手动控制、液压控制B.自动控制、电子控制C.自动控制、机械控制D.手动控制、气动控制答案 C解析 该控制系统控制过程中没有人的直接参与,属于自动控制;该控制借助浮力,利用浮球、连杆等作为执行机构实现水位的控制,属于机械控制。考点二 开环控制系统的工作过程一、控制系统1.定义任何控制都要通过若干个环节来实现,这些环节所涉及的装置构成了一个系统,称为控制系统。2.分类控制系统分为 和 。 3.方框图在控制系统中,为了方便分析,常采用方框来表示系统的环节,用单向信号线来表示系统信号传递的方向,这种图称为控制系统的方框图。它表示了系统的各个环节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。二、开环控制系统1.定义控制系统的输出量 系统的控制产生任何影响,这种控制系统称为开环控制系统。 2.开环控制系统的方框图输入量:控制系统的给定量。控制器:对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。执行器:直接对 进行控制的装置或元件。 控制量: 的输出信号。 被控对象:控制系统中所要控制的装置或生产过程。输出量:控制系统所要控制的量。考向 开环控制系统的工作过程分析【典例】 (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。关于激光除草系统,下列从控制系统角度进行的分析中恰当的是( )A.杂草为被控对象B.计算机的输出信号是控制量C.控制方式属于开环控制D.计算机辨识不出的杂草属于干扰因素答案 C解析 激光除草系统,激光是被控对象,计算机输出信号不属于控制量,控制量为继电器输出的信号,输入为图像信息,输出为激光光束,属于开环控制系统,计算机辨识不出的杂草属于输入量,不属于干扰因素,综合考虑C正确。【变式1】 (2022·6月浙江选考)如图所示是纸箱输送系统的示意图。电机驱动输送带将纸箱送到输送辊道,纸箱自由下滑至装载平台。光电传感器检测光线是否被遮挡,当光线被遮挡时间超过设定值时,表明纸箱在输送辊道上拥堵,控制器控制电机停止转动;当光电传感器重新检测到光线时,控制器控制电机重新启动。下列关于输送带控制子系统的分析中,不正确的是( )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答案 C解析 针对输送带控制子系统,控制的目的为输送带的运动状态,所以执行器为电机,电机输出的转动量为该系统的控制量,故C不正确。【变式2】 (2023·1月浙江选考)如图所示的装配系统,包含工件传输子系统和机械装配子系统,其工作过程:工件A整齐排列在传送带Ⅰ上,当位置检测传感器检测到工件A时,传送带Ⅰ暂停;工件B放置在传送带Ⅱ上,当工件B进入相机的拍摄范围时,传送带Ⅱ暂停;相机拍摄工件B的图像并传送到工控机,工控机根据工件B相对于基准位置的偏差确定工件B的坐标,控制机械手抓取工件A并装配到工件B上。下列关于机械手装配子系统控制的分析中合理的是( )A.装配速度是该装配子系统的被控量B.基准位置的调整是工件装配的干扰因素C.相机拍摄的工件B的图像信息是输入量D.把工件A装配到工件B的过程采用了闭环控制方式答案 C解析 机械手装配子系统没有反馈是开环控制方式,输入量为相机拍摄的工件B的图像信息,输出量(被控量)是机械手抓取工件A并装配到工件B,基准位置的调整是系统的功能而不是工件装配的干扰因素。所以选C。1.开环控制系统的特点(1)输入量决定输出量,并且一一对应。(2)控制的目的在输出端。(3)开环也有检测装置。2.开环控制系统的判断(1)根据定义判断:输入量决定输出量,而输出量对这个控制过程不产生影响。(2)根据开环的目的判断:开环的输出量一般有两个对立的状态(如:门的开与关)。(3)根据有无反馈判断:开环无反馈,闭环有反馈。3.被控对象的确定找被控对象要二看:一看,系统名称;二看,系统的目的。4.控制量的确定执行器的输出信号是控制量,找控制量先找执行器。注意:控制器发出的信号不是控制量。5.开环控制系统实例实例 工作过程定时浇水控制系统(定时类) 将时间设定到定时浇水控制系统的定时器中,到了设定时间就自动接通水泵,开始往水管里抽水,通过调节定时器通电时长,控制滴到植物土壤中的水量音乐喷泉控制系统 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,根据这种电信号控制电路驱动电动机带动水泵转动。音乐信号强,水泵的转速就快,喷出的水柱就高。反之,音乐信号弱,水泵的转速就慢,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红外线感应自动水龙头控制系统(开关类) 当手伸入感应区时,控制电路控制电磁阀的打开,水龙头出水希罗自动门控制系统(开关类) 祭坛点火使容器1中的空气膨胀,水流入容器2,利用水的重力使转轴3转动,将门打开。当祭坛的火熄灭时,庙门在重锤的作用下就会自动关闭红外线感应自动门控制系统(开关类) 当人走近自动门时,门上方的红外线装置检测到人体热辐射发出的红外线信息,控制电路接收到该信号后,便会发出相应的指令,启动电机运转,从而带动门自动开启(或者控制气动装置,使门向两边打开)。