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高中通用技术地质版必修2第四章第六节控制系统的实现练习题
一、选择题
在孵化箱温度控制系统设计过程中，卫同学想增加一个高温报警子系统，当孵化箱温度控制出故障时，若内部温度过高，则发出报警声。要设计该报警子系统，下列构思不可行的是（）
A.
执行器可选用电子开关
B.
扬声器可以用作被控对象
C.
控制器可以采用带有温度传感器的控制电路
D.
因为要检测温度，所以要通过闭环控制系统实现
如图所示是喷漆室的空调送风控制系统原理图，当压力传感器检测到风机出风口处的压力低于设定值时，PLC运算控制器控制风机电机提高转速，使风机出口处的压力升高到设定值。下列关于该控制系统的分析中正确的是
A.
该控制系统是开环控制系统
B.
输入量是压力传感器检测到的压力
C.
输出量是风机出口处的压力
D.
执行器是压力传感器
如图所示是人行道喷水警示控制系统示意图，在红灯时段微波传感器检测到行人越过边界时，控制器启动水泵使喷头喷出水雾，以警示行人。关于该控制系统，以下说法中正确的是
A.
被控对象是人行道
B.
控制方式属于闭环控制
C.
太阳光是该控制系统的干扰因素
D.
执行器是水泵
如图所示为电热水壶。其工作原理为，按下电源开关，发热底盘通电加热，当水沸腾时产生的水蒸汽使感温元件的双金属片变形，这种变形通过杠杆原理推动电源开关断电。因电源开关断电后不可自复位，故断电后水壶中的水不会自动再加热。用控制系统方框图表示电热水壶温度控制系统，被控对象的确定合适的是
A.
电源开关
B.
双金属片
C.
发热底盘
D.
水壶和水
人脸识别门禁控制系统基于先进的人脸识别技术，结合了ID卡和指纹识别技术。该控制系统工作过程：门禁控制器根据生物信息采集器采集到的信号，发出开锁或响铃指令，如果信号比对正确，电控锁响应控制器输出的开锁信号，控制门打开；如果信号比对不正确，继电器响应控制器输出的响铃信号，控制电铃工作。用户出门时不需身份验证，直接按钮开锁。关于该控制系统以下说法正确的是（　　）
A.
该控制系统的控制方式是自动控制，控制手段是开环控制
B.
该控制系统的输出量是门开/电铃工作
C.
生物信息采集器采集人体信号时会受到各种干扰，其中脸部化妆不属于干扰因素
D.
门禁控制系统需要权衡功能、耐用性与成本等，这体现了系统分析的整体性原则
某厂家为某一学校设计一个自动门控制系统。当检测到有人靠近门时，则门自动打开；检测到无人时，则门关闭。设计时将门确定为被控对象，下列构思不．可．行．的是
A.
该控制系统可定为开环控制系统
B.
执行器可选用电动机
C.
可选用定时器设置门启动时间
D.
传感器可选用红外检测装置
如图所示为某校学生设计制作的自动取汤机，能保持汤的温度在一定范围内。按一下取汤按钮，就自动落下一只碗，并放出一定量的汤在碗中。在该自动取汤机的温度控制系统中，不需要的器件是（???
）
A.
温度传感器
B.
加热器
C.
温度控制器
D.
电磁阀
如图所示为坐便器的水箱水位控制器（左）和双按钮放水阀门（右），请完成14-15题
按下双按钮放水控制器的左侧或右侧按钮，挡水活塞向上抬起不同高度，然后在重力和水流作用下逐渐下落直至封闭出水口，从而控制冲洗马桶的出水量不一样的目的．该出水量控制系统中被控对象是（　　）
A.
放水按钮
B.
活塞
C.
水箱里的水
D.
坐便器
如图所示是一款人脸自动识别签到系统，当人脸靠近一定距离时，摄像头上方的红外线感应器将侦测到的信号输入电路模块，电路模块控制摄像头拍照．当拍照完成后，签到系统自动进入待机状态．下列对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.
输入量是人的红外线信号
C.
被控对象是人脸
D.
控制器是电路模块
如图所示是酒精浓度测试报警仪，气敏传感器将检测到的酒精浓度转化为电信号，传给单片机，单片机对所输入的信号进行分析处理．如果检测到酒精浓度超过设定值，蜂鸣器将发出声音报警．关于该报警控制系统，以下说法中不正确的是（　　）
A.
