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系统及其设计
第3课时　系统设计的优化与实现
第三单元
约束条件
不能
可以
判断正误，正确的画“√”错误的画“×”
1.系统的优化就是各子系统的优化。（　　）
2.农作物种植系统的优化中，农作物的生长特性、天气、气候等因素属于约束条件。（　　）
3.有线、无线、GPS的传输精度属于农田智能灌溉系统的约束条件。（　　）
4.某变频恒压供水系统主要由PLC控制单元、变频器、泵组电机、供水管网、水池和压力传感器等组成，其中水泵的性能是影响该系统优化的因素。（　　）
√
×
×
√
判断正误，正确的画“√”错误的画“×”
5.可以通过提高传感器灵敏度来提高液位控制系统的控制精度，从而达到优化系统的目的。（　　）
6.机械臂运动限位系统中，设计团队的人员分工是系统优化的影响因素。（　　）
√
√
答案速对
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
D D B C D B C B C D
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
B B B B D D B D A D
21 22
C C
考点1　系统设计方案的优化
1.下列事例中不属于系统优化的是（　　）
A.能根据路况智能调节的信号灯开始取代普通信号灯
B.农作物套种
C.网箱活水养鱼取代传统养鱼方式
D.工人师傅根据划线锯割三角铁
D
√
系统优化是指在给定的条件（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最大化（或最小化）。根据划线锯割三角铁不属于系统优化。
2.堪称全球最长、创意最独特的港珠澳大桥,主体由桥梁、海底隧道和人工岛组成。大桥的设计采取了一系列优化措施,下列措施中,以提高大桥安全性为目标的是(　　)
A.大桥在伶仃西航道和铜鼓航道段采用海底隧道方案,不影响通航
B.设计了中华白海豚观赏区和海上观景平台
C.在珠澳人工岛上设有大型停车场,以缓解澳门本岛的交通压力
D.人工岛周围投放石头形成斜坡,如果船太靠近就会搁浅
D
√
根据题干可知，人工岛是组成大桥的部分之一，在人工岛周围投放石头形成斜坡，如果船太靠近就会搁浅，避免了人工岛被船刮擦碰撞，提高了人工岛的安全性，也提高了大桥的安全性。
3.学校对校园电路系统进行升级改造并制订了优化目标，在工程实施的过程中，工程预算大约为56000元。在系统优化的过程中工程预算属于（　　）
A.优化目标 B.约束条件
C.目标函数 D.影响优化的因素
B
√
工程预算对系统优化起限制作用，并且不可以人为调节，属于系统优化的约束条件。
4.网箱养鱼是一种科学的养鱼方法。它是利用网片装配成一定形状的箱体,设置在较大的水体中,通过网眼进行网箱内外水体交换,使网箱内形成一个适宜鱼类生活的活水环境。利用网箱养鱼,不仅提高了水面的利用率,而且提高了鱼的产量。下列有关说法中正确的是(　　)
A.增加系统的要素,就能使系统得到优化
B.增加网箱,其实是增加了系统的约束条件
C.采用网箱养殖,对系统的目标函数产生了显著的影响
D.网箱养殖是系统优化的必然选择
C
√
A项，增加系统的要素，系统不一定得到优化；B项，利用网箱养鱼，提高了水面的利用率，而且提高了鱼的产量，对系统的目标函数产生了显著影响，并且是可以人为调节的因素，属于系统优化的影响因素；D项，网箱养殖并不是该系统优化的唯一方法。
5.下图所示是某电缆生产系统示意图,导线经放线设备后穿过模具,牵引设备将导线拉直并牵引导线。屏蔽层挤出机和绝缘层挤出机分别向模具中挤入屏蔽材料和熔化的绝缘材料,并使其包裹在导线上,经水槽冷却后收线。下列对该系统的优化措施中,合理的是(　　)
A.增加模具冷却装置,延长模具寿命
B.加快收线设备的收线速度,提
高生产效率
C.减少挤出材料的挤出量,节约材料
D.增加水槽水温自动控制装置,提高产品质量