当门开启之后,控制电路将作出判断,如果没有人在检测范围内,就通知电机做反向运转,使门关闭公交车自动车门控制系统(开关类) 公交车一般都是折叠门,驾驶员按下开关,控制电路得到信号,使电磁阀通电推动活塞将车门打开或关上红外线感应自动开闭垃圾桶控制系统(开关类) 当人手靠近桶盖时,传感器感应到人手信号,控制电路控制电机打开桶盖;手远离桶盖后,控制电路延时10 s后桶盖自动关闭火灾自动报警控制系统(检测报警类)自我校对:考点一二、1.(1)人工控制 (2)自动控制 2.(1)气动控制 (2)液压控制 (3)电动控制 (4)机械控制 (5)电子控制 (6)智能控制考点二一、2.开环控制系统 闭环控制系统二、1.不对 2.被控对象 执行器1.(2024·3月宁波十校)如图所示是某汽车自动清洗控制系统,其控制部分可分为喷水控制子系统和洗刷控制子系统。喷水控制子系统工作过程:PLC根据车辆检测器检测到汽车到位信号,控制清洗电机接通电磁阀产生高压水,通过喷头清洗车辆。洗刷控制子系统中,PLC控制刷子电机洗刷车辆。下列关于喷水控制子系统的分析中正确的是( )A.该系统的输出量不对控制过程产生影响B.执行器是刷子电机C.控制量是PLC的输出信号D.输出量是车辆检测器检测到的信号答案 A解析 喷水控制的方框图如图所示:控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响,这种控制系统称为开环控制系统。因此A正确。2.如图所示的货箱封装检测分拣系统,包含货箱传输子系统、封装子系统和分拣子系统。其工作过程为:待封货箱等间距整齐排列在传送带Ⅰ上,当位置检测器检测到货箱时,传送带Ⅰ暂停;工控机控制机械手对货箱进行封装;封装检测器检测货箱是否封装完好并将检测信息传递至工控机,若货箱未封装好,则工控机控制推动杆将未封装好的货箱推至传送带Ⅱ上,若货箱封装完好,则推动杆不推动货箱。下列关于分拣子系统控制的分析中合理的是( )A.输入量为位置检测器传递给工控机的信号B.分拣速度是分拣子系统的被控量C.分拣子系统采用的是开环控制方式D.货箱是否封装好属于分拣子系统的干扰因素答案 C解析 注意这里有两个控制系统。分拣子系统的输入量是封装是否完好,控制器是工控机,执行器是推动杆,被控量是不推或推到传送带2上。所以这是开环,D这是输入量本身的变化。3.(2024·11月湖丽衢三地)如图所示是大米色选系统示意图,用于筛选不同色泽的米粒。工作时先设定好合格米粒颜色的范围,再将大米倒入料斗,通过振动给料器均匀地铺在溜槽中,米粒顺着溜槽进入到分选室,传感器将检测到的米粒颜色信息传送至信号处理器,信号处理器将颜色超出范围的米粒识别出来,等米粒落到喷射中心位置时,信号处理器驱动喷阀工作,将不合格米粒喷到次品槽中。以米粒为被控对象,下列关于大米色选控制系统说法中正确的是( )A.喷阀喷出的空气是输出量B.米粒颜色信息不是干扰因素C.控制方式为闭环控制D.信号处理器的输出量是控制量答案 B解析 A.喷阀是执行器,喷出的空气是控制量;C.输出量对控制没有影响,控制方式为开环;D.控制器的输出量不是控制量。4.如图所示为水箱水位控制系统示意图,当水位低于下限时,水位探头将信号传递给控制室,控制室通过继电器启动电动机,同时水泵转动,通过塑料管给水箱注水,直到水位达到水位上限,停止注水。若以电动机为被控对象,下列关于电动机自动控制系统的说法不正确的是( )A.水位探头是输入量B.控制方式属于开环控制C.继电器是执行器D.水池的水位不属于干扰因素答案 A解析 该控制系统属于开环控制系统,水位信息是输入量;继电器是执行器;水池的水位是输入量,输入量不属于干扰因素。电动机控制系统的方框图如下:5.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控制子系统。过压保护控制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,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。以电磁阀为被控对象,下列关于过压保护控制子系统的分析中正确的是( )A.控制量为电磁阀的开闭B.输入量是设定的管内压力安全值C.控制方式属于闭环控制D.继电器工作异常属于该系统的干扰因素答案 D解析 A选项以电磁阀为被控对象,电磁阀的开闭是输出量而非控制量,说法错误;B选项题干描述“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”,输入量是管内实际压力值,而不是设定值,说法错误;C选项输入量是管内实际压力值,输出量是电磁阀的开闭,是开环控制而非闭环,说法错误;D选项继电器工作异常会影响系统的输出有非输入量,所以属于该系统的干扰因素,说法正确。6.曳引式电梯有电气控制系统、曳引机控制系统、导向系统、轿厢系统等八大子系统。该系统工作过程:当有人在门厅按下外呼按钮[↑]、[↓],控制柜确认目标层,曳引机开始工作,通过曳引钢丝绳驱动轿厢运动,轿厢到达每一楼层都会触发平层开关,从而让控制柜判断电梯是否需要减速并制动,直至停在目标层。下列关于曳引机控制子系统的分析中,不正确的是( )A.外呼按钮[↑]输入的信号是该控制子系统的输入量B.该控制系统的控制方式是开环控制系统C.曳引机的转动属于控制量D.