输出量是有无报警声
B.
被控对象是蜂鸣器
C.
控制器是单片机
D.
控制方式是闭环控制
如图是一支防近视智能笔，内置先进的红外传感器，当使用者书写时头部过于接近桌面，红外感应器会感应到使用者脸部反射的红外线信号，将信号传给中央处理器，通过芯片作用，机械部件产生联动，笔尖就会自动缩回，当学生调整好坐姿，笔尖又会自动伸出，恢复正常书写功能．上述智能笔的笔尖伸缩控制系统中执行器和被控对象为（　　）
A.
芯片、机械部件
B.
机械部件、笔尖
C.
机械部件、学生
D.
芯片、学生
根据材料回答18----20题：小明家的衣服晾在阳台外面有时会被雨淋湿，小明发现这一问题后尝试设计一新型晾衣架，设想下雨时晾衣架能自动收至雨蓬下，以免衣服被淋湿．其中有关控制系统的设计小明遇到了问题，现在请你帮着解决：
该控制系统要达到的目标是（　　）
A.
下雨时雨蓬会自动收起
B.
能自动收衣服
C.
能预测天是否会下雨
D.
下雨时晾衣服架能自动收至雨蓬下
如图所示为水位指示器的工作原理图，当容器的水位低于A处设定的水位电极高度时，左侧电磁电路处于断开状态，磁铁不受磁力作用，绿灯点亮（如图）．当水位达到A处水位电极高度时，红灯点亮，说明水位到达设定高度．以下关于该水位高度指示控制系统的说法中，正确的是（　　）
A.
被控对象是容器中的水
B.
该控制系统属于闭环控制系统
C.
输入量为实际水位
D.
输出量为红绿灯信号
如图所示是自动门示意图．当人靠近自动门时，探头探测到人体信号，控制电路接收到该信号后，发出相应的指令，启动电动机把门打开．关于该控制系统，下列说法中错误的是（　　）
A.
输入量是人体信号
B.
输出量是门的打开
C.
被控对象是人体
D.
执行器是电动机
公共场所的消防报警控制系统能够在火灾初期将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制模块，经其处理后确定是否启动报警系统。如果在安装消防报警控制系统时损坏了烟雾传感器，那么下列情况
不可能发生的是?
（???
）
A.
场所内有明火则启动报警系统
B.
场所内有浓烟则启动报警系统
C.
场所内温度升高则启动报警系统
D.
控制系统失去部分报警功能
二、分析评价题
如图所示是市政管网的水压控制示意图，当用户水管内的水压降到压力下限时，水泵启动，使压力上升；当用户水管内的水压达到上限时，水泵停止运行。其特点是，使管内压力保持在设定范围内。
试分析：
(1)针对其主要特点，它要解决的问题是：将该系统设计为自动的________控制系统，被控对象是________，起到保持有效供水的目的。
(2)它解决问题的技术方法是：压力传感器实时监测用户水管内的水压，并将压力值传递给变频控制柜，变频控制柜经过判别后决定是否向管内加压注水，以达到保持水压的目的。在该控制系统中，控制器是________，控制量是________，压力传感器是________。
(3)它的1个优点和1个缺点分别是：
(4)针对你发现的缺点，改进意见是：
如图所示为某单位大门的门禁控制系统。工作人员进门时把手指放到指纹采集器中，经门禁控制器识别后控制电锁开门，进入后门自动关闭，考勤机根据指纹信息进行考勤。它的主要特点是：具有门禁和考勤功能，省去大量的人员管理，保证工作的安全性。
试分析：
(1)它要解决的问题是：实现工作单位人员和安全的_①?
化管理。
(2)它解决问题的技术方法是：_①?
为输入量，_②?
为控制器，_③?
为执行器，构成自动_④?
