高中通用技术二轮复习专题八控制与设计

专题八控制与设计

知识框架

复习要点

1．理解控制对象、控制目的和控制手段。了解控制在生产过程中对压力、温度、水位、光照、流量的控制；了解生活中电冰箱、洗衣机、空调机等现代化生活用品的控制技术，会分析典型的案例。

2．了解手动控制和自动控制的区别，了解机械控制、气动控制、液压控制、电子控制的区别．熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程。

3．能画出一个简单的闭环控制系统的方框图，能确定系统的各个环节(被控对象、执行器、控制器、反馈环节)；能确定被控量(输出量)、控制量、输入量、反馈量、偏差量；能用箭头表示信息在系统中流动和传递的方向。理解其中的控制器、执行器、比较环节和反馈环节的作用。

4．能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素．并能分析尽可能避开或抑制干扰因素对控制系统影响的办法。能用功能模拟方法、黑箱方法对简单控制系统的组成方框及其作用进行分析。

5．了解简单的被控对象的基本特性，能确定被控量、控制量、画出控制系统的方框图，并形成初步的控制设计的方案。

6．能根据开环控制系统的设计方案，制作一个控制装置，学会调试运行，提出改进方案。重点提示

1．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区分，控制可分为人工控制和自动控制。按照控制中执行部件的不同，控制可分为机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等。控制方式也可能是综合的。

2．控制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成为闭环控制系统。

与开环控制系统框图不同，闭环控制系统中信息流经一个闭合环路，将输出信号反传给比较环节，我们把这种做法称做反馈。没有反馈也就没有闭环，没有反馈的控制系统即为开环控制系统。

3．在控制系统中，除输入量(给定值)以外，引起被控量(输出量)变化的各种因素称为干扰因素。一个控制系统的干扰因素往往不止一个，所有控制系统在工作运行过程中都会受到干扰。因此设计一个控制系统，必须学会分析这个控制系统可能有哪些干扰因素，以及这些干扰因素是如何影响系统正常运行的。从而尽可能避开或抑制干扰因素对控制系统的影响。如

果一个控制系统能够很好地避开或抑制干扰，我们就认为这个控制系统有较好的抗干扰性。

4．对于控制系统的设计方案的形成．还必须分析并明确以下一些具体的问题。

(1)分析被控对象的基本特性。了解被控对象在正常的工作状态下，其输出量与输入量之间的关系，分析控制系统有哪些干扰因素，输出与干扰因素有何关系。

(2)分析被控量与控制量。如以分析声控灯系统为例，声音是输入信号，被控对象是灯泡，被控量是灯的亮灭，控制量是电流。

(3)确定控制系统的构成方案。在以上分析的基础上，根据被控对象的基本特性；根据控制精度、抗干扰性、经济性等方面，确定控制系统是开环控制系统还是闭环控制系统。

(4)绘制控制系统的框图。按确定的设计方案绘制控制系统的框图，框图内容的表达要求完整。

例题解析

【例1】普通家用调光台灯的灯光亮度控制属于( )

A．自动控制B．电子控制Ｃ．机械控制D．气动控制

答案：B （分析）本题考查“控制的手段与方法”。所谓自动控制和手动控制是以控制过程中人工干预的不同情形来区分的。家用调光台灯的灯光亮度的调整一般是用转动开关旋钮来实现的，故属于手动控制。若按照控制系统执行部件的不同来区分，控制又可分为机械控制、气动控制、电子控制等，家用调光台灯灯光亮度的调整是通过改变电子元件来实现的，故属于电子控制。

【例2】下列关于控制系统工作过程的说法，正确的是( )

A．信息只能从输入端传至输出端

B．信息只能从输出端传至输入端

C．开环控制系统的信息只能从输入端传至输出端

D．闭环控制系统的信息只能从输出端传至输入端

答案：C （分析）本题考查控制系统的工作过程与方式。控制系统在l_作过程中，若从信息的传输过程分析归类．可以把控制系统分成开环控制系统和闭环控制系统两类。开环控制系统的结构和原理比较简单，信息只从输入端传至输出端，仅有一条路径。它的缺点是控制的精确度不高。闭环控制系统的结构和原理比较复杂，信息流经的路径有两条，一条是输入端传至输出端，另一条是将输出端信息反传到输入端的比较环节。它的优点是有较高的控制精度和较强的抗干扰性能。