供电电压波动属于该控制系统的干扰因素答案 C解析 曳引式电梯系统的控制目的是当有人在门厅按下外呼按钮时,控制电梯停在目标层,输入量是外呼按钮的输入信号,输出量是曳引机是否停止,输出量不影响控制过程,是开环控制系统;供电电压的波动会影响电梯的运行,属于干扰因素。【基础巩固篇】1.如图所示是自动扶梯上行控制系统示意图。红外传感器检测到乘客进入扶梯时,控制器控制电动机拖动扶梯快速运行,乘客离开后,扶梯慢速运行。关于该控制系统,下列说法正确的是( )A.红外传感器起反馈作用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答案 D解析 分析控制过程可知,自动扶梯控制系统的输入量是红外传感器检测到的人体信号,红外传感器起检测作用,执行器是电动机,被控对象是扶梯,控制量是电动机的运动状态,输出量是扶梯的运行速度。控制过程中输出量不对系统的控制产生影响,是开环控制系统。方框图如图所示。2.如图所示是汽车倒车雷达系统示意图,当汽车倒车至障碍物一定距离时,雷达侦测器将侦测到的信号输入主机,主机控制蜂鸣器发出报警声,并在显示器上显示至障碍物的距离。下列对该控制系统的分析中不正确的是( )A.被控对象是雷达侦测器B.控制器是主机C.输入量是车尾至障碍物的距离信息D.输出量是报警声和显示器的显示信息答案 A解析 由题可知,汽车倒车雷达系统的被控对象为蜂鸣器和显示器。3.如图所示是一款汽车卸煤喷水系统。检测装置采集运煤汽车到位及离开信号,并将采集的信号传到控制器,控制器根据预设的程序指令,控制电磁阀定时开启,除尘喷头持续喷水,清除因汽车卸煤产生的煤尘。下列有关该喷水系统说法正确的是( )A.执行器是除尘喷头B.被控对象是煤尘C.输入量是卸煤车间的煤尘量D.输出量是喷水量答案 D解析 输入量是运煤汽车到位及离开信号,输出量是喷水量,输出对输入没有影响,该系统是开环控制系统,被控对象是除尘喷头,执行器是电磁阀,选项D正确。4.如图所示为某番茄采摘智能机器人系统。其控制部分可分为番茄采摘控制子系统和行进驱动子系统。番茄采摘控制子系统工作过程是:工控机根据摄像机获得的数据,判定番茄是否成熟并确定其位置,然后控制机械臂和末端采摘装置,实现对成熟番茄的采摘。下列关于番茄采摘控制子系统的分析中正确的是( )A.摄像机获得的数据是输入量B.工控显示器是被控对象C.车轮是执行器D.机械臂伸出的距离是输出量答案 A解析 番茄采摘控制子系统输出为采摘番茄,无反馈过程,为开环控制系统;控制方框图如图所示。5.如图所示是汽车的EPS电子辅助转向系统。其工作原理是:电子控制单元ECU根据转矩传感器检测到的转矩电压信号、转动方向和车速信号等,向电动机发出指令,使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩,从而产生辅助动力。下列关于该控制系统的说法中,正确的是( )A.输出量是辅助动力B.车速信号不属于输入量C.控制量是转向助力转矩D.被控对象是电动机答案 C解析 输入量是转矩传感器检测到的转矩电压信号、转动方向和车速信号,输出量是转向,控制器是电子控制单元ECU,执行器是电动机,控制量是转向助力转矩,被控对象汽车或车轮,选项C正确。6.如图所示为防止非允许车辆强行闯入的车牌识别电动液压升降柱。车辆驶入车牌识别区域,感应检测器触发车牌识别器识别车牌信息,计算机接收到车牌的信息进行处理,判断是否为内部车辆,控制电机带动液压缸中的活塞上下运动,实现升降柱柱体的升降。关于该控制系统,下列说法中正确的是( )A.被控对象是汽车B.输出量是不同的车牌号码C.执行器是电机和活塞模块D.控制量是升降柱柱体的升降答案 C解析 本题考查开环控制系统的工作过程。在该系统中,被控对象为升降柱柱体;不同的车牌号码是该系统的输入量;升降柱柱体的升降是该系统的输出量。方框图如图所示。7.如图所示的对焊机是利用两工件接触面之间的电阻,瞬间通过大电流,使两个互相对接的金属工件接触面瞬间发热至熔化并融合。为了操作安全,设置了安全保护控制子系统。工人把被焊工件放置在焊接台上后,仅当光栅传感器检测到焊接区没有障碍物且双手同时拨开两侧的微动开关后,焊接电极才会下降完成焊接。下列关于安全保护控制子系统的分析中,正确的是( )A.控制方式属于闭环控制B.被控对象是焊接电极C.执行器是微动开关D.控制量是光栅传感器的输出信号答案 B解析 安全保护控制子系统有检测环节,但光栅传感器检测的是输入量,不存在反馈,是开环控制系统。控制目的是使焊接电极下降进行焊接,故被控对象为焊接电极,输出量为是否焊接,执行器是电机,微动开关是输入设备之一。8.如图所示的快递分拣系统,包含快递输送子系统和抓取子系统,其工作过程为:快递整齐排列在传送带上,输送到扫描区,扫描仪扫描快递上的条形码后将相关信息输送到工控机,工控机根据相关信息控制机械手,将快递分拣到不同分拣框内。下列关于抓取子系统控制的分析中合理的是( )A.扫描仪是该子系统的执行器B.机械手是被控对象C.条形码打印错误是该子系统的干扰因素D.扫描仪获取的信息是输入量答案 D解析 本题考查控制系统。抓取子系统执行器是机械手,A错误;被控对象是快递,B错误;扫描仪获取的条形码信息是输入量,条形码打印错误不是干扰因素,C错误;扫描仪获取的条形码信息是输入量,D正确,因此答案选D。【能力提升篇】1.汽车车窗在关闭过程中,如果遇到一定阻力,升窗电机的转速会发生突变,此时霍尔传感器检测到该突变的信号后,电子控制单元(ECU)会控制电机停止转动后反转,避免车窗产生安全事故。