高中通用技术学考复习技术与设计2第四章控制及其设计教学课件

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一、控制的方式与应用考点一理解控制的含义含义: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。任何一个控制现象包括三个要素:控制目的、控制手段、控制对象。按控制过程中人工干预的情形来分,控制可分为人工控制和自动控制。按照控制信号流和执行部件的不同,自动控制可分为气动控制、液压控制、电动控制、机械控制、电子控制等。智能控制是具有智能信息处理、智能信息反馈和智能决策的控制方式,它能在无人干预的情况下,自主地驱动智能机器实现控制目标。智能控制主要用于解决复杂系统的控制问题。
考点二感知控制的应用生活中:人类能够在一定程度上按照自己的意愿改变周围的环境,使之能满足自身的需要。生产中:往往需要对温度、湿度、压力、速度及工件加工动作等进行控制,控制在生产中得到了极为广泛的应用。军事国防:控制在军事、国防等领域也有着广泛的应用。
二、开环控制系统的工作过程考点一理解控制系统任何控制都要通过若干个环节来实现,这些环节所涉及的装置构成了一个系统,称为控制系统。控制系统的输出和输入之间有一定的对应关系。考点二分析开环控制系统工作过程(1)开环控制系统:控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响的控制系统。(2)开环控制系统基本组成:控制器、执行器、被控对象。
(3)开环控制框图:
控制器:对输入信号进行运算处理并发出控制命令。执行器:根据指令对被控对象直接控制。
典例1下图为声控灯系统框图,以下说法正确的是(　　)
A.采用开环控制B.采用闭环控制C.信息传递途径不清楚D.输入量(声响)是被控量
【名师点拨】 做控制类题目,一定要紧扣控制系统框图。根据控制框图,可以看出声控灯控制系统是开环控制;信息传递途径清楚,声响是输入量,被控对象是电灯,电灯的开关状态是输出量。故选A。
三、闭环控制系统的工作过程考点一解析闭环控制系统工作过程(1)概念: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。(2)基本组成:与开环控制系统相比,闭环控制系统多了检测装置、比较器。(3)简单闭环控制系统的方框图
典例2(2019·10月浙江学考)如图所示为空气压缩机,当储气罐内的压缩空气排放到一定程度时,压力开关自动接通电源,电机带动气泵运转,向储气罐补充压缩空气,使储气罐内的气压保持在设定范围内。下列关于该压缩机的气压控制系统分析中,正确的是(　　)
A.控制方式属于开环控制B.输入量是电能C.控制量是气泵输出的空气流量D.输出量是储气罐内的压缩空气
解析 压力开关,即是压力检测装置,又是电源控制装置,控制方式属于闭环控制,输入量是设定的气压,执行器是电机,被控对象是气泵,通过控制气泵输出的空气流量来控制储气罐内的气压维持在一个设定的范围内。所以控制量是气泵输出的空气流量,输出量储气罐内的气压维持在一个设定的范围内,控制框图如图所示:
考点二辨析反馈在控制系统中的作用(1)反馈含义:在自动控制系统中,将输出量通过检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程,就是反馈。作用:在工程中,反馈控制是自动控制中不可缺少的形式。原理:利用反馈来分析和处理被控对象,通过系统的输出来调整系统的行为,使系统沿着预期的目标进行。
(2)干扰因素含义: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都可以视为干扰因素。分类:环境因素和人为因素在控制系统中,干扰因素可能有一个,也可能有若干个。对于大多数控制系统,在工作过程中必须克服干扰因素,使被控量稳定。在一般控制系统中,干扰因素是需要克服的。而在有些情况下,却可以利用干扰因素实现某种目的。如军演中的电磁干扰。