【例3】自动门的工作过程为：当门口没有人时，门是关闭的；当有人来到门口时．门自动打开；当人离开门口一段时间后，门又自动关闭。请根据上述的功能要求完成以下设计内容：

(1)确定自动门的技术要求。

(2)如何实现自动门的打开和闭合。(提示：可以参照教科书97页的齿轮齿条结构)

[提示](1)自动门的技术要求可设计为当人距离门1m(也可其他值)时，门自动打开；在无人走动的情况下门打开延迟l0s(也可其他值)后，门自动关闭；门开启的宽度应为两门的宽度之和。

(2)自动门打开和闭合可选择电动机(转动变移动结构)来实现，工作原理为电动机正转门打开；电动机反转门闭合。装置结构可采用齿轮齿条结构。门开启和闭合的行程还必须有行程开关控制。

（分析）本题考查控制系统方案的设计。、设计一个控制系统需要确定其技术要求，自动门的技术要求一般是指当人离门为多少距离时门自动打开：门打开延迟多少时间后自动关闭；门开启的宽度为多大。根据门的结构和重量确定采用执行装置的类型。

【例4】声控灯适用于多种场合，如在公共楼道里安装声控灯既方便，又安全。它与普通的电灯控制电路相比，去掉了手动开关，而增设了声传感器、控制器和电子开关。其中声传

感器的灵敏度可调整。以适应不同场合使用的需要。请根据声控灯的功能分析：

(1)声控灯控制系统的输入和输出是什么?两者的关系怎样?

(2)声控灯控制系统的被控量和控制量是什么?

(3)声控灯控制系统为什么可以采用开环控制系统?

(4)画出声控灯开环控制系统的框图。

[提示] (1)声控灯控制系统的输入量是声响；输出量是灯泡中的电流。两者的关系是声强达到某给定值时灯亮：声强达不到某给定值时灯灭。

(2)声控灯控制系统的被控量是灯的亮、灭，控制量是电流。

(3)声控灯控制系统只有灯亮与灯灭两种运行状态，不需要对输出量的误差进行控制，因此，可以采用开环控制系统。

(4)声控灯开环控制系统的框图如图所示：

（分析）本题考查控制系统方案的设计，考查的知识点较多。声控灯是一个典型的控制系统案例，控制系统的输入量就是控制系统的给定量，它可以是设定的参数，如时间、温度等；也可以是输入的信号，如声音、光照等。输出量(即被控量)是指控制系统所要控制的量，如水位、流量等。控制量是指执行器的输出量，如电动机的转速、阀门的开度等。控制系统的控制方式(开环或闭环)是由控制系统是否需要反馈环节来决定的。

自主练习

一、基本题

1．家用空调温度自动控制系统是闭环控制，其中反馈环节的作用是( )

A．减少输入量B．增加输入量C．稳定输入量D．稳定输出量2．家用电视机最容易受到的影响(即干扰因素)是( )

A．环境温度B．环境湿度C．风的强度D．电磁干扰

3．在下面4个控制系统中，属于闭环控制系统的是( )

A．电风扇的定时控制系统B．公共楼道路灯延时控制系统

Ｃ．棚室温度恒定控制系统D．商店自动门控制系统

4．不同的传感器输入的信号是不相同的，传感器输出的信号经控制器驱动继电器工作，则( )

A．控制器转换输出的应是温度信号B．控制器转换输出的应是声音信号

Ｃ．控制器转换输出的应是亮度信号D．控制器转换输出的应是电流信号

5．普通家用电饭锅的保温控制(用双金属片开关控温)系统为( )

A．机械控制的闭环控制系统B．电子控制的闭环控制系统

Ｃ．机械控制的开环控制系统D．电子控制的开环控制系统

6．家用冰箱的温控系统采用闭环控制．为了进一步提高其抗干扰的性能．设计中采取的措施是( )

A．增加反馈环节B．提高压缩机的制冷量

C．提高箱体的隔热性能D．说明书上建议用户将冰箱远离其他家用电器放置7．如图所示，有这样一个“黑箱”，其输人、输出关系的数据见下表，则“黑箱”内部可能是( )

A．交流变压器B电源稳压器C日光灯整流器D．电阻分压器