下列关于车窗防夹控制系统说法正确的是( )A.该控制系统为闭环控制系统B.电机是被控对象C.关窗时夹到衣服,车窗无法关闭,衣服的阻碍属于干扰因素D.输入量是电机转速的突变信号答案 D解析 该控制系统为开环控制系统,霍尔传感器检测的信号是输入量。故输入量是突变信号。2.(2023·8月A9协作体)如图所示为一种足球门线判定系统。该系统使用一组高速摄像机作为视频输入,每台摄像机从不同角度跟踪足球。计算机综合多路信号形成实时、快速、准确的判定。如果判定结果是足球已经整体越过球门线,则计算机会生成一个信号。该信号使裁判的手表产生振动,提示可以判定进球。以手表内的振动马达为被控对象,从控制角度看,下列分析不正确的是( )A.计算机是该控制系统的控制器B.被控量是振动马达的振动C.该系统是开环控制系统D.控制量是计算机的输出信号答案 D解析 振动马达为被控对象,可以知道计算机是控制器,输入量为摄像机的视频输入,输出量为马达的振动,可知该系统为开环控制系统,控制器的输入不是控制量,控制量是执行器的输出量,执行器应该是继电器或其它不是计算机,因此D错误。3.如图是一个简单的导弹防御系统的示意图。目标雷达不间断扫描,假设雷达在某一个时刻发现有敌方目标进入其领空,它会马上跟踪这个目标并通知控制中心,控制中心根据目标的飞行情况计算出飞行轨迹,预测目标某一时刻的方位,最后控制导弹车发射导弹,从而在某个预测点成功地将其击落。从控制的角度,下列关于该导弹防御系统的分析中恰当的是( )A.属于开环控制B.入侵目标是被控对象C.执行器是目标雷达D.入侵目标突然改变运动状态造成防御失败,入侵目标运动状态的突变属于干扰因素答案 A解析 导弹是被控对象,导弹车是执行器,敌机信息是输入量,雷达是检测装置。该控制系统没有反馈,是开环控制。敌机信息变化是输入量改变,不属于干扰因素。4.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。下列关于贴标子系统的分析中,恰当的是( )A.被控对象是标签B.控制量是延时时间C.控制方式属于闭环控制D.标签检测装置和产品检测装置都检测输出量答案 A解析 根据题干中的描述“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”,延时时间是贴标子系统的输入量,贴标机皮带和贴标压轮是执行器,标签是被控对象,输出信号是标签准确贴到产品的规定位置,是一个开环控制系统,检测装置检测的是输入量。所以恰当的是A选项。5.如图所示为某企业推出的面向低端市场的3D打印机结构示意图,由原料恒温熔化控制子系统和喷头位置控制子系统组成。在原料恒温熔化控制子系统中,传感器检测到喷头处原料温度并传输到控制主板,控制主板根据设定温度与实际温度的差异,控制加热器加热或关闭;在喷头位置控制子系统中,控制主板将信号传输给电机,电机上的皮带轮带动皮带,喷头随皮带移动到相应位置。当原料短缺时,喷头位置控制子系统停止工作。下列关于喷头位置控制子系统的分析中,不正确的是( )A.输出量是喷头的位置B.传感器是检测装置C.执行器是电机及皮带轮D.控制方式属于开环控制答案 B解析 本题考查控制系统的要素区分。A由题干可知喷头由皮带带动到相应位置,是系统的最终结果是输出量,正确;B从题干中可知传感器是“原料恒温熔化控制子系统”的要素,不是“喷头位置控制子系统”的要素,所以B错误;C执行器是电机带动皮带轮转动,所以正确;D.系统的输出量是碰头的位置,不对控制系统产生影响,所以是开环控制系统。6.如图所示为某光电门实验系统,由气垫导轨子系统和运动时间测量子系统构成。当气垫导轨上的滑块经过光电门1时,遮光条遮挡光线,数字计时器开始计时。当滑块到达光电门2时,数字计时器停止计时,从而获得滑块在两个光电门之间的运动时间。下列关于运动时间测量子系统的分析中不合理的是( )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答案 B解析 运动时间测量子系统的被控对象是数字计时器。7.(2024·嘉兴模拟)如图所示是螺钉自动紧固装配系统示意图。该系统主要由机械臂、自动螺钉枪、视觉组件、螺钉供料器和工作台等部分组成。系统工作时,将手机电路板装入手机外壳的规定位置,并将手机外壳固定在工作台上,控制器通过视觉组件得到精确的安装孔位置信息,控制自动螺钉枪从螺钉供料器中取出合适的螺钉,将螺钉拧入安装孔固定手机电路板。下列关于螺钉自动紧固装配控制系统的分析中合理的是( )A.自动螺钉枪的上升和下降是输出量B.螺钉是被控对象C.安装孔的数量变化是系统的干扰因素D.视觉组件是反馈装置答案 B解析 分析控制过程可知,该系统的目的是实现将螺钉拧入电路板的安装孔中,控制过程中不存在反馈,是开环控制系统。输入量为精确的安装孔位置信息,输出量是螺钉拧入电路板的安装孔,被控对象是螺钉,执行器是自动螺钉枪,自动螺钉枪的上升和下降是控制量。视觉组件是输入装置。8.(2024·12月五校联考)如图所示是天然气泄漏报警控制系统。天然气传感器探测空气中的天然气浓度信号并传送至控制器,控制器对信号进行处理,当天然气浓度高于设定值时,先控制电磁阀关闭以切断供气,再控制排风扇启动来降低空气中然气浓度,最后控制报警器发出声光报警。下列关于天然气泄漏报警控制系统工作过程的分析中正确的是( )A.