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第四单元 控制及其设计
第2节　开环控制系统的工作过程
（1）任何控制都要通过若干个________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。控制系统的输出与输入之间有一定的对应关系。
（2）在控制系统中，为了方便分析，常采用___________来表示系统的环节，用_______________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。
环节
方框
单向信号线
（1）开环控制系统的概念：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。
（2）开环控制系统的方框图：
（3）开环控制系统的基本组成：
①输入量：控制系统的给定量。
②控制器：对输入信号进行处理并发出________________的装置或元件。
③执行器：直接对____________进行控制的装置或元件。
④控制量：____________的输出信号。
⑤被控对象：控制系统中所要求控制的装置或生产过程。
⑥输出量（被控量）：控制系统所要控制的量，也是控制系统的输出信号。
控制命令
被控对象
执行器
（4）开环控制系统的工作过程：控制器接收输入信号，并对输入信号进行分析与计算，然后对执行器下达相应的指令，执行器执行控制器下达的指令，通过改变控制量来改变被控对象的输出量，使输入和输出之间达到某种对应关系。
（5）开环控制系统的特征：
①系统的输出量仅受_____________控制。
②输入量到输出量之间的信号是___________传递。
③开环控制系统又称无反馈控制系统。
输入量
单向　
请根据描述，将对应方框图中的内容以及输入量、输出量和控制量填写完整。
（1）红外自动水龙头工作过程：当手伸入感应区时，控制电路带动电磁阀打开，使水龙头开关打开自动出水。
（2）公交车自动车门工作原理为：驾驶员一按开关，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。
（3）音乐喷泉的控制，其工作过程：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，这种电信号驱动水泵转动。音乐信号强，水泵的转速就快，喷出的水柱就高，反之，水柱就低。音乐信号的强弱与喷泉水柱的高低一一对应。
行车刹车控制过程如下：刹车时，施加一定的握把力，通过杠杆系统，使刹车片压紧车圈（或轮轴），车轮减速。刹车握紧力与车轮转速一一对应。这是一个开环控制系统，其方框图如下。在这个控制系统中执行器是 （　　）
A.握把 B.杠杆系统
C.刹车片 D.车轮
C　
例2　C　由方框图可知，该控制系统中控制器为握把、杠杆系统，执行器为刹车片，被控对象为车轮。
下图所示是小明设计的新型路灯系统，该系统包括交通拥堵预警、雾霾监测、太阳能发电等子系统。当检测到路面车流量高于设定值时，交通拥堵预警子系统中的彩色LED灯闪烁。交通拥堵预警子系统的输出量是 （　　）
A.彩色LED灯闪烁或不闪烁
B.路面车流量
C.摄像头
D.雾霾检测仪
A　
例3　A　交通拥堵预警子系统的被控对象是彩色LED灯，因此输出量是其闪烁或不闪烁。
下图所示为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。下列关于喷水控制子系统的分析中正确的是 （　　）
A.输入量是含污量
B.控制器是增压泵
C.被控对象是清水箱
D.控制量是PLC的输出信号
A　
例4　A　喷水控制子系统中，控制器是PLC，执行器是增压泵，控制量是增压泵产生的高压水量，被控对象是喷头。
[2022浙江学考]下图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.该系统属于开环控制系统
D　
例5　D　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行状态，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。
根据消防要求，仓库、图书馆等场所需要安装火灾自动报警控制系统。如有火灾发生，烟雾探测器检测到室内的烟雾信号，经控制电路分析处理后，驱动扬声器发出报警声。下列对该控制系统的分析中不正确的是 （　　）
A.被控对象是扬声器 B.输出量是报警声
C.控制量是烟雾的浓度 D.该系统是开环控制系统
···
C　
