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1、个人资料整理仅限学习使用第四单元控制与设计高考定位及高考分析一、高考定位本章共四节4.1 控制的手段与应用：本节是控制的入门教案，主要介绍控制的含义、控制的手段和控制的应用，在历次高考中，对控制的手段考察比较常规，多在选择题中出现。4.2 控制系统的工作过程与方式：本节中讲了控制系统、开环控制系统与闭环控制系统。主要介绍了控制是怎样实现的，是认识控制系统、设计控制系统的基础知识，是本章的重点。这一部分中控制系统的方框图在高考中是热点，在主观题和客观题中都有所体现，尤其是闭环控制系统方框图的补充，对学生分析问题的能力要求比较高。4.3 闭环控制系统的干扰与反馈：本节由干扰因素、反馈、功能模拟方法
2、和黑箱方法等内容组成，简要讲述了控制系统中的干扰因素的分析、反馈环节在闭环控制系统中的作用，以及功能模拟方法和黑箱方法的应用，是高考热点，常在选择题和主观题中交叉出现。4.4 控制系统的设计与实施：是前几节知识的总结与应用，对开环控制系统和简单的闭环控制系统进行设计、制作或对设计方案进行模拟实施，让学生在动手做的活动中体会控制系统的工作过程，以及它是如何实现设计要求和控制目的的，以加深学生对控制与设计知识和应用的理解。因为实践性比较强，所以高考基本不考察。章节考 点 细 化考试说明中对应的内容和要求历年高考题4.1 控制的含义控制的含义 ）控制的手段控制的手段 ）2009.3 第 20题201
3、8.3 第 18题控制的应用控制的应用 ）4.2 开环控制系统的基本组成和工作过程开环控制系统的基本组成和工作过程 ）2009.3 第 15题2009.3 第 19题闭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 ）2008.10 第 14、19、25题2009.3 第 25题2009.9 第 25题2018.3 第 19题2018.3 第 25题控制系统的方框图控制系统的方框图）2008.10 第 25 题2009.3 第 25题2009.9 第 25题2018.3 第 25题4.3 控制系统的干扰因素和反馈控制系统的干扰因素）2008.10 第 19、25 题2009.3
4、 第 19题2009.9 第 25题功能模拟方法和黑箱方法功能模拟方法和黑箱方法2009.9 第 20题精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 13 页个人资料整理仅限学习使用）2018.3 第 20题4.4 控制系统设计方案控制系统设计方案）二、高考分析12009年 9 月与 2018年 3 月高考本章考点分布情况试卷题型题号考 点总分值2009 年 9 月选择题19 控制系统的基本组成10 20 功能模拟方法和黑箱方法主观题25 控制系统的方框图2018 年 3 月选择题18 控制的手段和类别12 19 控制的基本组成20
5、功能模拟方法和黑箱方法主观题25 控制的方框图2试卷评析及预测从两年四次高考的实践来看，本章的主要考点是“控制的手段和类别”、“闭环控制系统的基本组成和工作过程”、“干扰因素”以及“功能模拟方法和黑箱方法”。考试的难度比较稳定，某种程度上还略有下降的趋势，对学生能力的考察主要体现在分析问题的能力上。历次高考里面，闭环控制系统的方框图都在主观题中出现，充分体现了闭环控制系统在本章中的重点地位，同时也为高考备考的复习教案提供了方向。本章在高考中强调对学生分析问题能力的考察，比较注重“能利用所学的技术解决简单的生产及日常生活中的实际问题”考查，因为知识点不多，预计高考试卷中将继续类似的考察方式，因此
6、在复习教案中应该结合具体的控制案例强化学生对控制原理、过程的讨论和理解，以切实加强学生分析问题的能力。导练互动考点一：控制的手段与应用基础再现 : 理解任何控制现象，都要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。判断一个控制的类别，要分清楚人工干预和执行部件的区别。两种分类方式：1）从控制过程中人工干预的情形来分：人工控制、自动控制。A、人工控制 手动控制）：人工纺纱、打开普通自来水龙头，揿按键打开电灯、驾驶汽车等；B、自动控制：数控机床、饮料自动装罐生产线、花房恒温控制、十字路口红绿灯的转换等。2）按照执行部件的不同，控制分为：A、机械控制：普通水龙头、电饭煲等；B、气动控
7、制：化工生产中常见的气动阀门、公共汽车车门开关控制等；C、液压控制：建筑工地打桩机、修理汽车用的液压千斤顶等；D、电子控制：电子计算器、家用电冰箱、自动门和汽车自动变速器的电子控制装置等。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 13 页个人资料整理仅限学习使用典例 1 A、自动控制 B、电子控制、机械控制 D、气动控制解读：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
