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控制及其设计
第5课时　控制系统的设计与实施
第四单元
1.电动机只能充当控制系统的执行器。（　　）
2.小明要设计一个自动门控制系统。当检测到有人靠近门时，门自动打开；当检测到无人时，门关闭。设计时将门确定为被控对象，可选用定时器设置门启动时间。（　　）
3.小明想设计一款具备光控感应功能的手电筒门把手，有光的情况下不亮灯，没有光时能自动亮灯。设计该系统时，他应将其设计为闭环控制。（　　）
4.交通路口红绿灯定时控制系统的控制器可以选用定时器。（　　）
×
判断正误，正确的画“√”错误的画“×”
√
×
×
答案速对
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
D C D C C C D A D B
11 12
A D
考点1　控制系统设计应考虑的基本问题
1.小明要为听觉障碍者的住所设计一个门铃控制系统，有人来访时“门铃”能提醒听觉障碍者。设计时他将指示灯确定为被控对象，下列构思中不可行的是（　　）
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.声音传感器可做检测部件
D.该控制系统的控制方式可定为闭环控制
D
√
为听觉障碍者的住所设计门铃控制系统，以灯作为“门铃”提醒听觉障碍者，当有人来时灯亮提醒，控制过程无须反馈，应为开环控制系统。
2.小明发现外出旅游时家中植物无人照看，于是想设计一个精度较高的植物盆栽土壤湿度控制系统。当土壤干燥时，系统能自动浇水直至符合湿度要求。关于该系统的设计，下列构思中最合理的是（　　）
A.该控制系统可选用开环控制方式
B.该控制系统控制手段可选用定时的机械控制
C.检测元件可选用湿度传感器
D.检测装置可放置在花盆边缘的土壤表面
C
√
A项，结合题干描述，该控制系统应选用闭环控制；B项，精度要求较高时，宜选用电子控制系统；D项，湿度传感器应安装在花盆中心，这样测得的湿度最为准确。
3.小明同学想要设计一款智能风扇控制系统，提出的功能设计要求是：当人远离风扇时，风扇能够自动断电关闭，反之则能启动；当人在风扇周围时，人走到某一位置，风扇也能够跟到相应位置吹风。下列是小明同学的构思，其中不恰当的是（　　）
A.设计智能风扇时，应分成自动开关子系统和自动跟踪子系统
B.设计自动跟踪子系统时，该子系统可以设计成闭环控制系统
C.设计自动开关子系统时，可以采用电子开关作为执行器
D.智能风扇控制系统只需要检测人，则该系统只需红外线传感器
D
√
该控制系统不仅需要检测人的有无，还应当检测人相对风扇所处的位置，因此仅有红外传感器不能实现系统功能。
考点2　开闭环控制系统的设计
小明在锻炼时发现，游泳池如果由人工控制整个注水过程，很费时间，因此小明设计了以下两种控制方案。
方案甲：若进水管的进水量是均匀的，则游泳池中的水位高度与进水的时间是对应的。可以安装定时器和电磁阀，通过定时器来控制电磁阀的开闭进而控制游泳池注水，其控制结构如图甲所示。
方案乙：在控制面板上输入目标水位，检测装置检测游泳池的实际水位，PID控制器将实际水位与目标水位进行比较并发出控制命令给电磁阀，进而控制是否往游泳池里加水，其控制结构如图乙所示。根据题干及图示，完成第4—5题。
C
4.关于以上两种方案的控制，
下列描述正确的是(　　)
A.方案甲采用定时控制，因此方案
甲的控制精度比方案乙高
B.从以上两方案可以看出，开环控制系统和闭环控制系统的本质区别为
开环控制系统无检测装置，闭环控制系统有检测装置
C.方案甲的输入量为设定时间，方案乙的输入量为设定水位
D.采用方案甲，当水管水压不足时，到了设定时间游泳池水位未达到设
定水位，则能够继续注水至设定水位
√
