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控制与设计专题
一、知识回顾
1、控制：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（control)。例如大禹治水，射手射箭，电冰箱保存食物，利用空调来降温或提温，工厂的生产流水线等。
2、控制的应用：控制的实现需要通过一定的手段，从控制过程中人工干预的情形分为自动控制和人工控制。
人工控制：控制的过程是在人的直接干预和全程干预下进行的。
如：教室里灯的开关、教室门的开关、电风扇档位变换、驾驶汽车、拖地板等。
自动控制：控制在无人直接参与的情况下，使事物的变化准确的按照期望的方向进行。
安全方面：自动化消防设备（如烟雾侦察器、自动报警器）、楼宇对讲机、智能型门锁等。
生活方面：红外线自动水龙头、银行门口的自动门、声控家电、全球卫星定位（GPS）、刷卡机、自动取款机、洗衣机等。
3、开环控制：
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统成为开环控制系统。
开环控制系统的方框图：
【案例分析】
自动门的控制系统、水泵抽水控制系统、公共汽车车门控制系统、红绿灯定时控制系统、防盗报警系统、火灾报警系统、音乐喷泉控制系统、闹钟定时控制系统、走道路灯的声光控制系统、自动烘手机、电子门铃、简易电子琴系统等
4、闭环控制：　　　　
把系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。
闭环控制系统方框图：
工作原理：检测装置测量出被控量并返回到系统的输入端；比较器将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值；控制器将这一偏差值进行处理，并向执行器下达控制指令；执行器根据指令对被控对象进行控制，从而使被控量稳定在一定范围内。
【案例分析】
保温电饭锅的保温控制、空调的温度控制、电冰箱的温度控制、现代化农业温室的温度控制、氨气生产的反应炉温控制、汽车的驾驶控制、计算机的CPU上的风扇的转速控制、家用缝纫机的缝纫速度控制系统、交通路口红绿灯自动控制（根据车流大小改变红绿灯时间）系统、鸡蛋孵化温度控制器
5、干扰因素：除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。
反馈：控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程。
6、闭环与开环的比较：
（1）从干扰看：开环控制对干扰没有自动纠正能力，必须借助人工来纠正；闭环控制能产生控制作用来减小干扰带来的偏差。
（2）从反馈看：开环控制没有反馈；闭环控制能通过反馈来减少被控量（输出量）的偏差。
二、跟踪练习
1、射击比赛的射手通过瞄准目标，使子弹射中靶心，分析这个过程，我们理解一个控制现象应该从（ ）入手
A、 对象 B、目的 C、手段 D、对象、目的、手段
2、自动门系统的组成是（ ）
A、门、控制对象、传感器 B、控制对象、门、控制器、传感器
C、控制对象、执行器、控制器、传感器 D、门、驱动器、传感器、控制对象
人体也是个大的系统，又有好多小的系统，呼吸系统、消化系统、泌尿系统、运动系统、神经系统、内分泌系统、生殖系统，这些系统包括了人体多种器官。
3、人的眼睛相当于控制系统中的（ ）
A、控制器 B、执行器 C、被控对象 D、检测装置
4、神经系统相当于控制系统中的（ ）
A、控制器 B、执行器 C、被控对象 D、检测装置
5、在人体温度系统中，皮肤相当于（ ）
A、控制器B、传感器 C、执行器D、驱动器
声光自动控制白炽灯开关的基本工作原理如下：白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。当光线较暗时，光控部分将开关自动打 开，负载电路的通断受控于声控部分。电路是否接通，取决于声音信号强度。当声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关 自动关断，等待下一次声音信号触发。这样，通过对环境声光信号的检测与处理，完成电路通断的自动开关控制。