例6　C　该控制系统中，输入量为室内的烟雾信号，输出量为扬声器是否发出报警声，输出量不对系统的控制产生影响，为开环控制系统。控制器为控制电路，被控对象为扬声器。
下图所示是小明搭建的智能浇水控制系统，其工作过程：当时间设定开关按下后（设定的预约时间与按动开关次数有关），UNO主板进行分析处理，使显示屏显示倒计时，当预约时间到达后，继电器工作，水泵抽水，并通过水管浇水至花盆中。浇水的同时，蜂鸣器能够发出音乐提醒信号。当水泵工作时间达到设定的浇水时长（在UNO主板上通过编程设定），水泵、蜂鸣器等停止工作。若以出水管作为被控对象，则下列关于该浇水子系统的分析中不正确的是 （　　）
A.输出量为是否出水
B.继电器、水泵是执行器
C.时间设定开关是控制器
D.该系统属于开环控制
C　
例7　C　由题可知，时间设定开关是输入装置，用于输入设定的时间，控制器应为UNO主板。
···
下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
C　
例8　C　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。
下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，下列分析中不正确的是（　　）
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
···
D　
例9　D　控制量是执行器的输出信号，计算机是控制器。
1．判断某个控制系统是否为开环控制系统，依据是 （　　）
A．输入量是否对系统的控制产生影响
B．输出量是否对系统的控制产生影响
C．控制量是否对系统的控制产生影响
D．设定量是否对系统的控制产生影响
B
2．下图是抽水控制系统的方框图，其中水泵是该控制系统的 (　　)
A．控制器 B．执行器
C．被控对象 D．控制量
B
3．声控灯控制系统中，传感器接收声音信号，经控制电路处理后驱动开关接通或断开灯泡。该控制系统的执行器是 (　　)
A．开关 B．声音传感器
C．灯泡 D．声音
A
3．A　根据题意，声控灯控制系统为开环控制系统，输入量是声音信号，控制器是控制电路，执行器是开关，控制量是开关接通或断开，被控对象是灯泡，输出量是灯泡的亮或灭。
4．下图所示为汽车速度监测系统，测速雷达测量车速，经控制器判断后，控制摄像头将超速车辆的图像信息记录下来，作为违章处罚的证据。该速度监测系统中的被控对象是 (　　)
A．汽车
B．测速雷达
C．速度显示器
D．摄像头
D
5．下图是某同学设计的自动干手器原理示意图，当手靠近传感器时，传感器将感应信号发送给控制器，控制器控制继电器闭合，电吹风开始工作。若将电吹风看作被控对象，则执行器是 (　　)
A．传感器
B．控制器
C．继电器
D．插头
C
6．下图所示是舰船的声呐检测系统。在舰船的头部装有用来发现礁石的声呐，用一个计算机系统接收处理声呐信号，计算机的计算结果用来控制舵机的动作，从而调整舰船的方向，防止发生触礁事件。该系统中执行器是 (　　)
A．计算机系统 B．舰船 C．声呐 D．舵机
D
7．下图所示是一款盲人导航手表，手表内的声呐和传感器测量障碍物与人的距离，并将信号发送给微处理器，随着盲人与障碍物距离的缩短，手表上的震动马达震动加快，使手表的震动频率加快。关于该控制系统，下列说法中不正确的是 (　　)
A．控制器是微处理器
B．控制量是障碍物与人的距离
C．被控对象是手表
D．执行器是震动马达
B
8．下图所示为手持金属探测器，当检测到金属时，探测器就会发出尖锐的鸣叫。其工作原理是：金属进入中央发射线圈的高频磁场，两侧接收线圈的电压平衡就被打破，产生一个感应电压，由控制器进行放大处理，驱动开关闭合，蜂鸣器发出报警声。下列关于该控制系统的分析中不正确的是 (　　)
A. 该控制系统是开环控制系统
B. 执行器是接收线圈
C. 输出量是蜂鸣器有无报警声
D. 被控对象是蜂鸣器
B
9．如图所示的新型家用3D打印机，通过设备自带的App软件，能够非常方便地将自主设计的3D模型发送至打印机，3D打印机根据设定的3D模型，由核心控制电路控制高精度伺服电机，带动高精度合金喷嘴，精准地将熔化的材料“打印”到设定位置完成3D打印，在该控制过程中下列说法中不正确的是 (　　)
A．输入量是伺服电机的转动位置
B．该系统属于开环控制
C．该系统属于自动控制
D．被控量是喷嘴的位置
A
9．A　该控制系统的输入量是设定的3D模型，控制器为核心控制电路，执行器是高精度伺服电机，控制量是电机转动量，被控对象是喷嘴，输出量是喷嘴的位置；控制的目的是根据打印路径使喷嘴移动到指定位置，输出量不对系统的控制产生任何影响，属于开环控制；该系统不需要人的直接参与，为自动控制。