D
√
A项，结合题干可知，模具需一直处于加热状态，使材料包裹导线，因此增加模具冷却装置没有必要；B项，若只加快收线设备的收线速度，可能导致前面的步骤来不及完成，影响生产质量；C项，减少材料的挤出量可能会导致导线并未被完全包裹，影响电缆质量。
6.如图所示的煤矸石分拣系统，通过双目立体相机采集煤和矸石的图像信息，传给控制器处理。控制器提取已识别的矸石抓取特征后，根据矸石大小和位置进行排序，并将抓取任务下达给驱动器，驱动器控制机械臂完成煤矸石分拣。关于煤矸石分拣系统，下列说法中不恰当的是（　　）
A.该系统可分为煤矸石识别、机
械臂控制、带速检测等子系统
B.矸石的纹理特征是该系统优化
的影响因素
C.分拣速度需要与带速匹配，以提高分拣效率
D.相机的分辨率会影响分拣的准确性，体现了系统的整体性
B
矸石的纹理特征不能人为改变，且对系统优化没有影响。
√
考点2　系统设计方案的实现
7.下图所示是某舰船六自由度稳定平台控制系统，控制器通过对六个电动缸的控制，实现工作平台始终处于平稳状态。从系统的角度分析，下列说法中不合理的是(　　)
A.电动缸控制系统是平台控制
系统的一个子系统
B.任何一个电动缸出现问题都
会导致工作平台无法保持平稳，体现了系统的整体性
C.海浪和海风是影响该控制系统优化的因素
D.为了提高工作平台控制精度，可以将检测舰船船身的位姿改为检测工作平台的位姿
C
海浪和海风，是不能人为调节的因素，是系统优化的约束条件。
√
8.某高层楼房自动稳压供水控制系统原理图如图所示，其工作原理是：当用户用水量变化时，管道中的水压发生变化，检测装置把检测到的水压信号反馈给控制器，控制器根据偏差值控制电机及水泵的转速，调节供水量，保持管道中的水压稳定。下列关于该系统设计与分析的说法中不合理的是（　　）
A.系统分析过程中通过建立数学模型或框图模型来描述系统的特征
B.系统设计时首先应考虑每一个组
成部分，然后看他们组合后整体
的效果
C.选择电机时，系统中的每一个组
成部分的参数都要考虑
D.楼房中用户的数量属于系统优化
的约束条件
B
系统设计应先考虑整体，再考虑局部。
√
9.下图所示是一种屋顶雨水收集综合利用系统示意图,收集器收集雨水到蓄水池里,可通过水泵抽到高位水箱用来洗车和通过溢流管浇灌树木。下列关于该系统设计的分析中不正确的是(　　)
A.可将该系统分为雨水收集子系统、
雨水储存子系统和雨水利用子系统
B.雨水利用子系统中,高位水箱大小的
设计要考虑水泵的功率和洗车的用
水量
C.雨水蓄水池和高位水箱属于不同的子系统,设计雨水蓄水池的大
小和位置可以不考虑高位水箱的大小和安装位置
D.因为溢流管出水速度慢,该系统的雨水蓄水池上方应设置一个排
水管与市政管网相连,用于多余雨水的排出
C
√
系统的子系统之间相互作用、相互影响。系统设计时需要统筹兼顾。
10.下图所示是某幼儿园门口的人脸识别系统,利用计算机图像处理技术从视频中提取人脸特征,与资料库中的人脸特征进行对比,确认进入人员的身份。为了提高该系统的性能,需要进一步优化。下列不属于影响该系统优化的因素是(　　)
A.人脸特征识别的准确性
B.计算机图像处理的速度
C.图像采集的精度
D.进入人员的人脸特征
D
√
进入人员的人脸特征不能人为调节，是约束条件。
下图所示是电子围栏系统示意图。它由控制主机、围栏和报警装置等组成。当围栏遭到入侵者触碰或破坏时,能发出电脉冲将入侵者击退,并向安全监控设备发送信号,报警装置发出报警信号。请根据示意图和材料,完成第11—12题。
11.下列关于该系统的说法中,不正确的是(　　)
A.该系统具有威慑、阻挡、报警等作用,体现了系统的目的性
B.该系统遭到触碰和破坏时都会报
警,体现了系统的相关性
C.当电子围栏中的导线出现故障时,
会影响系统正常工作,体现了系统
的整体性
D.该系统不受气候等因素的影响,体
现了系统的环境适应性
B
√
系统遭到触碰和破坏时都会报警，是系统的功能之一，体现了系统的目的性，没有体现各要素之间或系统整体与部分之间的相互作用。