分析可知，方案甲是开环控制，方案乙是闭环控制。A项，方案甲的精度比方案乙低；B项，开环控制系统和闭环控制系统的本质区别在于有无反馈，开环控制系统也可以有检测装置，但常常检测的是输入量；D项，采用方案甲，当水管水压不足时，到了设定时间游泳池水位未达到设定水位，则不能继续注水。
5.方案乙的水位控制系统中，
对水位控制精度没有影响的是(　　)
A.水位检测装置的灵敏度
B.电磁阀的性能
C.改变水位设定值
D.PID控制器的运算性能
小明在锻炼时发现，游泳池如果由人工控制整个注水过程，很费时间，因此小明设计了以下两种控制方案。
方案甲：若进水管的进水量是均匀的，则游泳池中的水位高度与进水的时间是对应的。可以安装定时器和电磁阀，通过定时器来控制电磁阀的开闭进而控制游泳池注水，其控制结构如图甲所示。
方案乙：在控制面板上输入目标水位，检测装置检测游泳池的实际水位，PID控制器将实际水位与目标水位进行比较并发出控制命令给电磁阀，进而控制是否往游泳池里加水，其控制结构如图乙所示。根据题干及图示，完成第4—5题。
水位设定值是输入量，只会影响控制的水位高低，不会影响控制精度。
C
√
6.小明发现晚自习结束后的一段时间是寝室用水的高峰期，寝室高层的学生，常常受到水压变低的困扰。小明决定对原有供水系统进行优化，他打算设计一个恒压供水控制系统来实现目标，用水高峰水压降低时，系统自动增大供水压力。下列对该恒压供水控制系统的分析中不正确的是(　　)
A.控制方式可定为闭环控制
B.执行器可选用增压泵
C.学生用水量不是干扰因素
D.压力传感器可作为检测装置
C
√
分析小明打算设计的恒压供水控制系统可知，要实现水压恒定，控制过程需要有反馈，故该恒压供水控制系统应为闭环控制。由此可知，输入量为设定水压，输出量为实际水压。被控对象为水管，因此执行器需要选择能提供压力的装置，检测装置需要能检测压力。
7.如图所示的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。其工作过程为：电动机通过皮带、主轴带动输送带，传感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，同时启动气动装置驱动裁切刀具对板材进行裁切。下列关于板材长度控制子系统的分析中不正确的是（　　）
A.输入量是检测到的线距离长度
B.控制量是电动机是否转动
C.该控制系统可以设计成开环控制系统
D.输送带与主轴之间出现打滑不属于干
扰因素
D
√
输送带与主轴之间出现打滑会影响输出量且不是输入量，属于干扰因素。
8.[2026浙江9+1联盟期中]下图所示为某温室智慧管控装备国产化项目，该项目通过部署环境传感器与巡检机器人，实现温室内环境参数的实时监测与智能调控。环境传感器定点采集温度、湿度、光照等环境数据；巡检机器人通过移动监测，采集作物图像与区域环境差异数据；智能调控平台依据监测数据，自动控制风机、湿帘、遮阳装置、喷雾系统实现精准调控，完成温室环境的动态管理。下列关于该温室温湿度与光照智能控制系统的分析中，错误的 （　　）
A.巡检机器人的实时检测数据是系统的输入量
B.要实现精准的调控效果，系统应采用闭环控制
C.风机、湿帘、遮阳装置、喷雾系统属于系统的
执行器
D.温室的实际温度、湿度、光照强度为被控量
A
√
分析系统的控制过程可知，存在反馈，是闭环控制。因此，传感器检测的是输出量。
9.某超声波加湿器工作原理简图如图所示。超声波加湿控制模块产生每秒200万次的超声波高频振荡，利用雾化片的起频谐振将水珠雾化为1微米~5微米的超微粒子，在风机的作用下使之产生悬浮的水雾，从而达到湿润空气的效果。为了使室内的空气湿度能够自动准确地控制在设定值，下列控制方案中合理的是（　　）
A.当人体感受到室内空气湿度合适时，人工将加湿器关闭
B.当水汽汽化腔中的水位降到一定值
时，自动将加湿器关闭
C.采用定时器设定加湿周期,让加湿器
周期性自动工作
D.采用湿度传感器检测室内实际湿度，自动控制加湿器的开和关
D
√
