控制与设计专题复习
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008通用技术必修2第八讲控制与设计总复习
008通用技术必修2第八讲控制与设计总复习第八讲是关于控制与设计的总复习。
本节课将回顾我们在前几节课中学习的内容，并进一步探讨控制与设计的重要性。
我们将从控制的定义、控制系统的基本概念、控制系统的分类、以及控制系统的设计等方面进行总结和回顾。
首先，我们回顾一下控制的定义。
控制是指通过采取一系列措施使系统或过程保持在所期望的状态，并在遇到干扰或变动时进行调整和修正，以实现预定的目标。
控制的基本原则是通过对系统的输入和输出之间的关系进行监控和调节，使系统能够按照预定的方式运行。
接下来，我们回顾一下控制系统的基本概念。
控制系统由输入、输出、控制器和被控对象组成。
输入是控制系统的指令或命令，用于控制系统执行特定的功能。
输出是控制系统根据输入进行处理后得到的结果。
控制器是控制系统的核心部分，负责对输入和输出进行处理，根据预定的规则和算法进行控制计算。
被控对象是控制系统所要控制或监控的物理过程或设备。
控制系统根据其输入和输出之间的关系可以分为开环系统和闭环系统。
开环系统是指输入和输出之间没有反馈和调节，仅通过事先设定的控制规则来控制系统的运行。
闭环系统则引入了反馈机制，在系统的输出作为系统参数的一部分被反馈到控制器中，用于修正和调节系统的运行。
闭环系统相对于开环系统具有更强的稳定性和鲁棒性。
最后，我们总结一下控制系统的设计。
在控制系统设计中，我们需要了解被控对象的工作原理和特性，并根据所需的控制要求确定输入、输出和控制规则。
然后，我们选择适当的控制器和传感器来实现控制系统的功能。
在具体的设计过程中，我们通常会采用模型预测控制、PID控制等常用的控制算法和方法，根据实际情况进行调整和优化。
总之，控制与设计是通用技术必修2课程中的重要内容。
通过对控制的定义、控制系统的基本概念、控制系统的分类和控制系统的设计进行总复习，我们可以更加全面地理解和应用控制与设计的知识。
在实际应用中，控制与设计可以帮助我们解决各种复杂的控制问题，提高系统的稳定性和性能，推动科技进步和社会发展。
第四章 控制与设计(高三复习课件)
（2）开环控制
而不能将控制的结果反馈回来，影响控制的作用 的系统
•优缺点：
开环
闭环 优点 结构简单、成本低 精确度高 缺点 精确度低 结构复杂、成本高
•应用原则：
（1）二者都能实现控制时，优先考虑开环控制； （2）二者可结合使用。
•辨别方法：
（1）看是否有反馈及能否调整
（2）加入干扰，看能否调整
第四章 控制与设计
第一节 了解控制
一、什么是控制？
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。
1、投飞镖
期望值
大脑
手
飞镖
落点
镖靶
2、骑自行车的控制过程
期望值 大脑 肢体 自行车 把 行驶方向
眼睛
二、控制的种类
1、根据控制的过程与方式
（1）闭环控制
能将控制结果（即比较量）反馈回来与希望值 （即基准量）进行比较，并根据他们的误差及 时调整控制作用的系统
例1：“投掷飞镖”过程的主要环节
命令发出者是： 命令执行者是： 执行的作用对象是： 反馈环节是：
大脑
肢 体（上臂和手）
飞镖 无
例2：“骑自行车”过程的主要环 节
命令发出者是： 命令执行者是： 执行的作用对象是： 反馈环节是：
大脑 肢 体（上臂和手）
自行车把（转向子系统）
眼睛
描述的语言、概念、具体描述的区别与联系
给定值
被控量
执行器
反馈环节
被控 对象
三、练习： 用方框图将下面的几个控 制系统表示出来。
1、供水水 箱的水位自 动控制系统
浮子
预设 水位
比较器
进水量
水位
控制器
阀门 浮球
控制与设计知识点大全
控制与设计知识点大全【控制与设计知识点大全】一、引言控制与设计是现代工程领域中不可或缺的重要环节，涉及到各种系统、设备和过程的调节和优化。
本文旨在全面介绍控制与设计的相关知识点，包括控制理论、设计方法以及实际应用等方面内容。
二、控制理论1. 控制系统的基本概念控制系统是指由传感器、执行器和控制器组成的系统，通过对系统的输入和输出进行监测和调节，实现对目标状态或性能的控制。
2. 反馈控制理论反馈控制理论是控制系统设计中的基础理论，通过对系统输出与期望输出之间的差异进行反馈调节，实现对系统稳定性和性能的优化。
3. 控制系统的稳定性与鲁棒性控制系统的稳定性是指系统在各种干扰和不确定性的影响下，是否能保持稳定。
鲁棒性则是指系统抵抗干扰和不确定性的能力。
4. 线性控制与非线性控制线性控制是指控制系统中的数学模型是线性的，而非线性控制则是指系统模型具有非线性特性，需要采用专门的设计方法。