8、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。答案： B 即时训练 1 1、下列控制系统中不属于人工控制的是A手动控制，机械控制 B自动控制，机械控制C手动控制，电子控制D自动控制，电子控制3、加热炉的炉温的控制过程：若加热炉内的温度与给定的温度存在着偏差值，则通过控制器调整调压器的电压，使通过电阻丝的电流改变，加热炉的温度变化，从而使加热炉的温度基本稳定在给定的温度值上。该控制系统的控制对象是加热炉，控制量是 B ）A加热炉实际温度 B电流的大小 C温度变化量 D电阻的大小精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归
9、纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 13 页个人资料整理仅限学习使用考点二：控制系统的基本组成和工作过程基础再现 :任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节构成一个系统，我们称之为控制系统。控制系统通常分为开环控制系统open loop control system）和闭环控制系统 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。
10、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。答案： C 即时训练 2 1、下列不属于开环控制系统的是 D ）A、自动门 B、电动声控灯C、自动烘干机D、电饭锅保温系统2、自动烘手机控制系统的工作过程如下：红外线传感器感知手的靠近过程，没人的时候，鼓风机和加热电炉丝都自动切断电源；当手的温度在红外传感器监视的范围内，烘手机就开始工作。该控制系统属于 B ）A手动控制，开环
11、控制B自动控制，开环控制C手动控制，闭环控制 D自动控制，闭环控制3、电吹风的控制工作过程：设定风的挡位就设定了电机的电压和电热丝的阻值，接通电源后，电机带动一个小风扇转动，产生的风通过电吹风的电热丝，输出的就是与设定的风种相对应的风。下列关于电吹风控制系统的说法不正确的是 C ）A输入量是设定电吹风的档位B被控量是与设定的风种相对应的风C电吹风控制系统是闭环控制系统D控制量是电机的电压4、2009.9 浙江高考第19 题）如图所示为高速公路汽车速度监测系统，测速雷达测量车速，经控制器判断后，控制摄像头将超速车辆的图像信息记录下来，作为违章处罚的证据，该速度精选学习资料 - - - - - -
12、 - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 13 页个人资料整理仅限学习使用监测系统中的被控对象是： B ） A、汽车B、测速雷达C、摄像头 D、速度显示器考点三：控制的方框图基础再现：在系统控制中，为了分析的方便，常采用方框来表示系统的环节，用单向信号线来表示系统信号的传递方向，这种图称为控制系统的方框图，它表示了系统的各个环节在系统中的位置、功能和相互之间的关系。开环控制系统方框图闭环控制系统方框图典例 42018.3 浙江高考第25 题）如图所示为高层楼房自动稳压供水控制系统原理图，其工作原理是：当用户用水量变化时，管道中的水压发生变化，检测装置把检测到的水压信
13、号反馈给控制器，与设定水压进行比较，控制器根据偏差值控制电机及水泵的转速，调节供水量，保持管道中的水压稳定。1）根据示意图及其描述，在控制系统方框图中“”处填写与自动稳压供水控制系统原理图中相对应的内容。_ _ _2）请为该系统的检测装置选择一个合适的传感器从水温传感器、水压传感器、水位传感器中选择一个，填在“”处）_。解读：稳压供水，必定有调整，所以应该是闭环控制系统。其工作过程为：当水压降低时，检测装置检测到水压偏低，将信号反馈给控制器，控制器控制电机及水泵的转速，调节供水量，保持管道中的水压稳定，被控量一定是管道中的水压，那么输入量就是设定的水压。因为是要检测水压，所以传感器选择水压传感
14、器。答案： 1）设定水压电机和水泵管道管道中的水压检测装置2）水压传感器输入量控制器执行器控制量被控对象输出量给定量比较器控制器执行器被控对象控制量被控量检测装置控制器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 13 页个人资料整理仅限学习使用典例 52008.6浙江会考）小黄对办公室饮水机进行了仔细的观察，发现饮水机热胆内的水是以“烧烧停停”的方式保温的。1）小黄画出了饮水机保温自动控制系统的部分框图如图甲所示），请你帮助他完成该方框图，在图甲有“”处填上相应内容。2）该系统是 选填“开环”或“闭环”）控制系统。3）小黄发现办公室