控制系统。
(3)它的一个优点和一个缺点分别是：
(4)针对你发现的缺点，改进意见是：
三、技术应用题
如图所示为小明设计的一种双向水位报警电路，电路由水位探头、上限电子开关、下限电子开关、二极管门电路和音频振荡电路等几部分组成，当水位处于上限水位及以上和下限水位及以下时均能声、光报警，电路与水位探头尚未连接。请完成以下各题。
（1）小明用合适的电子元器件把电路连接好，在电路与水位探头尚未连接时闭合开关K，发现LED2发光，扬声器报警。小明用多用电表的直流电压档检测Y点电位，他应该________（在A．黑表笔接X，红表笔接Y；B．黑表笔接Y，红表笔接X；C．黑表笔接Y，红表笔接地；D．黑表笔接地，红表笔接Y中选择合适的选项，将序号填入“________”处）；测量的读数为2.8V，此时三极管VT3处于________（在A．放大；B．饱和；C．截止中选择合适的选项，将序号填入“________”处）状态；
（2）根据电路的逻辑关系分析，X、Y两点的电位与F点电位的逻辑关系是________（在A．F＝XY；B．F＝X+Y；C．；D．中选择合适的选项，将序号填入“________”处）；
（3）在虚线框内把水位探头与电路进行连接，实现双向水位报警功能。
（4）电路连接后进行调试，发现水位高于上限和低于下限水位时发光二极管均能正常报警，但扬声器声音较小。为了把声音调大，需要对电路进行调节，合理的是________（在A．用阻值更大的电阻替换R5；B．用阻值更小的电阻替换R5；C．用阻值更大的电阻替换R6；D．用阻值更小的电阻替换R6中选择合适的选项，将序号填入“________”处）。
小明设计了如图a所示的水箱水温控制电路，其中IC是电压比较器，当输入电位V+＞V-时，输出高电平；当输入电位V+＜V-时，输出低电平。当温度低于25℃时，加热器开始加热；当温度达到35℃时，该加热器停止加热。请根据电路图及其描述完成以下任务：
（1）Rt应选择____（在A．正温度系数热敏电阻；B．负温度系数热敏电阻中选择合适的选项，将序号填入“____”处）；
（2）小明在搭建电路过程中，发现手头的继电器没有转换触点开关，于是重新设计了如图b所示电路。在其他参数及水温控制范围不变的前提下，比较a、b两电路可知：用于调节上限温度的电位器分别是____、____（在A．Rp1；B．Rp2；C．Rp3；D．Rp4中各选择一项，将序号填入“____”处）；
（3）搭建并调试完成图b电路后，若想改变水温控制范围为28℃—32℃，在不改变其他电路参数的前提下，以下调节措施中合理的是____（在A．先调大Rp3、再调小Rp4；B．先调小Rp3、再调大Rp4；C．先调大Rp4、再调小Rp3；D．先调小Rp4、再调大Rp3中选择合适的选项，将序号填写在“____”处）；
（
4）为防止干烧，小明增设了水位监测电路（水位过低时水位信号输出为低电平、正常时输出为高电平），并希望利用虚框内电路实现水位正常且温度低于设定值时，才开始加热的功能。请帮他完成电路连线。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】
【分析】本题考查系统的设计。
【解答】报警子系统的输出量是是否发出报警声，检测量是温度，没有反馈，为开环控制系统，被控对象是扬声器，执行器可选用电子元件，控制器可选用温度传感器，ABC正确，D错误。
2.【答案】C
【解析】该系统是闭环控制系统，输入量是设定值，输出量是出风口的压力，执行器是风机，压力传感器是监测装置
3.【答案】D
【解析】被控对象是水，执行器是水泵，是一个开环控制系统。
4.【答案】D
【解析】分析的对象是“电热水壶温度控制”，因此被控对象应该是水壶和水
5.【答案】A
【解析】A、人脸识别门禁控制系统中人没有直接和全程参与到工作过程中，故属于自动控制，控制过程中不存在反馈环节，属于开环控制系统，故正确。
B、该控制系统的控制目标是控制锁打开或者响铃，故输出量为锁开或电铃工作，故错误。
C、脸部化妆会影响系统的输入信号，从而影响人脸识别门禁控制系统的工作，属于干扰因素，故错误。
D、门禁控制系统需要权衡功能、耐用性与成本等，统筹兼顾，符合系统分析的综合性原则，故错误。
故选：A。
根据题意人脸识别门禁控制系统的输入量为根据生物信息采集器采集到的信息，输出量为门开或响铃。