根据题目要求，要想使空气湿度自动地控制在设定值，需要设计成闭环控制，即能够检测空气的湿度，并与设定值进行比较，再通过执行器自动控制是否加湿。
10.在校园农业劳动实践中，同学们为植物栽培设计了一个营养液循环控制系统（图a所示为系统框图模型，图b所示为控制系统示意图），该系统包括微控制器、环境感知部分、调节部分
等。温度传感器、液位传感器、pH值传感器
和流速计均安装在栽培槽中。根据微控制器
指令，加热器与制冷器、蠕动泵、水泵联合
调节栽培槽中营养液的温度、pH值、液位和
流速。下列关于该营养液循环控制系统的说
法合理的是(　　)
A.流速控制子系统的执行器可以使用流速计
B.栽培槽中营养液的pH值控制子系统可以采
用闭环控制方式
C.为提高温度控制效率，配液箱越大越好
D.为提高pH值控制精度，pH值传感器应安
装在酸碱液箱中
B
√
A项，流速计是检测装置，不能作为执行器；B项，栽培槽中营养液的pH控制子系统的目的是使pH维持在合适的数值，即输入量是设定的pH，输出量是实际pH，系统需要通过pH传感器检测反馈，应采用闭环控制系统；C项，配液箱需要考虑系统的相关性，考虑和其他部分匹配，配液箱过大是一种浪费；D项，pH传感器用于检测栽培槽的pH，应安装在栽培槽中。
11.某即热式饮水机设计方案如图所示。自来水经过滤装置后进入储水箱，再送到煮水箱。当水位达到高水位时，进水电磁阀断电关闭，水位降到低水位时电磁阀通电进水。在出水龙头取水时，电加热器迅速将煮水箱中的水加热至100 ℃，其间产生的水蒸气通过排气管排出。小明构思了下列几种电加热器控制方案，其中较合理的是（　　）
A.在出水龙头处安装传感器，有
水流动时开始加热，无水流动
时停止加热
B.在排气管上安装传感器，有水
蒸气流动时停止加热，无水蒸气流动时开始加热
C.与水位开关联动，高水位时开始加热，低水位时停止加热
D.与进水电磁阀联动，电磁阀通电时开始加热，电磁阀断电时停止
加热
A
√
对于该即热式饮水机电加热器控制系统的设计，较为理想的方案应是在出水龙头取水时，电加热器迅速将煮水箱中的水加热至100 ℃，保证出水龙头处获得持续稳定的热水，且作为即热式饮水机应具有良好的节能特性，不取用水时不加热。故控制方式应选用开环控制，控制系统应检测水龙头取水信号（输入量）。B、C、D项会造成能源浪费或供水不连续。
12.下图所示为滑台的运动系统示意图，由电机控制子系统和机械传动子系统组成。在电机控制子系统中，传感器检测电机的转动角度，并反馈到控制装置与设定值比较，控制装置根据差值发出运动信号，驱动器将运动信号转变成相应的电流驱动电机转动。在机械传动子系统中，电机带动丝杆转动，丝杆通过螺母驱动滑台移动。系统根据电机的转动角度和丝杆的螺纹间距计算出滑台移动的距离，从而实现对滑台位置的间接控制。由于丝杆传动的误差和滑台移动时的摩擦，滑台移动的距离存在误差。为了提高滑台位置的控制精度，需要对该系统进行优化，下列措施中合理的是（　　）
D
√
A项，高精度电机、开环控制等方法没有克服滑台移动时的摩擦造成的误差；B项，换用高精度传感器提高了检测精度，但仍没有克服误差，只能对误差进行更精准的了解；C项，检测丝杆的转动角度，没有克服因滑台移动时的摩擦造成的位置误差；D项，滑台上安装传感器，检测滑台位置，检测到的数据再次传给控制装置，控制装置输出信号给驱动器重新驱动电机修正滑台位置，比较合理。
（1）关于溶氧度控制子系统，下列说法不
正确的是________（单选）。
A.渔机控制器失灵导致水体溶氧度不稳定，
体现了系统的整体性
B.设计时，需考虑水体溶氧度保持在合理的范围内，避免增氧机频繁启停
C.溶氧度传感器实时采集数据，体现了系统分析的科学性原则
D.在确保鱼类生存环境的同时，降低运行成本是系统优化的目标
13.[2026浙江学考]下图是某鱼塘智能管理系统，由监控、远程控制、溶氧度控制等子系统组成。其中溶氧度控制子系统的工作过程如下：溶氧度传感器实时采集水体溶氧度数据，当溶氧度低于设定下限时自动启动增氧机，达到设定上限后自动关闭增氧机，使水体溶氧度保持在合理的范围内。请回答下列问题：