输出量是空气中的天然气浓度B.电磁阀是被控对象C.反馈信号是报警声D.燃气计量器的精确度不是干扰因素答案 D解析 A.输出量是报警,B.被控对象是声光报警器C.开环系统没有反馈信号,只有检测的输入信号,也就是天然气浓度。D.燃气计量器的精确度不是干扰因素,正确。(共67张PPT)必修 技术与设计2课时21 控制的方式与应用 开环控制系统的工作过程目 录CONTENTS考点一01考点二02课堂检测03课后作业04考点一 控制的方式与应用1一、控制1.含义:人们按照自己的意愿或目的,通过一定的手段,使事物向期望的目标发展,这就是控制。2.构成控制的三要素三要素 对象 目的 手段含义 被控制的事物 人们的意愿或期望的方向 控制实施的方式和方法二、控制的分类1.按控制过程中人工干预的情形来分(1)____________:控制的过程是在人的直接干预或全程干预下进行。 (2)____________:在无人直接参与的情况下,使事物的变化准确地按照期望的方向进行。 2.按照控制信号流和执行部件的不同来分(1)____________:以气体(压缩空气)作为主要信息与动力,一般由气阀门及气控件组成。 (2)____________:运用液体动力改变控制对象的工作状态。 人工控制自动控制气动控制液压控制(3)____________:控制系统的输出是通过电气量或电子信号来进行的,所控制的对象是电动执行元件。 (4)____________:以机械传动作为主要控制手段,如采用杠杆、齿轮、皮带传动、蜗轮蜗杆等方式。 (5)____________:由电子元器件构成,采用电信号作为传递信号的载体。 (6)____________是具有智能信息处理、智能信息反馈和智能决策的控制方式,它能在无人干预的情况下,自主地驱动智能机器实现控制目标。 电动控制机械控制电子控制智能控制考向 控制方式【典例】 一款婴幼儿耳测温度计,它有一个声光警报装置,当测得温度高于37.5度时,就会发出嘟嘟声并闪烁。这个温度报警控制系统的控制属于( )A.自动控制、电子控制 B.手动控制、电子控制C.手动控制、机械控制 D.自动控制、机械控制A解析 这里人没有全程参与和直接参与,属于自动控制,利用电子设备发出声音,属于自动的电子控制,选项A正确。【变式】 如图所示为马桶水箱水位控制示意图,按下手柄后,起动杆拉开冲水阀阀座,水流出,水箱水位降低,浮球随之降低。下降的浮球打开浮球阀,为水箱注水。当浮球上升到一定高度时,浮球阀闭合,停止注水。对该控制系统的分类正确的是( )CA.手动控制、液压控制B.自动控制、电子控制C.自动控制、机械控制D.手动控制、气动控制解析 该控制系统控制过程中没有人的直接参与,属于自动控制;该控制借助浮力,利用浮球、连杆等作为执行机构实现水位的控制,属于机械控制。考点二 开环控制系统的工作过程2一、控制系统1.定义任何控制都要通过若干个环节来实现,这些环节所涉及的装置构成了一个系统,称为控制系统。2.分类控制系统分为________________和________________。 3.方框图在控制系统中,为了方便分析,常采用方框来表示系统的环节,用单向信号线来表示系统信号传递的方向,这种图称为控制系统的方框图。它表示了系统的各个环节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。开环控制系统闭环控制系统二、开环控制系统1.定义控制系统的输出量________系统的控制产生任何影响,这种控制系统称为开环控制系统。 2.开环控制系统的方框图不对输入量:控制系统的给定量。控制器:对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件。执行器:直接对____________进行控制的装置或元件。 控制量:________的输出信号。 被控对象:控制系统中所要控制的装置或生产过程。输出量:控制系统所要控制的量。被控对象执行器考向 开环控制系统的工作过程分析【典例】 (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。关于激光除草系统,下列从控制系统角度进行的分析中恰当的是( )CA.杂草为被控对象B.计算机的输出信号是控制量C.控制方式属于开环控制D.计算机辨识不出的杂草属于干扰因素解析 激光除草系统,激光是被控对象,计算机输出信号不属于控制量,控制量为继电器输出的信号,输入为图像信息,输出为激光光束,属于开环控制系统,计算机辨识不出的杂草属于输入量,不属于干扰因素,综合考虑C正确。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C解析 针对输送带控制子系统,控制的目的为输送带的运动状态,所以执行器为电机,电机输出的转动量为该系统的控制量,故C不正确。【变式2】 (2023·1月浙江选考)如图所示的装配系统,包含工件传输子系统和机械装配子系统,其工作过程:工件A整齐排列在传送带Ⅰ上,当位置检测传感器检测到工件A时,传送带Ⅰ暂停;工件B放置在传送带Ⅱ上,当工件B进入相机的拍摄范围时,传送带Ⅱ暂停;相机拍摄工件B的图像并传送到工控机,工控机根据工件B相对于基准位置的偏差确定工件B的坐标,控制机械手抓取工件A并装配到工件B上。下列关于机械手装配子系统控制的分析中合理的是( )CA.装配速度是该装配子系统的被控量B.