下图所示是电子围栏系统示意图。它由控制主机、围栏和报警装置等组成。当围栏遭到入侵者触碰或破坏时,能发出电脉冲将入侵者击退,并向安全监控设备发送信号,报警装置发出报警信号。请根据示意图和材料,完成第11—12题。
12.下列对该系统的优化措施中,不正确的是(　　)
A.配备蓄电池,在停电的情况下能正常工作
B.夜间直接将220 V电源接入围栏,
增大电击强度
C.增加联动输出接口,与公安部门的
报警中心实现联动
D.增加利用网络进行远程布防、撤
防操作的功能
B
√
电子围栏的作用是击退入侵者，电击强度太大可能会造成人身伤害，不合理。
13.如图所示，经改进的某储油罐清洗系统，其控制部分可分为喷水控制子系统和抽水控制子系统。喷水控制子系统工作过程：PLC根据检测装置检测到的污水中的含污量，控制增压泵产生高压水，通过喷头冲洗油罐。抽水控制子系统中，PLC控制真空泵将油罐中的污水抽到污水箱。下列关于油罐清洗系统的分析中不正确的是（　　）
A.检测装置的精度影响着增压泵的工作，
体现了系统的相关性
B.能清洗大小不同的油罐，体现了系统的
动态性
C.增压泵的性能是影响该系统优化的因素
D.油罐清洗的洁净程度是该系统的优化目标
B
√
能清洗大小不同的油罐，是系统的功能，体现了系统的目的性。
14.某空调水自动抽水系统如图所示。水位传感器检测蓄水盆水位送给控制器与设定值比较，若达到设定值，则电机带着水泵转动，将蓄水盆的水上抽到蓄水池，延时后关闭。此时蓄水盆的水已经基本被抽到蓄水池中。下列关于空调水自动抽水系统的说法中，不合理的是(　　)
A.水泵的功率要与蓄水盆及蓄水池高度相匹配
B.水位传感器检测灵敏度属于系统优化的约束条件
C.能够将蓄水盆中的水抽到蓄水池，体现了系
统的目的性
D.设计时，要考虑蓄水池的高度和电机的功
率的关系，体现了系统分析的科学性原则
B
√
水位传感器检测灵敏度可以通过更换性能更好的水位传感器来实现优化，可以人为调节，属于系统优化的影响因素。
15.[2026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较，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中不恰当的是 （　　）
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
D
√
根据题意可知，刀具与工件之间的距离不影响加工位置的定位精度。
16.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如图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
D
√
系统分析的整体性原则是指在系统分析时，要着眼于系统整体，先整体，后部分。纸筒放卷张力控制系统的目的是提高印刷质量，故设计时应先考虑印刷质量，再考虑力传感器的灵敏度。
17.小明发现氯化铁溶液的液位和浓度均需要精准控制才能腐蚀出完整的电路板，于是利用通用技术所学知识，设计了如图所示的氯化铁溶液液位控制系统和浓度控制系统。其工作过程为：当氯化铁溶液液位低于设定值时，打开电控阀门进水，直到液位达到设定值关闭电控阀门；进水后，若氯化铁溶液浓度低于设定值，卸料阀门被打开，加入氯化铁，直到浓度达到设定值关闭卸料阀门。下列关于氯化铁溶液液位控制系统和浓度控制系统的分析中不恰当的是（　　）
A.需要定期处理腐蚀槽中的废液及在
储罐中添加氯化铁
B.控制器能根据检测到的溶液液位和
浓度的变化发出控制指令，体现了系
统的目的性
C.设计时，在保证浓度和液位控制精度的前提下，还需要考虑运行稳定、降低成本等目标，体现了系统分析的综合性原则
D.浓度传感器和液位传感器的性能属于系统优化的影响因素
B
√
控制器能根据检测到的溶液液位和浓度的变化发出控制指令，这是系统要素的功能，不能代表系统整体来体现系统的目的性。
