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控制与设计专题复习
天台育青中学－余昌浩
一、控制与设计高考要点：
控制与设计 控制的含义 Ⅰ
控制的应用 Ⅰ
控制的手段 Ⅰ
开环控制系统的基本组成和工作过程 Ⅱ
闭环控制系统的基本组成和工作过程 Ⅱ
控制系统的方框图 Ⅱ
控制系统的干扰因素 Ⅰ
功能模拟方法和黑箱方法 Ⅰ
控制系统设计方案 Ⅱ
19．如图所示为自动火炮控制系统示意图。当雷达检测到飞机后发出信号给跟踪系统，跟踪系统操纵火炮，调整火炮角度，该系统中被控对象是（ ）
A．火炮 B．跟踪系统 C．雷达 D．飞机
二、高考原题再现
20．如图所示为某种抽水马桶水箱的结构示意图：浮球和连杆用螺纹连接，通过调节连杆长度来设置给定水位，当水位上升到给定水位时，浮球带动连杆装置关闭进水阀。如果往进水阀方向调节浮球，缩短连杆长度，那么产生的后果是（ ）
A．降低给定水位高度 B．增加给定水位高度 C．不影响给定水位
高度 D．降低实际水位高度
25．如图所示为简化的飞机飞行状态控制系统。陀螺仪检测飞机的飞行状态后，将信号送给自动驾驶仪，自动驾驶仪将飞行状态与给定状态进行比较，根据偏差值控制舵机运转，舵机操纵飞机尾翼，调整飞行状态。
（1）请根据上面的示意图，补充完整飞机飞行状态控制系统方框图。（在“▲”处填写相应的内容）
（2）陀螺仪将检测到的飞行状态信号传送到自动驾驶仪与给定状态进行比较的过程称为▲ 。 （3）在飞机飞行过程中，遇到气流时，飞行状态会发生变化，这种给定状态以外引起飞行状态变化的因素称为 ▲ 。
三、控制与设计高考考点分析：
1、题型：两个选择题，一个分析题
2、考点
闭环控制系统的基本组成和工作过程 Ⅱ
控制系统的方框图 Ⅱ
控制系统的干扰因素 Ⅰ
3、知识点
被控对象、
控制器与被控量的关系、
干扰因素
控制系统的方框图、
4、客观性强
四、高考突破
热门考点1、填写方框图
25．如图所示为简化的飞机飞行状态控制系统。陀螺仪检测飞机的飞行状态后，将信号送给自动驾驶仪，自动驾驶仪将飞行状态与给定状态进行比较，根据偏差值控制舵机运转，舵机操纵飞机尾翼，调整飞行状态。
（1）请根据上面的示意图，补充完整飞机飞行状态控制系统方框图。（在“▲”处填写相应的内容）
热门考点2：写干扰因素
必备的知识点和基本模型
控制器
执行器
被控对象
检测装置
给定量
×
被控量
（2）陀螺仪将检测到的飞行状态信号传送到自动驾驶仪与给定状态进行比较的过程称为▲ 。 （3）在飞机飞行过程中，遇到气流时，飞行状态会发生变化，这种给定状态以外引起飞行状态变化的因素称为 ▲ 。
干扰因素有：
对系统的影响：
对系统的影响：影响被控量的变化
影响实际水位的变化（1分）
被控量（输出量）：就是控制系统要控制的量。也就是说这个系统要控制的是什么量
干扰因素：在控制系统中，除输入量（给定量）以外，引起被控量变化的各个因素。
供水水压（1分）、出水量（1分）
例１：
连杆机构
进水阀
进水量
实际水位
就是直接对被控对象进行控制的装置和元件
即执行器的输出信号
执行器：
控制量：
即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置和元件
控制器：
李明制作了方便小动物喝水的自动加
水器，结构如图。工作过程是当水龙头打
开，水就流入碗内，碗内的水位逐渐升高，
浸没到塑料管管口时，没有空气进入密封
的铁桶，水龙头停止出水；当碗内水位降
低至塑料管管口以下，空气从塑料管进入
铁桶内，水又流出来，使碗内实际水位控
制在管口位置。试分析其控制过程，完成
下列问题：
（1）该控制系统是开环控制系统还是闭环
控制系统，分析工作原理？
（2）请完成控制系统方框图。
铁桶
圆木塞
铁桶
硬塑料管
搪瓷碗
水龙头
5cm
闭环控制系统
水龙头
实际水位
控制系统处理方法：
1、分析控制系统的工作原理
2、根椐方框图找出相应的量（控制器、执行器、被控对象、检测装置）
3、用简练的语言回答问题
“析”
“找”
“答”
高考猜点1：开环控制系统的基本组成和工作过程
难点突破：开环与闭环比较