6、在声控灯系统中，被控量是（ ）
A、通过电灯的电流 B、电路中的导线和电灯泡
C、供电电网的电压或频率 D、楼道里声音的大小
7、为了方便和省电，楼梯过道上的灯都安装上了声光控开关，声控开关和光控开关的连接方式是（ ）
A、串联 B、并联 C、串联加并联 D、都不是
8、请根据以上分析，画出声控灯的控制方框图。
三、拓展联系
能源是人类文明进步的基石。几千年来人类利用能源经历了草木时期、煤炭时期、石油时期和天然气时期，现在已进入核能时期。核能不仅是一种高效经济的能源，而且也是一种清洁、安全的能源。可用作能源的核反应，目前主要有重元素原子核的裂变反应和轻元素原子核的聚变反应两大类.重原子核分裂，需要中子来引发。当中子跟重原子核碰撞并被吸收，重原子核就会立即分裂成两片。裂变反应同时释放出中子和能量。新产生的中子跟其他原子核碰撞，引起新的裂变，这样可形成链式反应。裂变反应释放出的中子速度很高(每秒几万公里)称快中子。快中子不容易引起裂变，要把快中子减慢下来，使它达到容易引起铀－235裂变的速度(每秒几公里)，需要采用慢化剂,即需要对整个核反应进行控制。
1、其实，这是一个非常复杂的控制系统，简单的说，它属于（ ）控制
①手动控制 ② 自动控制 ③ 开环控制 ④ 闭环控制
A、①③ B、①④ C、②③ D、②④
2、今年早些时候，作为我国核电建设领域一大投资主体的中国核工业建设集团公司曾经表示，“十一五”期间，将通过国外技术转让和自主研发，掌握第三代核电建造的关键技术，实现第三代先进压水堆核电站的自主化建造。中国第三代核电自主化依托项目——浙江三门核电站两台机组和山东（ ）核电站两台机组。
A、烟台 B、青岛 C、海阳 D、威海
3、“嫦娥一号”将对月球上的14种资源进行探测，其中重要目标是地球上所没有的氦—3资源，氦—3是一种安全高效而又清洁无污染的重要燃料，据统计，月球上的氦—3可以满足人类1万年以上的供电需求，月球土壤中的氦—3含量可达500万吨。下列能源与氦—3能量的释放方式相似的是：（ ）
A、太阳能 B、核能 C、石油 D、地热能
嫦娥一号是我国的首颗绕月人造卫星。以中国古代神话人物嫦娥命名，于2007年10月24日18时05分(UTC＋8时)在西昌卫星发射中心成功升空，整个“奔月”过程大概需要8-9天。预计卫星的总重量为2350千克左右，寿命大于1年。该卫星的主要探测目标是：获取月球表面的三维立体影像；分析月球表面有用元素的含量和物质类型的分布特点；探测月壤厚度和地球至月亮的空间环境。
4、嫦娥一号卫星在运行控制的过程中属于（ ）控制
A、开环 B、闭环 C、开闭环 D、都不是
5、月球上有丰富的资源，你认为下列（ ）资源最丰富。
A、煤 B、石油 C、太阳能 D、风能
6、月球上是否有水（ ）
A、人类已经探明月球上存在水资源 B、人类已经探明月球上不存在水资源
C、从未进行过探测 D、月球上是否有水资源，仍在探测之中
7、“嫦娥一号”卫星奔月总共需时157小时左右，最终成为环月球卫星，在离月球表面200公里高度的极地轨道绕月球飞行，开展拍摄三维影像等工作。选择极地轨道绕月球飞行的最大好处是：（ ）
A、可最大限度地利用自然光 B、可对月球全表面拍摄和探测
C、可充分利用月球自转的离心力 D、可快速地传回卫星探月信息
8、发射“嫦娥一号”绕月卫星属于开发利用宇宙环境中的：（　　）
A、空间资源 B、太阳能资源 C、风能资源 D、矿产资源
巩固练习
1、D 2、C 3、D 4、A 5、B 6、A 7、A 8、略
拓展联系
1、C 2、C 3、B 4、B 5、C 6、D 7、B 8、A
输入量
控制器
执行器
被控对象
输出量
控制量
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