本题考查控制系统的分析，闭环控制系统的反馈环节的主要功能是克服干扰，稳定输出量。本题难度系数0.6，属于中档题。
6.【答案】C
【解析】
【分析】
?本题考查开环控制系统的基本组成和控制系统的设计。
【解答】
?以门作为被控对象，系统的输出量是门的开或关，输入量是传感器检测到是否有人（人体产生的热辐射）；
?故选C。
7.【答案】D
【解析】
【分析】
本题考查的是控制系统的组成。
【解答】
自动出汤控制中，可以采用电磁阀作为执行器，它不能参与自动取汤机的温度控制过程。
?故选D。
8.【答案】C
【解析】A、放水按钮按下，开始放水，属于输入量，故错误。
B、活塞抬起放水，活塞放下停止出水，故活塞属于执行器，故错误。
C、出水量控制系统的控制目标是控制冲洗马桶的出水量不一样，出来的水（水箱里的水）即时被控对象，故正确。
D、坐便器是整个系统，水位控制系统与出水控制系统属于其中的子系统，故错误。
故选：C。
出水量控制系统的控制目标是控制冲洗马桶的出水量不一样．
本题考查控制系统的分析，被控量是被控对象的输出量．本题属于中档题．
9.【答案】C
【解析】A、人脸靠近后，启动该人脸自动识别签到系统，不存在反馈环节，属于开环控制系统，故正确。
B、人脸靠近后，红外线感应器会将检测到的人脸信号输入，故人的红外信号是输入量，故正确。
C、电路模块根据输入的信号，控制摄像头拍照，故摄像头是被控对象，故错误。
D、电路模块能根据输入信号发出相应的指令，属于控制器，故正确。
故选：C。
本题考查控制系统的分析，人脸自动识别系统的控制目标是将人脸拍摄后进入后台进行对比．
本题考查控制系统的分析，反馈环节中检测装置检测的是被控量，并返回到输入端与设定量进行比较．本题属于中档题．
10.【答案】D
【解析】A、酒精浓度超标时，发出报警声，即报警声是控制系统的被控量，即输出量，故正确。
B、报警声是有蜂鸣器发出的，故蜂鸣器是被控对象，故正确。
C、单片机将气敏传感器的电信号进行分析，从而做出命令，即单片机是控制器，故正确。
D、该控制过程不存在反馈环节，属于开环控制系统，故错误。
故选：D。
酒精浓度测试报警仪的控制目标是当酒精浓度超过设定值时，能发出报警声．
本题考查控制系统的分析，开环与闭环控制系统的核心区别是控制过程是否存在反馈环节．本题属于中档题．
11.【答案】B
【解析】由分析知上述智能笔的笔尖伸缩控制系统中执行器为机械部件，被控对象为笔尖。
故选：B。
红外感应器会感应到使用者脸部反射的红外线信号，将信号传给中央处理器，通过芯片作用，机械部件产生联动，笔尖就会自动缩回．由此可知控制系统中执行器是机械部件，被控对象为笔尖．
考查控制系统的设计与实施案例．
12.【答案】D
【解析】新型晾衣架的特点是下雨天时晾衣架能自动收至雨棚下，达到衣服不被淋湿的目的，故此控制系统的控制对象是晾衣架，控制手段是自动控制，控制目的是晾衣架能收至雨棚下。
故选：D。
本题考查控制系统的设计，小明设计新型晾衣架的目的是不让衣服被雨淋湿．
本题考查控制系统的设计，理解控制三要素：对象、手段、目的．本题属于简单题．
13.【答案】D
【解析】A、该控制系统的控制目标是点亮红灯或者绿灯，故被控对象是红灯和绿灯，故错误。
B、当水位低于A点，绿灯亮，水位处于A点，红灯亮，不存在反馈环节，属于开环控制系统，故错误。
C、当水位低于A点，左侧电磁电路处于断开状态，绿灯亮，反之红灯亮，故输入量是水位是否到A点，故错误。
D、被控对象是红灯和绿灯，故输出量为红绿灯的信号，故正确。
故选：D。
本题考查控制系统的分析，水位指示器的控制目标是点亮红灯或者绿灯，指示水位．
本题考查控制系统的分析，闭环控制系统与开环控制系统的本质区别是有无反馈环节，不是有无检测装置．本题属于中档题．
14.【答案】C
【解析】自动门控制系统的输入量是传感器检测的信号，控制器是控制电路，执行器是电动机，被控对象是自动门，输出量是门的开与关。
故选：C。
自动门控制系统是通过红外线传感器检测是否有人进入，通过控制电路对自动门的开关进行控制．
本题考查控制系统的工作运行过程．
15.【答案】B
【解析】
【分析】本题考查的是控制系统的应用，难度不大。
【解答】如果安装消防报警控制系统时损坏了烟雾传感器，则有浓烟时不能启动报警系统，故B错误，但符合题意。
?故选B。
16.【答案】（1）①闭环???