(3)闭环控制系统与开环控制系统的比较开环控制系统本身不能对被控量的偏差进行调整和补偿。也就是说由于某种干扰信号的作用,使输出信号出现非正常状态时,系统本身没有自身纠正的能力,要进行纠正,必须借助人工。
(4)黑箱方法我们把将要研究的系统作为“黑箱”,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,就是黑箱方法。黑箱方法提供了一种不必打开系统就可以研究其内部结构和功能的方法。
四、控制系统的设计与实施考点一探究控制系统的设计要素控制系统的设计要明确的要素:控制系统要达到的目的是什么、所要控制的对象是什么、被控对象有哪些重要的特性、被控量和控制量分别是什么、外界的主要干扰因素有哪些、选择怎样的设计方案既能达到目的,又经济、易于实现,如何选择设备和元件,等等。
设计一个控制系统,是选择开环控制还是闭环控制,应依据对控制精度的要求以及条件的可行性而定。
考点二设计与实施雨水收集池水位控制系统典例3~4(2021·1月浙江学考)如图所示为经改进的某储油罐清洗系统,其控制部分可分为喷水控制子系统和抽水控制子系统。喷水控制子系统工作过程:PLC根据检测装置检测到的污水中的含污量,控制增压泵产生高压水,通过喷头冲洗油罐。抽水控制子系统中,PLC控制真空泵将油罐中的污水抽到污水箱。请根据示意图及描述完成第3~4题。
3.下列关于油罐清洗系统的分析中不正确的是(　　)A.检测装置的精度影响着增压泵的工作,体现了系统的相关性B.能清洗大小不同的油罐,体现了系统的动态性C.增压泵的性能是影响该系统优化的因素D.油罐清洗的洁净程度是该系统的优化目标
答案 B　解析 相关性是指组成系统的各个要素之间或整体与部分之间相互作用、相互联系,A选项检测装置的精度影响增压泵的工作,体现了相关性,A正确。B选项,能清洗不同的油罐,是适用性广,不是动态性,动态性(更新)是指任何事物都是不断变化的,系统都是动态的,处在运动变化和发展之中,B错误。C选项,影响系统优化的因素是指对系统的目标函数产生显著影响,并且可以人为调节的因素。换用性能好的增压泵一定可以使系统的整体效果更好,所以增压泵的性能是影响系统优化的因素,C正确。洁净程度是系统的优化目标,该系统的首要目标就是让油罐清洗得更干净,D正确。
4.下列关于喷水控制子系统的分析中正确的是(　　)A.输入量是含污量B.控制器是增压泵C.被控对象是清水箱D.控制量是PLC的输出信号
答案 A　解析 根据系统控制的原理可知,输入量是系统预设的含污量,控制量是高压水,PLC属于控制器,增压泵是执行器,被控对象是喷头喷出的高压水,输出量是油罐的清洁度。A正确。
1.学校开水房一般都采用全自动电开水器。该温度控制为(　　)A.自动、机械、开环B.手动、电子、闭环C.自动、电子、闭环D.手动、气动、开环
答案 C　解析 根据控制系统的框图,可以看出:有热敏电阻测水温,到达一定温度后开水器自动断电,低于一定温度后又自动加热,所以是自动、电子、闭环控制,选C。
2.(2020·7月浙江学考)某游泳池水位控制系统的控制过程为:水位传感器检测游泳池的实际水位,并将信号返回到输入端与设定水位进行比较,当实际水位低于设定水位时,控制器发出指令打开进水阀门;当实际水位达到设定水位时,控制器发出指令关闭进水阀门。下列说法中不正确的是(　　)A.该控制方式是闭环控制B.设定水位发生变化是干扰因素C.被控对象是游泳池D.执行器是进水阀门
答案 B　解析 设定水位属于输入量,不是干扰因素。
3.(2019·6月浙江学考)某供水系统,当管网水压发生变化时,变化的信息通过微机处理,使变频器的输出频率发生变化,进而改变水泵电机的转速,使管网水压自动接近需要的水压。下列关于该供水控制系统的说法中不正确的是(　　)A.变频器出现故障,会引起水泵电机工作不正常,体现了系统的相关性B.管网水压自动稳定在需要的水压值,体现了系统的目的性C.该系统没有检测装置,控制方式是开环控制D.用户用水量变化是该控制系统的干扰因素
