必修2第四单元 控制与设计

考点6
控制系统的方框图 高考档案
考点解读 本考点往往不考点5结合考查， 也是本章内容的考查重点。 控制系统的方框图既反映了控制系统的 组成，同时也能够直观地反映控制过程 的工作原理。
历次浙江高考第25题 2012年3月合卷版技 术试题第15题
考点7
控制系统的干扰因素 高考档案 2008年10月浙江高考 第19、25题 2009年3月浙江高考 第19题 2009年9月浙江高考 第25题 2011年3月浙江高考 第19题 2011年9月浙江高考 第20题
【例1】(2011年3月浙江省高考)如图所示为一款具有保温功能 的电水壶，按下保温按钮，能将水温保持在设定值，该保温控 制系统的控制手段和控制方式属于( ) A．自动控制、闭环控制 B．自动控制、开环控制 C．手动控制、闭环控制 D．手动控制、开环控制
【答案】 A 【解析】 该控制系统能将水温保持在设定值，这说明当水温 达不到设定值时，启动加热功能；当水温达到设定值时，电水 壶自动断电，停止加热。这说明实际水温通过检测器的检测返 回输入端影响控制过程，属于闭环控制。在整个控制中都是不 需要人直接参与，为自动控制。控制方框图如下：
【答案】 【解析】A 本题 Nhomakorabea查控制系统分析。被控对象应为蜂鸣器。
考点5
闭环控制系统的基本组成和工作过程
考点解读 高考档案
本考点的分值比例在5分以上，主观题和客观题均 会出现，重点考查闭环控制系统的基本组成。 1．闭环控制系统是指在系统的输出端不输入端之 间存在反馈回路，输出量对控制过程产生影响的 控制系统。 2．开环控制不闭环控制的比较 ①闭环控制系统能够对被控量的偏差进行调整不 补偿，不开环相比，它的控制精度高，能够比较 有效地克服外界干扰，但结构复杂，成本较高。 ②开环不闭环都可能有检测装置，开环的检测装 置(传感器)是检测输入信号，而闭环的检测装置检 测的是输出信号。 ③无论闭环控制还是开环控制，都会受到干扰因 素的作用
高考档案
2009年9月浙江高考第20题 2010年3月浙江高考第20题 2010年9月浙江高考第20题 2011年3月浙江高考第20题 2012年3月浙江高考第20题
【例5】(2012年3月浙江省高考)下列方法中不属于黑箱方法的是 ( ) A．用仪器测试集成电路输出信号判断集成电路的功能 B．通过脑电波检查诊断病人大脑的状况 C．列车司机用锤子敲击车轮，通过声音判断有无故障 D．通过胃镜检查诊断病人的胃部疾病
【变式训练】 3.[2012年3月合卷上机版高考技术试题第14题]如图所示是汽车 倒车雷达示意图，当汽车倒车至障碍物一定距离时，雷达侦测 器将侦测到的信号输人主机，主机控制蜂鸣器发出报警声，并 在显示器上显示至障碍物的距离。下列对该控制系统的分析中 不正确的是( ) A．被控对象是雷达侦测 B．控制器是主机 C．输人量是车尾至障碍物的距离信息 D．输出量是报警声和显示器的显示信息
【例6】[2012年3月合卷上机版高考技术试题第15题]如图所示 是储气罐气压控制系统原理图，当检测装置 检测到储气罐中 的气压低于设定值时，控制器控制压缩机运转，使储气罐的 气压升高到设定值。该控制系统的方框图是( )
【解析】 本题考查控制系统方框图。该控制系统的控制过程存在反 馈，所以该控制系统为闭环控制，所以选择C或D；另外被控对象应该 是被控量的主体，本体的被控对象为储气罐，因此答案为C。 【答案】 C
【变式训练】 4.(2012年3月浙江省高考)风力发电机运行时风轮对准风向才 能获得最大风能，如图所示是风力发电机跟踪风向的控制 系统示意图，风向测定装置将检测到的风向信号送给迎风 控制装置与设定值比较，迎风控制装置根据角度偏差信号 控制偏航电机运转，调整风轮角度，使风轮始终对准风向。
(1)根据描述，在跟踪风向的控制系统方框中_______处填写相应 的内容。