基准位置的调整是工件装配的干扰因素C.相机拍摄的工件B的图像信息是输入量D.把工件A装配到工件B的过程采用了闭环控制方式解析 机械手装配子系统没有反馈是开环控制方式,输入量为相机拍摄的工件B的图像信息,输出量(被控量)是机械手抓取工件A并装配到工件B,基准位置的调整是系统的功能而不是工件装配的干扰因素。所以选C。1.开环控制系统的特点(1)输入量决定输出量,并且一一对应。(2)控制的目的在输出端。(3)开环也有检测装置。2.开环控制系统的判断(1)根据定义判断:输入量决定输出量,而输出量对这个控制过程不产生影响。(2)根据开环的目的判断:开环的输出量一般有两个对立的状态(如:门的开与关)。(3)根据有无反馈判断:开环无反馈,闭环有反馈。3.被控对象的确定找被控对象要二看:一看,系统名称;二看,系统的目的。4.控制量的确定执行器的输出信号是控制量,找控制量先找执行器。注意:控制器发出的信号不是控制量。5.开环控制系统实例实例 工作过程 定时浇水控制系统(定时类) 将时间设定到定时浇水控制系统的定时器中,到了设定时间就自动接通水泵,开始往水管里抽水,通过调节定时器通电时长,控制滴到植物土壤中的水量 音乐喷泉控制系统 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,根据这种电信号控制电路驱动电动机带动水泵转动。音乐信号强,水泵的转速就快,喷出的水柱就高。反之,音乐信号弱,水泵的转速就慢,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 实例 工作过程 红外线感应自动水龙头控制系统(开关类) 当手伸入感应区时,控制电路控制电磁阀的打开,水龙头出水 希罗自动门控制系统(开关类) 祭坛点火使容器1中的空气膨胀, 水流入容器2,利用水的重力使转 轴3转动,将门打开。当祭坛的火 熄灭时,庙门在重锤的作用下就会 自动关闭 实例 工作过程红外线感应自动门控制系统 (开关类)当人走近自动门时,门上方的红外线装置检测到人体热辐射发出的红外线信息,控制电路接收到该信号后,便会发出相应的指令,启动电机运转,从而带动门自动开启(或者控制气动装置,使门向两边打开)。当门开启之后,控制电路将作出判断,如果没有人在检测范围内,就通知电机做反向运转,使门关闭公交车自动车门控制系统(开关类)公交车一般都是折叠门,驾驶员按下开关,控制电路得到信号,使电磁阀通电推动活塞将车门打开或关上实例 工作过程红外线感应自动开闭垃圾桶控制系统(开关类)当人手靠近桶盖时,传感器感应到人手信号,控制电路控制电机打开桶盖;手远离桶盖后,控制电路延时10 s后桶盖自动关闭火灾自动报警控制系统(检测报警类)课堂检测31.(2024·3月宁波十校)如图所示是某汽车自动清洗控制系统,其控制部分可分为喷水控制子系统和洗刷控制子系统。喷水控制子系统工作过程:PLC根据车辆检测器检测到汽车到位信号,控制清洗电机接通电磁阀产生高压水,通过喷头清洗车辆。洗刷控制子系统中,PLC控制刷子电机洗刷车辆。下列关于喷水控制子系统的分析中正确的是( )AA.该系统的输出量不对控制过程产生影响B.执行器是刷子电机C.控制量是PLC的输出信号D.输出量是车辆检测器检测到的信号解析 喷水控制的方框图如图所示:控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响,这种控制系统称为开环控制系统。因此A正确。2.如图所示的货箱封装检测分拣系统,包含货箱传输子系统、封装子系统和分拣子系统。其工作过程为:待封货箱等间距整齐排列在传送带Ⅰ上,当位置检测器检测到货箱时,传送带Ⅰ暂停;工控机控制机械手对货箱进行封装;封装检测器检测货箱是否封装完好并将检测信息传递至工控机,若货箱未封装好,则工控机控制推动杆将未封装好的货箱推至传送带Ⅱ上,若货箱封装完好,则推动杆不推动货箱。下列关于分拣子系统控制的分析中合理的是( )CA.输入量为位置检测器传递给工控机的信号B.分拣速度是分拣子系统的被控量C.分拣子系统采用的是开环控制方式D.货箱是否封装好属于分拣子系统的干扰因素解析 注意这里有两个控制系统。分拣子系统的输入量是封装是否完好,控制器是工控机,执行器是推动杆,被控量是不推或推到传送带2上。所以这是开环,D这是输入量本身的变化。3.(2024·11月湖丽衢三地)如图所示是大米色选系统示意图,用于筛选不同色泽的米粒。工作时先设定好合格米粒颜色的范围,再将大米倒入料斗,通过振动给料器均匀地铺在溜槽中,米粒顺着溜槽进入到分选室,传感器将检测到的米粒颜色信息传送至信号处理器,信号处理器将颜色超出范围的米粒识别出来,等米粒落到喷射中心位置时,信号处理器驱动喷阀工作,将不合格米粒喷到次品槽中。以米粒为被控对象,下列关于大米色选控制系统说法中正确的是( )BA.喷阀喷出的空气是输出量B.米粒颜色信息不是干扰因素C.控制方式为闭环控制D.信号处理器的输出量是控制量解析 A.喷阀是执行器,喷出的空气是控制量;C.输出量对控制没有影响,控制方式为开环;D.控制器的输出量不是控制量。A.水位探头是输入量B.控制方式属于开环控制C.继电器是执行器D.水池的水位不属于干扰因素A解析 该控制系统属于开环控制系统,水位信息是输入量;继电器是执行器;水池的水位是输入量,输入量不属于干扰因素。电动机控制系统的方框图如下:5.