15、的饮水机经常在没人时电源还开着。为了解决这一问题，他尝试设计一个能自动控制电源的控制系统，通过红外线传感器获取几M 以内的人体热辐射信号来控制电源的开启或关闭。小黄设计的控制系统方框图如图乙所示，继电器内有一开关，开关的打开或闭合由控制电路控制，该开关可以控制220V电源的通断。请在图乙上有“”处填上相应的内容。解读：有检测装置的一定是闭环控制系统，给定量是给定水温，被控量一定是实际水温，被控对象是控制系统中所要求控制的装置或生产过程，被控对象的输出量是实际水温，实际水温存在的地方是饮水机的热胆，所以被控对象是饮水机的热胆。第三小题可以联系到课本中的自动门控制系统，如果对自动门控制系统非常熟悉
16、，解答这个题目就非常简单了。理解并掌握课本中的控制系统工作过程和方框图对解答控制题目很有帮助。答案： 1）被控对象： 饮水机）热胆；输出量：实际水温2）闭环3）输入量：红外线传感器是否检测到人体热辐射信号；控制器：控制电路；输出量：电源的开启或关闭即时训练 3 1、下列关于开环控制系统的方框图描述错误的是 A ）A输入量即给定量，控制量即所要控制的量，也是控制系统的输出信号B被控对象即控制系统中所要求控制的装置或生产过程图甲 热水机保温自动控制系统给定水温比较器控制器控制电路）执行器加热器）被控制对象 ）加热时间检测装置被控量 ）控制器 ）执行器继电器）被控对象电源）输出量 ）打开、闭合输入量
17、 ）图乙人体热辐射电源自动控制系统方框图饮水机精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 13 页个人资料整理仅限学习使用C执行器即直接对被控对象进行控制的装置或元件D控制器即对输入信号进行处理并发出控制命令的装置或元件2、2009.9 浙江高考第25 题）如图所示为磁悬浮地球仪及控制系统原理图，控制器发出的交流电信号，通过电感线圈产生交变磁场，使地球仪产生感生电流，由于线圈产生的磁场和地球感生电流的磁场是相斥的，从而产生电磁悬浮力，将地球仪悬浮起来。位置传感器检测地球仪位置，并将检测到的信号发送给控制器与设定信号进行比较，控制器根
18、据比较偏差值调整交流电信号。1）根据控制系统原理图及其描述，在控制系统方框图中_处填写与磁悬浮地球仪控制系统原理图中相对应的内容。_ _ _ _ _2）地面振动、风力等都会引起地球仪位置发生变化，这些因素在控制系统中称为_。答案： 1）设定位置信号电感线圈地球仪地球仪的位置信号位置传感器2） 干扰因素 。3、电梯，作为一种楼宇运输设备使人类加快了进入文明时代的步伐。它必须具有高度的安全性和科学性，因此它的控制系统受到广泛的关注。电梯控制系统需要与电梯外围设备的各种信号进行大量的通讯，如电梯的位置、选层、应答选层的指示灯信号、当前的楼层显示信号等，这些信号随着楼层的增多而迅速增多，在众多的控制中
19、，电梯的安全控制系统只是其中一个比较重要的控制。控制框图如下：根据控制框图补齐下面的控制系统图可填多项）驱动模块电梯桥厢控制器精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 13 页个人资料整理仅限学习使用_ _答案：初始化设置PIN 口选择微控制器报警系统、电机停转、止动系统采样模块考点四：干扰因素与反馈、功能模拟方法与黑箱方法基础再现：干扰因素 是指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；在干扰中我们需要注意以下几点：1）来源 问题：有的干扰因素是由于环境造成的，如影响自行车行驶速度变化的自然风等；有的干扰因素是
20、人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。2）数量 问题：在控制系统中，干扰因素可能是一个，也可能是若干个。如战士在大风大雨中进行射击练习，风和雨都是子弹命中准确度的干扰因素。3）处理 问题：控制系统在工作中必须克服干扰，使被控量稳定。如空调器的温度控制系统是闭环控制系统，它能克服室外温度变化这一干扰，当室外温度升高时，空调器检测出干扰引起的室内温度变化，通过启动压缩机降温来克服这一干扰，使室温保持稳定。4）利用 问题：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。反馈 是指控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程。
21、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运行的方法，称为反馈方法。功能模拟方法：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，就是功能模拟法。黑箱方法 ：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。黑箱方法就是通过观测黑箱外部输入信息外部对黑箱的影响）和输出信息黑箱对外界的反应），研究和认识其功能、特性、结构、机理。典例 62009.9 浙江高考第20 题）如图所示的减速器是常用的机械部件。工程师为了判断其内部故障，通常转动输入轴，根据发出的声音来判断故障。该诊断