答案 C　解析 开环系统的输出量不对系统的控制产生任何影响,闭环系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响,此供水系统是闭环系统,故选C。
4.如图所示是三相异步电动机转速控制系统示意图。系统通过改变交变电流的频率来改变电动机的转速。通过触摸屏设定电动机的转速,变频调速器将50 Hz的交变电流转变成与设定转速相对应频率的交变电流,驱动电动机转动;装在电动机输出轴上的测速发电机随电动机一起转动并发电;PLC根据测速发电机的电流大小,判断电动机实际转速与设定转速之间的差值,向变频调速器发出指令,改变驱动电流的频率。下列关于控制系统的分析中正确的是(　　)
A.执行器是电动机B.控制器是变频调速器C.输出量是测速发电机的电流信号D.控制量是变频调速器输出的电流频率
答案 D　解析 通过触摸屏设定电动机的转速是输入量,电动机是被控对象,PLC是控制器,变频调速器是执行器,输出量是电动机的实际转速,控制量是变频调速器输出的电流频率。故A、B、C错误,D正确。
5.(2018·4月浙江选考)下列关于控制系统的说法中,正确的是(　　)A.有检测传感器的控制系统就是闭环控制系统B.直接对被控对象进行控制的装置或元件称为执行器C.控制器发出的控制信号称为控制量D.能引起被控量发生变化的因素都是干扰因素
答案 B　解析 有检测传感器的控制系统不一定就是闭环控制系统,检测传感器是否存在不能作为开环控制系统和闭环控制系统的区别,在开环控制系统中可能存在检测传感器用于检测外部环境变化,给系统提供输入信号,而在闭环控制系统中检测传感器常用于检测输出量并迅速反馈到输入端,故A选项错误。执行器产生控制量,控制量作用到被控对象后引起输出量的改变,因此执行器直接对被控对象进行控制,故B选项正确。控制器发出的信号是对执行器产生作用的命令信号,该信号决定执行器是否动作,故C选项错误。根据干扰因素的定义,除输入量(或给定量)外,能引起被控量发生变化的因素统称为干扰因素,因此D选项错误。
6.(2018·11月浙江选考)如图所示是某水温控制系统示意图。蒸汽对容器中的水加热后变成冷凝水排出。热电偶对出水的温度进行检测,并将测得的信号送到PID控制器与设定的温度比较,PID控制器根据偏差值控制电磁阀调节蒸汽的流量。下列因素的变化对蒸汽流量的调节没有影响的是(　　)A.冷凝水的温度B.进水的温度C.热电偶的性能D.PID控制器的设定参数
答案 A　解析 冷凝水是经过冷却之后排出的,对蒸汽流量的调节没有任何影响。
7.下图是一款可伸缩的防雨晾衣装置示意图。晾衣时按动开关,电机带动滑轮转动,将晾衣竿连同衣物移到室外,下雨时,传感器检测到信号后,电机带动滑轮反向转动,将晾衣竿和衣物收回室内。请根据示意图和描述,完成以下任务:
(1)该装置防雨控制的手段属于　　　　(在①手动控制;②自动控制中选择合适的选项,将序号填写在“　　　　”处); (2)该系统中的传感器可选用　　　　 (在①热敏传感器;②光敏传感器;③湿敏传感器中选择合适的选项,将序号填写在“　　　　”处); (3)该系统的执行器是　　　　 (在①晾衣竿;②电机;③开关中选择合适的选项,将序号填写在“　　　　”处); (4)为了实现傍晚时能将衣物收回室内,对该系统优化的有效措施是　　　　和　　　　 (在①提高传感器的灵敏度;②增加温度检测及对应的控制子系统;③增加光线检测及对应的控制子系统;④增加定时控制子系统中选择合适的选项,将序号填写在“　　　　”处); 
(5)下列因素中,不属于影响本系统优化的因素是　　　　 (在①传感器的灵敏度;②控制系统的精度和可靠性;③系统的制造和使用成本;④环境温度、湿度和光线的变化中选择合适的选项,将序号填写在“　　　　”处)。