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控制子系统。过压保护控制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,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。以电磁阀为被控对象,下列关于过压保护控制子系统的分析中正确的是( )DA.控制量为电磁阀的开闭B.输入量是设定的管内压力安全值C.控制方式属于闭环控制D.继电器工作异常属于该系统的干扰因素解析 A选项以电磁阀为被控对象,电磁阀的开闭是输出量而非控制量,说法错误;B选项题干描述“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”,输入量是管内实际压力值,而不是设定值,说法错误;C选项输入量是管内实际压力值,输出量是电磁阀的开闭,是开环控制而非闭环,说法错误;D选项继电器工作异常会影响系统的输出有非输入量,所以属于该系统的干扰因素,说法正确。A.外呼按钮[↑]输入的信号是该控制子系统的输入量B.该控制系统的控制方式是开环控制系统C.曳引机的转动属于控制量D.供电电压波动属于该控制系统的干扰因素C解析 曳引式电梯系统的控制目的是当有人在门厅按下外呼按钮时,控制电梯停在目标层,输入量是外呼按钮的输入信号,输出量是曳引机是否停止,输出量不影响控制过程,是开环控制系统;供电电压的波动会影响电梯的运行,属于干扰因素。4课后作业基础巩固篇能力提升篇1.如图所示是自动扶梯上行控制系统示意图。红外传感器检测到乘客进入扶梯时,控制器控制电动机拖动扶梯快速运行,乘客离开后,扶梯慢速运行。关于该控制系统,下列说法正确的是( )DA.红外传感器起反馈作用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 分析控制过程可知,自动扶梯控制系统的输入量是红外传感器检测到的人体信号,红外传感器起检测作用,执行器是电动机,被控对象是扶梯,控制量是电动机的运动状态,输出量是扶梯的运行速度。控制过程中输出量不对系统的控制产生影响,是开环控制系统。方框图如图所示。A.被控对象是雷达侦测器B.控制器是主机C.输入量是车尾至障碍物的距离信息D.输出量是报警声和显示器的显示信息A解析 由题可知,汽车倒车雷达系统的被控对象为蜂鸣器和显示器。A.执行器是除尘喷头 B.被控对象是煤尘C.输入量是卸煤车间的煤尘量 D.输出量是喷水量D解析 输入量是运煤汽车到位及离开信号,输出量是喷水量,输出对输入没有影响,该系统是开环控制系统,被控对象是除尘喷头,执行器是电磁阀,选项D正确。4.如图所示为某番茄采摘智能机器人系统。其控制部分可分为番茄采摘控制子系统和行进驱动子系统。番茄采摘控制子系统工作过程是:工控机根据摄像机获得的数据,判定番茄是否成熟并确定其位置,然后控制机械臂和末端采摘装置,实现对成熟番茄的采摘。下列关于番茄采摘控制子系统的分析中正确的是( )AA.摄像机获得的数据是输入量B.工控显示器是被控对象C.车轮是执行器D.机械臂伸出的距离是输出量解析 番茄采摘控制子系统输出为采摘番茄,无反馈过程,为开环控制系统;控制方框图如图所示。5.如图所示是汽车的EPS电子辅助转向系统。其工作原理是:电子控制单元ECU根据转矩传感器检测到的转矩电压信号、转动方向和车速信号等,向电动机发出指令,使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩,从而产生辅助动力。下列关于该控制系统的说法中,正确的是( )CA.输出量是辅助动力 B.车速信号不属于输入量C.控制量是转向助力转矩 D.被控对象是电动机解析 输入量是转矩传感器检测到的转矩电压信号、转动方向和车速信号,输出量是转向,控制器是电子控制单元ECU,执行器是电动机,控制量是转向助力转矩,被控对象汽车或车轮,选项C正确。6.如图所示为防止非允许车辆强行闯入的车牌识别电动液压升降柱。车辆驶入车牌识别区域,感应检测器触发车牌识别器识别车牌信息,计算机接收到车牌的信息进行处理,判断是否为内部车辆,控制电机带动液压缸中的活塞上下运动,实现升降柱柱体的升降。关于该控制系统,下列说法中正确的是( )CA.被控对象是汽车B.输出量是不同的车牌号码C.执行器是电机和活塞模块D.控制量是升降柱柱体的升降解析 本题考查开环控制系统的工作过程。在该系统中,被控对象为升降柱柱体;不同的车牌号码是该系统的输入量;升降柱柱体的升降是该系统的输出量。方框图如图所示。7.如图所示的对焊机是利用两工件接触面之间的电阻,瞬间通过大电流,使两个互相对接的金属工件接触面瞬间发热至熔化并融合。为了操作安全,设置了安全保护控制子系统。工人把被焊工件放置在焊接台上后,仅当光栅传感器检测到焊接区没有障碍物且双手同时拨开两侧的微动开关后,焊接电极才会下降完成焊接。下列关于安全保护控制子系统的分析中,正确的是( )BA.控制方式属于闭环控制 B.被控对象是焊接电极C.执行器是微动开关 D.控制量是光栅传感器的输出信号解析 安全保护控制子系统有检测环节,但光栅传感器检测的是输入量,不存在反馈,是开环控制系统。控制目的是使焊接电极下降进行焊接,故被控对象为焊接电极,输出量为是否焊接,执行器是电机,微动开关是输入设备之一。8.