C
溶氧传感器实时采集数据是其功能，没有体现系统设计时人利用数学工具或科学原理进行定量分析，与科学性原则无关。
√
（2）下列不属于溶氧度控制子系统干扰因素的是_________（单选）。
A.溶氧度设定值改变
B.鱼塘环境气压变化
C.鱼塘水体温度变化
13.[2026浙江学考]下图是某鱼塘智能管理系统，由监控、远程控制、溶氧度控制等子系统组成。其中溶氧度控制子系统的工作过程如下：溶氧度传感器实时采集水体溶氧度数据，当溶氧度低于设定下限时自动启动增氧机，达到设定上限后自动关闭增氧机，使水体溶氧度保持在合理的范围内。请回答下列问题：
A
分析可知，溶氧度控制子系统工作过程中存在反馈，是闭环控制，溶氧度设定值是其输入量[也可以结合（3）的方框图判断出输入量]，因此不属于干扰因素。
√
（3）请根据题意补全溶氧度控制子系统的方框图。
13.[2026浙江学考]下图是某鱼塘智能管理系统，由监控、远程控制、溶氧度控制等子系统组成。其中溶氧度控制子系统的工作过程如下：溶氧度传感器实时采集水体溶氧度数据，当溶氧度低于设定下限时自动启动增氧机，达到设定上限后自动关闭增氧机，使水体溶氧度保持在合理的范围内。请回答下列问题：
增氧机
鱼塘水体
溶氧度传感器
（1）小明发现问题的途径是________（单选）。
A.观察日常生活
B.收集和分析信息
C.技术研究与技术试验
14.[2026温州十校期中]小明发现学校植物园的多肉盆栽随意堆放在地面上，不仅影响寿命，而且不美观，于是他设计了图a所示的多肉盆栽架子，主要采用角钢为制作材料。请完成以下任务：
A
小明是通过观察日常生活发现学校植物园多肉盆栽的摆放问题的。
（2）以下有关盆栽架子的分析中恰当
的有________（多选）。
A.采用角钢为制作材料，主要为了提
高盆栽架子的稳定性
B.为了悬挂更多的盆栽，横杆上的盆
栽悬挂孔越多越好
C.盆栽放置板需要具备一定的排水功能
D.考虑到地面的不平整，可将支撑脚设计成高度可调的结构
14.[2026温州十校期中]小明发现学校植物园的多肉盆栽随意堆放在地面上，不仅影响寿命，而且不美观，于是他设计了图a所示的多肉盆栽架子，主要采用角钢为制作材料。请完成以下任务：
CD
A项，角钢为制作材料主要考虑了结构的强度，与稳定性无关；B项，横杆上的孔越多，横杆的强度可能越差。
（3）技术试验后，小明发现在水平力的
作用下，架子容易摇晃，于是他对下方的
支撑结构进行优化，以下方案（四个面均
采用同样方式加固）中最合理的是_______
（单选）。
14.[2026温州十校期中]小明发现学校植物园的多肉盆栽随意堆放在地面上，不仅影响寿命，而且不美观，于是他设计了图a所示的多肉盆栽架子，主要采用角钢为制作材料。请完成以下任务：
B
架子容易摇晃说明连接的稳固性较差，可以通过增加三角形结构，提高稳固性。
（4）小明发现夏天的强光不利于多肉生长，于是他准备在架子上安装一个遮光控制系统，如图b所示（除了遮光网，其他要素均未画出），当光敏传感器检测到外界光线过强时，信号处理中心对信号进行处理并命令电机正转，驱动遮光网打开，直至矩形框被覆盖，达到削弱光照的目的。当外界光线减弱至设定值以下时，电机反转，收起遮光网。根据上述遮光网的控制过程，小明绘制了以下控制方框图，其中合理的是________（单选）。
14.[2026温州十校期中]小明发现学校植物园的多肉盆栽随意堆放在地面上，不仅影响寿命，而且不美观，于是他设计了图a所示的多肉盆栽架子，主要采用角钢为制作材料。请完成以下任务：
A
分析控制过程可知，不存在反馈，是开环控制，控制目的是控制遮光网打开，被控对象是遮光网，执行器是电机，控制器是信号处理中心。

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