5. 自适应控制理论自适应控制理论是指控制系统可以根据实时的系统状态和性能变化，自动调整控制策略和参数，以适应不断变化的工况条件。
三、设计方法1. 系统建模与仿真系统建模是指将实际系统抽象成数学模型，以便进行分析和设计。
仿真则是利用计算机模拟系统的动态响应和性能，评估不同控制策略的效果。
2. PID控制器设计PID控制器是最常用的控制器之一，通过比例、积分和微分三个部分的组合，实现对系统的稳定控制和响应速度调节。
3. 先进控制方法除了传统的PID控制，还有一些先进的控制方法，如模糊控制、神经网络控制、自适应控制等，可以更好地处理非线性、时变等复杂系统。
4. 优化与最优控制优化与最优控制是通过优化理论和方法，寻找最优的控制策略和参数，以实现系统性能的最大化或最小化。
四、实际应用1. 工业自动化控制与设计在工业自动化中起着重要作用，包括生产线控制、工艺控制、机械控制等方面。
2. 动力系统控制对于动力系统，如发电厂、机车等，控制与设计能够提高系统的效率和稳定性，保证安全运行。
控制与设计专题一轮复习课件高三通用技术必修《技术与设计2》
干扰因素: 除 给定量或输入量 以外, 引起 被控量或输出量 发生变化的各种因素
干扰因素：
（3）喷灌子系统进水管接口处M应连接在 ▲ (选择A 或B处)，理由是 ▲
A; 池底有淤泥等沉积物，容易造成B出口堵塞
电磁阀
6.如图所示是台式电脑里的散热小风扇。当温度传感器检 测到机箱内温度高于设定上限时，温控仪接通电机电源， 扇叶转动；当检测到机箱内温度低于设定下限时，温控仪 断开电机电源，扇叶停转。下列关于扇叶控制系统不正确 的是（A ）
C
9.对于发电机功率控制子系统，下列说法正确的是（▲） A.输入量是风向标和测速仪 B.系统有检测装置，控制方式是闭环控制 C.控制对象是发电机 D.引起被控量发生变化的因素都是干扰因素
、
பைடு நூலகம்
A C
A
D
B
5.小明为自己的卧室设计了一套智能家居控制系统可分为空调控制 子系统、照明控制子系统、窗帘控制子系统。窗帘控制子系统通 过语音进行控制，智能语音音箱接收使用者的语音指令，智能音 箱将相关信号发至智能网关，智能网关控制电动机从而控制窗帘 的开闭。在门口设计有一个夜灯子系统，当外界光线强度低于设 定值且有人开门后小夜灯会自动亮起。请根据描述及示意图完成 以下任务：
C
6．汽车防撞预警系统是基于智能分析处理的汽车防撞预 警系统，帮助司机与前方车辆保持安全距离。当与前车 达到危险距离后，系统以声音警报提醒司机有可能发生 追尾碰撞，可有效提高行车安全，及降低交通事故的发 生，减少经济损失。下列关于防撞预警系统的说法中， 正确的是( D )
A．该系统属于闭环控制系统 B．输入量是驾驶者的刹车动作 C．被控对象是前方障碍物 D．雨雾天气是该控制系统的干扰因素
5．控制系统中都是检测装置检测输入信号，触发控制系统，实 现控制目的。 6．闭环控制系统可以通过反馈来减弱外界环境对控制系统的产 生的影响，提高控制精度。 7．闭环控制系统不受干扰的影响。 8.控制器是直接对被控对象进行控制的装置或元件。 9.按照控制方式可以分为人工和自动控制。 10、开环控制系统检测装置是输入量，闭环检测到的是输出量
干扰因素：
（3）喷灌子系统进水管接口处M应连接在 ▲ (选择A 或B处)，理由是 ▲
A; 池底有淤泥等沉积物，容易造成B出口堵塞
电磁阀
6.如图所示是台式电脑里的散热小风扇。当温度传感器检 测到机箱内温度高于设定上限时，温控仪接通电机电源， 扇叶转动；当检测到机箱内温度低于设定下限时，温控仪 断开电机电源，扇叶停转。下列关于扇叶控制系统不正确 的是（A ）
C
9.对于发电机功率控制子系统，下列说法正确的是（▲） A.输入量是风向标和测速仪 B.系统有检测装置，控制方式是闭环控制 C.控制对象是发电机 D.引起被控量发生变化的因素都是干扰因素
、
பைடு நூலகம்
A C
A
D
B
5.小明为自己的卧室设计了一套智能家居控制系统可分为空调控制 子系统、照明控制子系统、窗帘控制子系统。窗帘控制子系统通 过语音进行控制，智能语音音箱接收使用者的语音指令，智能音 箱将相关信号发至智能网关，智能网关控制电动机从而控制窗帘 的开闭。在门口设计有一个夜灯子系统，当外界光线强度低于设 定值且有人开门后小夜灯会自动亮起。请根据描述及示意图完成 以下任务：
C
6．汽车防撞预警系统是基于智能分析处理的汽车防撞预 警系统，帮助司机与前方车辆保持安全距离。当与前车 达到危险距离后，系统以声音警报提醒司机有可能发生 追尾碰撞，可有效提高行车安全，及降低交通事故的发 生，减少经济损失。下列关于防撞预警系统的说法中， 正确的是( D )
A．该系统属于闭环控制系统 B．输入量是驾驶者的刹车动作 C．被控对象是前方障碍物 D．雨雾天气是该控制系统的干扰因素