18.如图所示的智能垃圾分类系统，主要包括计算机、摄像头、机械臂和传感器等。其工作原理是：计算机根据摄像头获取的图像信息，辨识出垃圾类型并计算其位置，据此控制电机调整机械臂的角度和抓取力度，将垃圾放入对应的垃圾桶中，完成垃圾分类。下列关于垃圾分类系统的分析中恰当的是（　　）
A.摄像头的分辨率会影响该垃圾分类
的准确性，体现了系统的环境适应性
B.运行时，经过分析和计算确定机械臂的
抓取力度，体现了系统分析的科学性原则
C.设计时，既要考虑摄像头的精度，又要
考虑机械臂的强度，体现了系统分析的综合性原则
D.传感器的性能是系统优化的影响因素
D
√
A项，摄像头分辨率影响垃圾分类准确性，体现的是系统的整体性；B 项，系统分析的科学性原则是在系统设计和系统分析时进行的，系统运行是系统自身进行的分析与计算，而不是人进行的；C项，系统分析的综合性原则指统筹兼顾系统要实现的多个目标，选项描述的是考虑系统的部分。
19.某焊接头自动焊接控制系统如图所示，由机械臂、焊接头、驱动器、计算机、激光发射器、摄像机组成。其工作过程是：当新的底板和弧形管放入后，激光发射器发射扫描激光束扫描底板和弧形管的结构与实际位置，摄像机将扫描图像输入计算机进行计算分析，计算机生成三维模型并规划焊接头的电流、电压以及运动轨迹，驱动器根据计算机生成的编码驱动机械臂，焊接头在机械臂的带动下按照已经生成的轨迹自动运行完成焊接。下列对于焊接头自动焊接控制系统的分析，正确的是(　　)
A.激光发射器与机械臂之间具有相关性
B.弧形管生锈影响了焊接质量，体现了系统的动态性
C.计算机计算分析出焊接头的运
动轨迹，体现了系统分析的科
学性原则
D.摄像机拍摄图像的清晰度是该
系统优化的约束条件
B项，弧形管材质与生锈情况不属于本控制系统考虑的因素，与动态性无关；C项，计算机计算分析出焊接头的运动轨迹是计算机的功能，没有体现系统分析的科学性原则；D项，摄像机拍摄图像的清晰度可以人为调节，是影响系统优化的因素。
A
√
20.下图所示为小明家附近停车场示意图，使用时通道仅允许一辆汽车通行，易造成拥堵现象。下列关于该停车场系统的优化分析，不合理的是
(　　)
A.该系统优化的目标为车辆能够顺畅进出停
车场
B.停车场现有通道是该系统优化的约束条件
C.在停车场出入口加装车辆进出实时信息提示装置以实现优化
D.系统优化时，先考虑优化所需的成本，再考虑车辆进出的效率，体现了系统分析的整体性原则
D
√
系统分析的整体性原则是指系统分析要着眼于系统整体，要先分析整体，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全过程，再看某一阶段；先看长远，再看当前。成本与车辆进出的效率是系统优化所需考虑的两个目标，不是整体和局部的关系。
21.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，则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，则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
C
√
A项，传感器可以进行更换，属于灌装系统优化的影响因素；B项，系统具有相关性，传送带电机的功率要与其他部分相匹配，单纯加大传送带电机的功率不一定能提高灌装效率；D项，还缺少空瓶翻转子系统和饮料灌装子系统且控制过程中没有体现对问题空瓶回收利用。
22.下图所示是缺失了水位控制装置的自动供水系统,下列对该系统的修复方案,合理的是(　　)
C
√
该系统需要实现当水位下降时进水口打开进水的功能。根据进水阀、浮球等组成的杠杆的工作原理及该系统中各部件间的联系可知，A项，水位下降与上升，对小球都没有影响，无法实现水位控制；B、D项，当水位低时，进水口被关闭，无法实现水位控制；C项，当水位下降时，小球下降，进水口进水，当水位上升时，小球上顶，关闭进水口。

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