10．倒车雷达是汽车的安全辅助装置，主要由超声波传感器、控制器和显示器或蜂鸣器等部分组成。倒车雷达的工作原理是由雷达探头发出超声波，一旦超声波碰上障碍物后便会反射回来。此时系统便会计算雷达探头与障碍物之间的距离，然后根据距离的远近，报警器发出不同频率的警报，从而帮助驾驶员更好地判断是否该停车。关于该报警控制系统，下列说法中正确的是 (　　)
A．输入量是超声波信号
B．控制器是雷达探头
C．被控对象是汽车
D．输出量是与障碍物的间距
A
10．A　由题可知，该系统的工作过程为雷达探头发出超声波，系统中的控制器接收信号后进行分析处理，根据距离的远近，控制报警器发出不同频率的警报，故输入量是超声波信号，控制器和执行器在题中没有具体说明，被控对象是报警器，输出量是不同频率的警报。
下图是窨井盖报警控制系统示意图。其工作原理:当窨井盖打开时，硬塑杆1带动硬塑杆2向上提起，改变弹簧形变量，使金属触点闭合，接通电源，报警器报警。请完成第11—13题。
11．窨井盖报警控制系统的控制属于 (　　)
A．自动控制、开环控制 B．人工控制、开环控制
C．自动控制、闭环控制 D．人工控制、闭环控制
A
12．窨井盖报警控制系统的控制对象是 (　　)
A．窨井盖 B．报警器 C．弹簧 D．金属触点
13．正常情况下窨井盖处于如图所示的位置时，硬塑杆1和硬塑杆2的受力形式分别是 (　　)
A．受压、受扭转 B．受拉、受压
C．受拉、受剪切 D．受压、受弯曲
B
D
下图是窨井盖报警控制系统示意图。其工作原理:当窨井盖打开时，硬塑杆1带动硬塑杆2向上提起，改变弹簧形变量，使金属触点闭合，接通电源，报警器报警。请完成第11—13题。
14．下图是一种指纹考勤系统示意图，指纹考勤机识别员工指纹，与计算机数据库中的指纹数据进行对比认证后，准确记录员工到岗以及离岗时间。计算机通过电源控制器来控制电插锁能实现门的开和关。通过考勤软件，管理员可以对指纹记录和考勤记录等数据进行管理。研究这个控制系统时，将门认定为该系统的被控对象，则控制器的认定最合理的是 (　　)
A．电插锁
B．指纹考勤机
C．计算机和电源控制器
D．出门按钮和电插锁
C
14．C　该控制中指纹考勤机识别员工指纹，与计算机数据库中的指纹数据进行对比认证后，计算机通过电源控制器来控制电插锁实现门的开和关，故计算机和电源控制器为控制器。
15．下图所示是一款专为帕金森等手抖用户设计的智能防抖勺子，能够智能识别并主动抵消手部抖动。手柄内装有运动传感器，传感器会对动作进行测量，然后把数据传输到微控制器。微控制器会利用自订演算法，分析得出所探测震颤的类型。智能防颤控制系统的工作过程：如果测得的运动频率和振幅达到人类大幅震颤的标准，微控制器控制手柄内的电动机，做出与震颤方向相反的运动，以此抵消震颤。此外，内置系统会自动上传手抖轨迹到云端系统，自适应算法优化，自动更新内置软件，更好地配合患者的抖动轨迹，改善防抖性能。关于该勺子的智能防颤控制系统，下列说法中正确的是 （　　）
A．比较器测得运动频率和振幅达到人类大幅震颤标准，控制才会进行
B．控制器是云端系统
C．输出量是电动机的运动量
D．输入量是手部抖动信号
D
15．D　A项，运动频率和振幅未达到人类大幅震颤标准，控制也会进行，且具有检测功能的应为运动传感器；B项，控制器是微控制器；C项，输出量是勺子的运动。
16．下图所示为交通灯控制系统的原理框图。主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作。下列关于交通灯控制系统的分析中，不正确的是 (　　)
A. 输入信号是脉冲信号和定时器信号
B. 执行器是驱动电路
C. 控制量是信号灯的信号
D. 控制方式属于开环控制
C
16．C　控制量是执行器的输出信号，该控制系统中的执行器是驱动电路。
17．指纹锁的工作原理是：指纹采集模块通过图像传感器采集到指纹信息，传给单片机，单片机将采集到的信息与指纹库中的指纹信息进行比对，验证其合法性。若比对成功则发出开锁指令，继电器吸合控制电磁锁开锁，屏幕同时显示当前指纹的ID编号；反之，单片机则发出控制指令，使蜂鸣器发出报警声，同时显示器显示开锁失败。结合指纹开锁过程，下列分析中错误的是 (　　)
A. 该控制系统的控制量是开锁指令
B. 指纹锁是开环电子控制系统
C. 该控制系统的控制器是单片机
D. 该控制系统的被控对象是门锁
A
17．A　控制量是执行器的输出信号，根据指纹锁的工作过程可知，开锁指令是单片机发出的信号，单片机是控制器，执行器应为继电器。

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