5．控制系统中都是检测装置检测输入信号，触发控制系统，实 现控制目的。 6．闭环控制系统可以通过反馈来减弱外界环境对控制系统的产 生的影响，提高控制精度。 7．闭环控制系统不受干扰的影响。 8.控制器是直接对被控对象进行控制的装置或元件。 9.按照控制方式可以分为人工和自动控制。 10、开环控制系统检测装置是输入量，闭环检测到的是输出量
第四章控制与设计复习
控制量
执行器
被控对象
输出量
对输入信号进 行处理并发出 控制命令的装 置或元件
控制系统中所要 求控制的装置和 生产过程
控制系统 所要控制 的量
5 闭环控制系统的基本组成和工作过程(Ⅱ)
（1）定义：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。 （2）特征：系统的输出端与输入端信号之间存在一个回路— —反馈回路。 （3）简单闭环控制系统的方框图 给定量
Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅱ
1 控制的含义(Ⅰ)
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。 理解任何控制现象，都要明确：① 控制的对象是什么，② 控 制要达到什么目的，③ 采取什么控制手段。 控制的分类：从控制过程中人工干预的情形分为人工控制（控 制过程是在人的直接干预和全程干预下进行的）和自动控制（指在无人直接 参与的情况下，使事物的变化准确地按照期望的方向进行）；按照执行部件 的不同，控制分为机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等 。
铁桶
硬塑料管截断或上升3厘 米；铁桶抬高3厘米；搪瓷 （3）假设原来搪瓷碗内的水位控制在5厘米，现在需要把碗内水 碗位置下降3厘米等
位控制在8厘米，请问可以采取什么方法？
9 控制系统设计方案(Ⅱ)
（1）控制系统设计的一般思路
分析被控对象的 主要特征 明确控制的目 的、对象 确定被控量、 控制量
控制系统的 方案选择 控制系统的调试、 运行和评价 系统的成本分析
控制系统 的设计
实施控制系统所需的 设备、元件等
分析主要的 干扰因素
……
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。
执行器
被控对象
输出量
对输入信号进 行处理并发出 控制命令的装 置或元件
控制系统中所要 求控制的装置和 生产过程
控制系统 所要控制 的量
5 闭环控制系统的基本组成和工作过程(Ⅱ)
（1）定义：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。 （2）特征：系统的输出端与输入端信号之间存在一个回路— —反馈回路。 （3）简单闭环控制系统的方框图 给定量
Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅱ
1 控制的含义(Ⅰ)
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。 理解任何控制现象，都要明确：① 控制的对象是什么，② 控 制要达到什么目的，③ 采取什么控制手段。 控制的分类：从控制过程中人工干预的情形分为人工控制（控 制过程是在人的直接干预和全程干预下进行的）和自动控制（指在无人直接 参与的情况下，使事物的变化准确地按照期望的方向进行）；按照执行部件 的不同，控制分为机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等 。
铁桶
硬塑料管截断或上升3厘 米；铁桶抬高3厘米；搪瓷 （3）假设原来搪瓷碗内的水位控制在5厘米，现在需要把碗内水 碗位置下降3厘米等
位控制在8厘米，请问可以采取什么方法？
9 控制系统设计方案(Ⅱ)
（1）控制系统设计的一般思路
分析被控对象的 主要特征 明确控制的目 的、对象 确定被控量、 控制量
控制系统的 方案选择 控制系统的调试、 运行和评价 系统的成本分析
控制系统 的设计
实施控制系统所需的 设备、元件等
分析主要的 干扰因素
……
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。
高考复习专题8 控制与设计
电风扇
调节速度 音量的调节
音响
热水器 喷雾器
调节出水口 改变燃气 温度的高低 火头的大小 给庄稼治病 操作喷雾器 的手柄
控制的手段
I
人工控制 控制
人工干预的情形
自动控制
人工控制——控制过程是在人的直接干预和 控制过程是在人的直接干预和 人工控制 控制过程是在人的 全程干预下进行的 下进行的。 全程干预下进行的。
是否有 声音
声传感 控制器 控制器 常开( 常开(断 开)接点
开关 灯泡
灯亮 或灭