②用户水管；
（2）①变频控制柜???
②水流量???
③检测装置；
（3）优点是能够使用户水管内的水压保持在设定的压力范围内；
????????
?
?
?
?缺点是单个压力传感器检测的压力值并不能准确反映高楼层和低楼层所有用户的压力值。
（4）改进①高楼层和低楼层各安装一个压力传感器并取其平均值；
?
?
?
?
?改进②将压力传感器安装在中间楼层。
【解析】
【分析】
本题考查控制系统的设计与分析的知识点。
【解答】
（1）由题干可知，当用户水管内的水压降到压力下限时，水泵启动，使压力上升；当用户水管内的水压达到上限时，水泵停止运行。其特点是，使管内压力保持在设定范围内。即有反馈环节，该控制系统为自动闭环控制系统。被控对象为用户水管。
（2）压力传感器实时监测用户水管内的水压，并将压力值传递给变频控制柜，变频控制柜经过判别后决定是否向管内加压注水，以达到保持水压的目的。控制器是变频控制柜，控制量是水流量，检测装置是压力传感器。
（3）例如，优点是能够使用户水管内的水压保持在设定的压力范围内；缺点是单个压力传感器检测的压力值并不能准确反映高楼层和低楼层所有用户的压力值。
（4）例如，改进①高楼层和低楼层各安装一个压力传感器并取其平均值；改进②将压力传感器安装在中间楼层。
17.【答案】(1)自动；
(2)指纹信息?
；?
门禁控制器?
；?
电锁?
；?
开环；
(3)优点：具有门禁和考勤功能，保证工作的安全性，提高管理效率。
?
?
缺点：停电或电源供给不足会无法开门。
(4)改进①?
准备备用电源。
?
?
改进②?
经常检查系统各部件是否正常。
【解析】
【分析】
本题考查控制系统的设计与分析。
【解答】
（1）由题干可知，该控制系统要解决的问题是实现工作单位人员和安全的自动化管理。
（2）由题干可知该控制系统的工作过程为：指纹采集器采集指纹信息，经门禁控制器识别后控制电锁开门。其中指纹信息为输入量；门禁控制器为控制器；电锁为执行器，被控对象为门。属于自动开环控制系统。
(3)该控制系统的优缺点分别为：
?
??优点：具有门禁和考勤功能，保证工作的安全性，提高管理效率。
???
缺点：停电或电源供给不足会无法开门。
(4)改进①?
准备备用电源。
?
??改进②?
经常检查系统各部件是否正常。
18.【答案】（1）D?
?
B
（2）B
（3）
（4）B
【解析】
【分析】
本题考查生活zhong中常见的闭环dian电子系统的工作过程，旨在考查学生的提取信息和分析能力，读懂电路图是解题关键。
【解答】
（1）测电压时，红表笔接正极，黑表笔接负极，因此测Y点对地电位，红表笔接Y，黑表笔接地；Y点电位为2.8V，则VT3的c、e极电压为0.2V，故VT3处于饱和状态。
（2）当X高电压时，VD1导通，F高电平，当Y高电平时，VD2导通，F点高电平，只有当X、Y都是低电平时，两个二极管都截止，F相当于接地，为低电平，根据真值表甲得出，X、Y与F的关系师或关系。
（3）
（4）减小R5电阻，将增大VT4基极电流，通过VT4和VT5放大后，集电极电流增大，扬声器声音变大，C1和R6主要起延时作用，调节R6对延时时间有影响，对声音大小无影响，故选B。
19.【答案】（1）B
（2）B?
?
C
（3）A
（4）如下图所示：
【解析】
【分析】
本题考查系统的设计案例，旨在考查学生的分析和应用能力，理解水箱水温控制系统是解题关键。
【解答】
（1）该系统是水温控制系统，温度高时，需要增强电流以起到控制作用，电阻减小，因此为负温度系数热敏电阻，故填B。
（2）a图中，调节上限温度的电位器应该为Rp2，b图中，调节shan上限温度的电位器为Rp3。
（3）在b图中，具体要求需要把温度下限调高，上限调低，因此可以先调大Rp3、再调小Rp4，故选A。
（4）根据要求设计电路图如下：
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