【解析】 黑箱方法是通过对 系统输入与输出关系的研究， 进而推断出系统内部结构及其 功能的方法，不需要直接考察 其内部结构；功能模拟法是以 功能和行为的相似性为基础， 用“模型”模拟“原型”的功能和 行为的方法。A、B、C都是对系统输入与输出的研究，进而推断出系 统内部结构及其功能的方法，所以是黑箱方法，D通过胃镜检查诊断 病人的胃部疾病是直接考察其内部结构，所以不是以黑箱方法。 【答案】 D
(2)风向测定装置将检测到的风向信号送给迎风控制装置与设定 值比较的过程称为________。(从①干扰；②反馈；③控制中 选择一项，将序号填在________处)
【答案】 ①迎风控制装置；②偏航电机；③风轮；④风轮的朝 向；⑤风向测定装置 (2)② 【解析】 本题考察学生对控制闭环控制系统的基本组成和对整 个控制过程的理解。
【变式训练】 1.(2012年3月浙江省高考)如图所示是一款太阳能饭盒，每个饭 盒都有独立的温度控制系统，当饭煮熟后，自动进入保温状 态，该饭盒温度控制系统的控制手段和控制方式属于( ) A．手动控制、开环控制 B．自动控制、闭环控制 C．自动控制、开环控制 D．手动控制、闭环控制 【答案】 B 【解析】 根据题意，该饭盒温度控制系统不需要人直接参与， 因此属于自动控制。关于控制方式的选择，该太阳能饭盒的控 制目的在于保持饭盒内的温度，因此温度控制也就是把温度保 持在一定范围内，若盒内温度与设定值有偏差，饭盒将自动加 热至设定温度，这就存在比较和反馈，因此属于闭环控制。
【例2】(2011年9月浙江省高考)如图所示感应水龙头的出水控 制系统为开环控制，当手靠近感应区域时，水就会自动流出。 下列判断中正确的是( ) A．该控制系统有检测环节 B．该控制系统有反馈环节 C．该控制系统的控制器是水龙头 D．该控制系统能保持出水量稳定
【解析】 本题考查对控制系统的理解。A项，因题目中当 手靠近感应区域时，水就会自动流出。一般为红外线检测 。A正确。 【答案】 A
(2)实际位移量与设定位移量的比较是由________ 完成的 (从①检测装置；②数控装置；③输入装置；④伺服装置中 选择一项，将序号填在“________”处)。
【解析】 看这个控制系统的工作过程：检测装置检测机床工作 台的实际位移(⑤就是检测装置；④被控量就是实际位移值)，并 将该位移值传输给数控装置(控制器)与设定位移量(①给定量就设 定位移值)进行比较，数控装置根据比较的偏差值控制伺服装置 (②执行器就是伺服装置)运动，驱动机床(③被控对象就是机床) 工作台到达指定的位置。 【答案】 (1)①设定位移值 ②伺服装置 ③机床 ④实际位移 值 ⑤检测装置(2)②
第四单元 控制与设计
考点1 考点2 考点3 考点4 考点5 考点6 考点7 考点8 考点9 控制的含义 控制的应用 控制的手段 开环控制系统的基本组成和工作过程 闭环控制系统的基本组成和工作过程 控制系统的方框图 控制系统的干扰因素 功能模拟法和黑箱方法 控制系统的设计方案
第四单元 控制与设计
考点1
2009年3月浙江高考 第20题 2010年3月浙江高考 第18题 2010年9月浙江高考 第18题 2011年3月浙江高考 第18题 2012年3月浙江高考 第18题
考点3
控制的手段
考点解读 高考档案
1.人工控制与自动控制：人工控制是人直接干预 而且一般是全程干预；自动控制是不需要人直接 干预，人只是给控制发出指令或设置相关信息。 2．机械控制：以机械传动作为主要控制手段，如 采用杠杆、齿轮、皮带传动、蜗轮蜗杆等方式。 3．气动控制：以气体作为主要信息与动力，一般 同上表 由气阀门及气控件组成。 4．液压控制：采用液压方式来传递信息与动力。 5．电子控制：由电子元器件构成，采用电信号作 为传递信号的载体。
【解析】 从题干中“使水温达到设定值”文字中，可以确定这 是闭环控制系统。根据控制系统的各环节的概念和从题干中“ 控制电路接通加热丝，加热储水箱中的水”等文字中，可以轻 松知道控制器是控制电路，执行器是加热丝；从该控制系统的 名称“电热水器温度自动控制系统”可知，被控对象是水箱或 水箱中的水。 【答案】 B