宾馆、 宾馆、酒店的自动叫醒服务控制系统
输入房 间号和 需叫醒 的时间
电脑控 制系统
拨号 电流 电话机 装置
铃声
是否检测 到人体热 辐射发出 的信号
控制电路
电机
进水阀门
转动 水流量
自动门 游泳池
门的开启 或关闭 游泳池 的水位
温度控 制器
压缩机
室内空 气的温 度
温度检测装置
水箱水位 自动控制
给定水位
干扰
实际水位
控制器
阀门 浮球
水箱
加热炉温度 自动控制
给定温度
干扰
控制器
加热器 热电 偶
加热 炉
炉内温度
控制系统的干扰因素 逆风对你骑自行 车会产生什么影响？ 车会产生什么影响？
I
５米／秒 应保持的速度 输入量（给定值） 输入量（给定值）
如人工纺纱、打开普通自来水龙头、 人工纺纱、打开普通自来水龙头、 按键打开电灯、驾驶汽车等 按键打开电灯、驾驶汽车等
自动控制——指在无人直接参与的情况下，使事物 指在无人直接参与的情况下， 自动控制 指在无人直接参与的情况下 的变化准确地按照期望的方向进行。 的变化准确地按照期望的方向进行。 如数控机床、饮料自动装罐生产线、花房恒温 数控机床、饮料自动装罐生产线、 控制、十字路口红绿灯的转换等 控制、十字路口红绿灯的转换等。
通用技术用技术控制系统控制与设计专题复习
无人机控制系统的应用案例
总结词
无人机控制系统可以实现无人机的自主飞行和任务执行 ，具有广泛的应用前景。
详细描述
无人机控制系统包括导航、定位、控制等子系统。例如 ，无人机在农业领域中可以用于喷药、施肥、播种等作 业，提高农业生产效率；在救援领域中，无人机可以用 于搜索、定位、物资投送等任务，为救援工作提供有力 支持；在环保领域中，无人机可以用于环境监测、污染 源排查等任务，为环境保护提供科学依据。
控制系统设计的步骤包括确定控制目标、系统分析、系统设计、系统实现 和测试等。
在进行控制系统设计时，需要根据具体的应用场景和需求，选择合适的控 制系统类型和控制策略，以满足实际需求。
03
控制系统的性能指标与评价
稳定性分析
稳定性定义
一个控制系统在受到扰动后能够恢复到原始状态 的能力。
稳定性判据
劳斯-赫尔维茨稳定判据、奈奎斯特稳定判据等。
开环控制
根据预设程序或逻辑，控制器直接控制执行器输出，不涉及设备状 态的检测与比较。
模糊控制
采用模糊数学和模糊逻辑，处理不确定性和非线性的控制系统。
02
控制系统的类型与设计
开环控制系统
开环控制系统是一种不包含反馈环节的控制系统，输入信号直接作用于执行机构，系统的输出量不会反作用于输入端。这种 系统简单、可靠，但无法对输出量的误差进行修正。
详细描述
机器人控制广泛应用于工业制造、医疗护理、 服务等领域，通过精确的运动规划和感知技 术，实现高效、精准和安全的作业任务。
05
控制系统的实际案例分析
工业自动化控制系统的应用案例
总结词
工业自动化控制系统在生产线上起着至关重 要的作用，通过自动化控制，可以提高生产 效率、降低成本、保证产品质量。
控制与设计专题复习共24页
控制与ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ计专题复习
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
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控制系统的调试、 运行和评价
明确控制的目 的、对象
控制系统 的设计
确定被控量、 控制量
分析主要的 干扰因素
系统的成本分析
实施控制系统所需的 设备、元件等
……
（2）控制系统的设计一般步骤
① 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
② 控制过程 ③ 写出方框图。
（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。
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：
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）
进水量 连杆机构 进水阀
实际水位
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？ 闭环控制系统 （2）请完成控制系统方框图。
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、 控制系统的方框图、
干扰因素
4、客观性强
四、高考突破
热门考点1、填写方框图 热门考点2：写干扰因素
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）
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