随着音乐起伏而变化的音乐喷泉是控制技术的一种具体应用。其工作过程是由 “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，这种电信号驱动电动机带动水泵转动。音乐声信号强，水泵的转速就快，喷头的压力就大，喷出的水柱就高。反之，喷出的水柱就低。请回答以下问题：
1、是开环还是闭环？
2、完成方框图
反思：可以从几个方面来区别开环和闭环？
声音的强弱
声－电转换装置和电机
水泵
喷头
水柱的高低
根据开环电子控制系统和闭环控制系统的区别进行分析、判断，在你认为正确的表格中打
开环电子控制系统 闭环电子控制系统
电子表
电取暖器
空调
程序控制洗衣机
可调亮度的台灯
电冰箱
开环控制系统与闭环控制系统的比较
⒈ 开环控制系统输入量到输出量之间的信号是单向传递的，而闭环是循环的。
⒉ 闭环控制系统的输入量和输出量之间有一个反馈环节能自动调节，而开环没有反馈不会自动调节。
高考猜点2：控制系统设计方案(Ⅱ)
（1）控制系统设计的一般思路
实施控制系统所需的设备、元件等
系统的成本分析
控制系统的调试、运行和评价
控制系统的方案选择
分析被控对象的主要特征
确定被控量、控制量
……
分析主要的干扰因素
控制系统
的设计
明确控制的目的、对象
（2）控制系统的设计一般步骤
设计分析：判断开环还是闭环；分析被控对象、被控量、控制量、执行器、控制器、检测装置、干扰因素等
控制过程
写出方框图。
例：抽水马桶水箱的自动控制系统设计：
A 设计分析：被控对象是抽水马桶的水箱，被控量是抽水马桶水箱水位的高度，控制量是进水管的进水量，执行器是进水阀门，控制器是杠杆装置，检测装置是浮球，主要干扰因素是出水量。
B 控制过程：拨动冲水旋钮，使出水阀打开，水箱冲水。与此同时，进水阀打开，水箱进水，直到指定水位时，进水阀关闭。
C 方框图：
⑵如果声控灯的附近并没有来人，而
出现意外的声响，如楼上或隔壁有人高声说话或以动作发出声响，灵敏度高的声控灯也会应声而亮。为避免这种情况你有什么好办法？
⑶画出声控灯的系统框图。
如图是声控灯系统组成示意图，根据你的理解和认识回答下列问题：
答案提示：⑴ 开环，关键词：方便、节电 。
⑵ 把传感器的灵敏度调小一点。
⑶：
⑴此系统是开环还是闭环，声控灯的优点有哪些？
练习
练习： 下面两图分别是瓦特蒸汽机的工作原理图和蒸汽供给控制原理图。在如下图所示，套筒与阀门连在一起，当蒸汽机的转速较高时，飞球离心力增大，套筒向上移动，阀门通孔截面积减少，蒸汽流速降低，蒸汽机汽缸内压力减少使其转速下降。
（1）蒸汽车的转速控制系统属于 （选填开环或闭环）控制系统。
（2）请补充完整蒸汽机转速自动控制系统方框图。
闭环
给定量
控制器
　　
执行器
(　　)
被控对象
(　　　)
输出量
(　　　　　　
　　　)
控制量
(　　)
（　　）
反馈
设定转速
比较器
（　　　　　　）
阀门
蒸汽流量
汽缸蒸汽
蒸汽机转速
飞球
检测装置
下面两图分别是瓦特蒸汽机的工作原理图和蒸汽供给控制原理图。在如下图所示，套简与阀门连在一起，当蒸汽机的转速较高时，飞球离心力增大，套简向上移动，阀门通孔截面积减少，蒸汽流速降低，蒸汽机汽缸内压力减少使其转速下降。
飞球、套筒及其支撑部分
谢 谢！
①设计一个控制系统，是选择开环控制还是闭环控制，应根据对控制精度的要求以及条件的可行性而定。
②在控制系统设计过程中，被控对象的特性往往难以直接得到，通常是通过了解被控对象的输入与输出之间的关系来分析它的基本特性，从而确定控制器的运算方式(暗箱方法)。
③一个控制系统中可能存在若干个干扰因素，需要分析主次，找出对系统影响最大的干扰因素。
④被控量与控制量的确定是控制方案的关键，对于简单控制系统，需要控制的量往往被确定为被控量，控制量应选择可控的、对抑制干扰因素和保持系统稳定又明显作用的量。
⑤执行器、检测器的选择：一是要根据被控量和控制量的需求，二是要根据控制的条件进行。
（2）开环控制系统的设计
明确设计要求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可考虑具体控制系统的方案。

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