考点4
开环控制系统的基本组成和工作过程 考点解读 高考档案 2009年3月浙 江高考第15题 2010年3月浙 江高考第18题 2010年9月浙 江高考第18题 2011年9月浙 江高考第18、 19题 2012年3月浙 江高考第19题 2012年3月合 卷版技术试题 第14题
本考点多考查开环与闭环的区分，在选择题中出现 。 1．开环控制系统：输出量不对系统的控制产生任 何影响。 2．控制器起到三个方面的作用：接收输入量、分 析与判断、向执行器发出指令，因此，控制器是控 制系统的“CPU”。 3．执行器起到两方面的作用：接收指令、具体执 行，执行器往往是动力机构，如弹簧、阀门等。 4．具体的工作过程：在控制器的控制下，执行器 通过控制量对被控对象的被控量(即输出量)进行控 制。 5．日常生活中的红绿灯定时控制系统、防盗报警 系统、音乐喷泉自动控制系统、宾馆的自动门控制 系统大多数是开环控制系统。
历次浙江高 考第25题。 2008年10月 浙江高考第 14、19题 2010年3月 浙江高考第 19题 2012年3月 浙江高考第 19题
【例4】(2011年9月浙江省高考) 如图所示是数控机床的位置控制 系统示意图。检测装置检测机床 工作台的实际位移，并将该位移 值传输给数控装置与设定位移量 进行比较，数控装置根据比较的 偏差值控制伺服装置运动，驱动 机床工作台到达指定的位置。 (1)根据示意图及其描述，在控 制系统框图中“________”处填写相应的内容。
【例3】(2012年3月浙江高考第19题)如图所示是电热水器温度自 动控制系统的示意图，当热电偶测到水温低于设定值，控制电 路接通加热丝，加热储水箱中的水，使水温达到设定值，关于 该控制系统的组成，下列说法中不正确的是( ) A．被控对象是水箱中的水 B．控制器是加热丝 C．被控量是出水温度 D．设定量是所要求的水温
【变式训练】 2.如图所示是一款可以定时的台灯。将拉绳拉到设定时间位置 ，打开灯的同时定时器开始工作，到达设定时间开关断开， 将灯熄灭。关于这款台灯的控制系统，下列说法正确的是( ) A．执行器是台灯 B．控制器是拉绳 C．输入量是设定时间 D．控制量是台灯的亮度 【答案】 C 【解析】 该控制系统中，执行器是开关，控制器是定时装置， 控制量是开关的通与断也可以说是电流量；定时台灯其输入量 是设定的定时时间。
考点解读 在控制系统中，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。 干扰丌仅是外界对控制系统的影响，同 时也包括控制系统内部对控制的影响。 在一般控制系统中，干扰因素是需要克 服的。在有些情况下，可以利用干扰因 素实现某种功能。
考点8
功能模拟法和黑箱方法
考点解读 功能模拟法：以功能和行为的相 似性为基础，用“模型”模拟“ 原型”的功能和行为的方法。 黑箱方法：把将要研究的系统作 为黑箱，通过对系统输入不输出 关系的研究，进而推断出系统内 部结构及其功能的方法。
控制的含义
考点解读 高考档案
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)。因此，理解控 制，要明确控制的对象、目的和控制 的手段。
6次高考均未直接涉及
考点2
控制的应用
考点解读 高考档案
本考点往往与控制的手段结合，在选择题 中出现。 1．控制应用到生活中，提高了人们的生 活质量，人类能够在一定程度上按照自己 的意愿改变周围的环境，使之能满足人们 的需要。 2．控制应用到生产中，大大减轻了工人 的劳动强度，提高了产品的质量和生产效 率。 3．控制也应用到军事、国防等领域。
【变式训练】 5.如图为某设计单位设计的的一款机械手草图，设计成能模 仿人的各种动作。这种采用机器手的设计方法属于( ) A．黑箱方法 B．移植方法 C．虚拟方法 D．功能模拟方法
【答案】 D 【解析】 黑箱法和功能模拟法是控制系统中很重要的技术思想 方法，一定要注意理解此类概念。