分析被控对象的 主要特征
控制系统的 方案选择
1、是开环还是闭环？
2、完成方框图
声音的 强弱
声－电 转换装 置和电 机
水泵
喷头 水柱的高低
反思：可以从几个方面来区别开环和闭环？
• 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 闭环电子 控制系统 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
控制与设计专题复习
龙口市第一中学 金汝宜
一、控制与设计高考要点：
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
控制与 设计
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
二、高考原题再现
19．如图所示为自动火炮控制系统示意图。当雷达检
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。
圆木塞
硬塑料管
铁桶
铁桶 水龙头
搪瓷碗
5cm
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
“析”
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）
“找”
3、用简练的语言回答问题
“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：
（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 ▲ 。
必备的知识点和基本模型
给定 × 控制器 量
执行器
被控 对象
被控量
检测装置
例１：
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。
（与选阀填门开连环在或一闭起环，）当控蒸制汽系机统的。转速较高时， （2飞）球请离补心充力完增整大蒸，汽套机简转向速上自移动动控，制阀系门统通方孔框
图截。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。
给定量 比较器 控制器
飞球、套 （设定转速） 筒及其支
撑部分
控制量
执行器 蒸(汽流)量被控对象
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
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
(阀门)
汽( 缸蒸汽)
输出量
(蒸汽！
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)。
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。
下面两图分别是瓦特蒸汽机的工作原理图和
（1蒸）汽蒸供汽给车控的制转原速理控图制。系在统如属下于图所闭示环，套简
对系统的影响：影响被控量的变化
被控量（输出量）：就是 控制系统要控制的量。也 干扰因就素是有说：这供个水系水统压要（控1制分的）、出水量（1分） 对系统是的什影么响量： 影响实际水位的变化（1分）
控控执制制行器量器：：：即就对即是输执入直行信接器号对的进被输行控处出对理信并象号发进出行控控制制命的令的装装置置和和元元件件
练习
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： ⑴此系统是开环还是 闭环，声控灯的优点 有哪些？
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。 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：
（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
明确控制的目 的、对象
控制系统 的设计
确定被控量、 控制量
分析主要的 干扰因素
系统的成本分析
实施控制系统所需的 设备、元件等
……
（2）控制系统的设计一般步骤
① 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
② 控制过程 ③ 写出方框图。
（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。
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：
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）