如图所示的快递分拣系统,包含快递输送子系统和抓取子系统,其工作过程为:快递整齐排列在传送带上,输送到扫描区,扫描仪扫描快递上的条形码后将相关信息输送到工控机,工控机根据相关信息控制机械手,将快递分拣到不同分拣框内。下列关于抓取子系统控制的分析中合理的是( )DA.扫描仪是该子系统的执行器B.机械手是被控对象C.条形码打印错误是该子系统的干扰因素D.扫描仪获取的信息是输入量解析 本题考查控制系统。抓取子系统执行器是机械手,A错误;被控对象是快递,B错误;扫描仪获取的条形码信息是输入量,条形码打印错误不是干扰因素,C错误;扫描仪获取的条形码信息是输入量,D正确,因此答案选D。1.汽车车窗在关闭过程中,如果遇到一定阻力,升窗电机的转速会发生突变,此时霍尔传感器检测到该突变的信号后,电子控制单元(ECU)会控制电机停止转动后反转,避免车窗产生安全事故。下列关于车窗防夹控制系统说法正确的是( )DA.该控制系统为闭环控制系统B.电机是被控对象C.关窗时夹到衣服,车窗无法关闭,衣服的阻碍属于干扰因素D.输入量是电机转速的突变信号解析 该控制系统为开环控制系统,霍尔传感器检测的信号是输入量。故输入量是突变信号。A.计算机是该控制系统的控制器B.被控量是振动马达的振动C.该系统是开环控制系统D.控制量是计算机的输出信号D解析 振动马达为被控对象,可以知道计算机是控制器,输入量为摄像机的视频输入,输出量为马达的振动,可知该系统为开环控制系统,控制器的输入不是控制量,控制量是执行器的输出量,执行器应该是继电器或其它不是计算机,因此D错误。3.如图是一个简单的导弹防御系统的示意图。目标雷达不间断扫描,假设雷达在某一个时刻发现有敌方目标进入其领空,它会马上跟踪这个目标并通知控制中心,控制中心根据目标的飞行情况计算出飞行轨迹,预测目标某一时刻的方位,最后控制导弹车发射导弹,从而在某个预测点成功地将其击落。从控制的角度,下列关于该导弹防御系统的分析中恰当的是( )AA.属于开环控制B.入侵目标是被控对象C.执行器是目标雷达D.入侵目标突然改变运动状态造成防御失败,入侵目标运动状态的突变属于干扰因素解析 导弹是被控对象,导弹车是执行器,敌机信息是输入量,雷达是检测装置。该控制系统没有反馈,是开环控制。敌机信息变化是输入量改变,不属于干扰因素。4.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。下列关于贴标子系统的分析中,恰当的是( )AA.被控对象是标签 B.控制量是延时时间C.控制方式属于闭环控制 D.标签检测装置和产品检测装置都检测输出量解析 根据题干中的描述“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”,延时时间是贴标子系统的输入量,贴标机皮带和贴标压轮是执行器,标签是被控对象,输出信号是标签准确贴到产品的规定位置,是一个开环控制系统,检测装置检测的是输入量。所以恰当的是A选项。A.输出量是喷头的位置B.传感器是检测装置C.执行器是电机及皮带轮D.控制方式属于开环控制B解析 本题考查控制系统的要素区分。A由题干可知喷头由皮带带动到相应位置,是系统的最终结果是输出量,正确;B从题干中可知传感器是“原料恒温熔化控制子系统”的要素,不是“喷头位置控制子系统”的要素,所以B错误;C执行器是电机带动皮带轮转动,所以正确;D.系统的输出量是碰头的位置,不对控制系统产生影响,所以是开环控制系统。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B解析 运动时间测量子系统的被控对象是数字计时器。7.(2024·嘉兴模拟)如图所示是螺钉自动紧固装配系统示意图。该系统主要由机械臂、自动螺钉枪、视觉组件、螺钉供料器和工作台等部分组成。系统工作时,将手机电路板装入手机外壳的规定位置,并将手机外壳固定在工作台上,控制器通过视觉组件得到精确的安装孔位置信息,控制自动螺钉枪从螺钉供料器中取出合适的螺钉,将螺钉拧入安装孔固定手机电路板。下列关于螺钉自动紧固装配控制系统的分析中合理的是( )BA.自动螺钉枪的上升和下降是输出量B.螺钉是被控对象C.安装孔的数量变化是系统的干扰因素D.视觉组件是反馈装置解析 分析控制过程可知,该系统的目的是实现将螺钉拧入电路板的安装孔中,控制过程中不存在反馈,是开环控制系统。输入量为精确的安装孔位置信息,输出量是螺钉拧入电路板的安装孔,被控对象是螺钉,执行器是自动螺钉枪,自动螺钉枪的上升和下降是控制量。视觉组件是输入装置。8.(2024·12月五校联考)如图所示是天然气泄漏报警控制系统。天然气传感器探测空气中的天然气浓度信号并传送至控制器,控制器对信号进行处理,当天然气浓度高于设定值时,先控制电磁阀关闭以切断供气,再控制排风扇启动来降低空气中然气浓度,最后控制报警器发出声光报警。下列关于天然气泄漏报警控制系统工作过程的分析中正确的是( )DA.输出量是空气中的天然气浓度B.电磁阀是被控对象C.反馈信号是报警声D.燃气计量器的精确度不是干扰因素解析 A.输出量是报警,B.被控对象是声光报警器C.开环系统没有反馈信号,只有检测的输入信号,也就是天然气浓度。D.燃气计量器的精确度不是干扰因素,正确。 展开更多...... 收起↑ 资源列表 课时21 控制的方式与应用 开环控制系统的工作过程.docx 课时21 控制的方式与应用 开环控制系统的工作过程.pptx