进水量 连杆机构 进水阀
实际水位
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？ 闭环控制系统 （2）请完成控制系统方框图。
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、 控制系统的方框图、
干扰因素
4、客观性强
四、高考突破
热门考点1、填写方框图 热门考点2：写干扰因素
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）
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
分析被控对象的 主要特征
控制系统的 方案选择
1、是开环还是闭环？
2、完成方框图
声音的 强弱
声－电 转换装 置和电 机
水泵
喷头 水柱的高低
反思：可以从几个方面来区别开环和闭环？
• 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 闭环电子 控制系统 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
控制与设计专题复习
龙口市第一中学 金汝宜
一、控制与设计高考要点：
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
控制与 设计
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
二、高考原题再现
19．如图所示为自动火炮控制系统示意图。当雷达检
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。
圆木塞
硬塑料管
铁桶
铁桶 水龙头
搪瓷碗
5cm
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
“析”
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）
“找”
3、用简练的语言回答问题
“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：
（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 ▲ 。
必备的知识点和基本模型
给定 × 控制器 量
执行器
被控 对象
被控量
检测装置
例１：
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。
（与选阀填门开连环在或一闭起环，）当控蒸制汽系机统的。转速较高时， （2飞）球请离补心充力完增整大蒸，汽套机简转向速上自移动动控，制阀系门统通方孔框
图截。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。
给定量 比较器 控制器
飞球、套 （设定转速） 筒及其支
撑部分
控制量
执行器 蒸(汽流)量被控对象
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
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
(阀门)
汽( 缸蒸汽)
输出量
(蒸汽！
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)。
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。
下面两图分别是瓦特蒸汽机的工作原理图和
（1蒸）汽蒸供汽给车控的制转原速理控图制。系在统如属下于图所闭示环，套简
对系统的影响：影响被控量的变化
被控量（输出量）：就是 控制系统要控制的量。也 干扰因就素是有说：这供个水系水统压要（控1制分的）、出水量（1分） 对系统是的什影么响量： 影响实际水位的变化（1分）
控控执制制行器量器：：：即就对即是输执入直行信接器号对的进被输行控处出对理信并象号发进出行控控制制命的令的装装置置和和元元件件
练习
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： ⑴此系统是开环还是 闭环，声控灯的优点 有哪些？
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。 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：
（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