22、方法属于：A、黑箱方法 B、功能模拟法 C、干扰法 D、虚拟实验法解读：研究一个未知结构的输入与输出的关系，从而判断其内部结构，典型的黑箱方法答案： A 典例 7是 ( A A、电磁干扰B、环境温度C、环境湿度D、风的强度2、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( D A、减少输入量 B、增加输入量 C、稳定输入量D、稳定输出量3、下列属于功能模拟法的是 A ）A在国际象棋的人机对弈中，计算机具有与人脑类似的逻辑判断功能，能模拟棋手的思维与人下棋。B中医看病通过“望、闻、问、切”来了解病人的病况，最后对病情作出判断。C通过输入图像，观测、分析脑电波的输出反应，研究人脑对视觉
23、或听觉信息的传递、变换和处理功能，得知人脑内部结构的细节。D.中学生小明模仿篮球巨星姚明投篮4 、 下 列 关 于 干 扰 因 素 对 控 制 系 统 的 作 用 ， 说 法 正 确 的 是 C）A、干扰因素仅作用在被控量上B、干扰因素不会作用于开环控制系统C 、 闭 环 控 制 系 统 中 干 扰 因 素 的 作 用 都 会 反 映 在 输 出 量 的 变 化 上D、干扰因素都是可以利用的考点解读五：控制系统的设计基础再现：1）要设计好一个控制系统，应该明确这个系统要到达的目的，所要控制的对象，被控对象的特性，被控量和控制量，外界的主要干扰因素，选择恰当的设计方案既能达到目的，又经济、易于实
24、现，选择好设备和元件等。确定自动门的技术要求。 (2如何实现自动门的打开和闭合。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。答案： (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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 13 页个人资料整理仅限
25、学习使用度之和。 (提示：可以参照教科书97 页的齿轮齿条结构 (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。即时训练 5 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。答案 (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
26、，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：备考模拟演练电流传感器输入声音信号）控制器开关 执行器）灯泡 被控对象）输出灯的亮灭）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 13 页个人资料整理仅限学习使用 下列控制系统中，属于开环控制系统的是 ）A电冰箱的温度控制B计算机的CPU 上的风扇的转速控制C现代化农业温室的温度控制D红绿灯定时控制系统 下列不属于开环控制系统的是 ）A自动门 B电动声控灯 C自动烘干机
27、D电饭锅温控系统 下列控制系统中属于自动控制系统的是 ）A按钮开关控制 B普通自来水龙头C花房恒温度控制 D汽车驾驶 理解一个控制现象，要明确控制的对象是什么，控制要达到什么目的和采取什么控制手段。例如，导弹控制系统控制的是导弹与目标之间的距离，目的是要击中目标距离为零），分析这个控制系统，其控制的对象是 ）A人 B目标 C计算机D导弹 电冰箱工作温度设定在一定的范围值，当箱内温度变化超过设定的范围值时，热敏电阻的阻值也相应地变化，通过热敏电阻的变化，电流经过三极管放大器的放大，带动继电器，控制压缩的启动，实现电冰箱的温度控制。温度的变化量是 ）A输入量 B输出量 C控制量 D、设定量 在电冰
28、箱的温度控制系统中，下列情况不属于影响其温度控制的干扰因素的是 ）A开电冰箱门 B电冰箱所在房间的温度从20 摄氏度变到32 摄氏度C将热菜或热饭放入电冰箱中 D在电冰箱外放一盆冷水 人们首先发现了什么问题而发明了电冰箱 ）A冰箱可以制作冰激凌B低温可以保鲜C冰箱可以制作冰水 D冰箱可以冰镇啤酒8 判断题及填空： 李明学习时，用手去调节台灯的亮度，这种控制属于自动控制。 ） 系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生直接影响的控制系统称为闭环控制系统。 ） 大年三十晚，王小军在家忙于帖对联，第一次粘稳时发现对联下端明显偏向左边，第二次经过调整后，发现对联虽比上次有明显好转，但对联下端仍有些偏向左
29、边，第三次调整后，发现对联上下已对齐。王小军这一行为已构成一个反馈的闭环控制系统。 ） 控制系统的 _输出量 _不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。9 在加热炉的温度控制系统中，可能有哪些干扰因素？系统是如何克服干扰使炉温稳定在一定范围的？答：可能的干扰有：打开炉门，放入或取出东西；外界温度的变化；电压的变化等。采取的办法是利用闭环控制。利用一个温度传感器，及时检测温度的变化，然后根据检测的结果控制开关的状态：当温度高时就切断开关，当温度低时就接通开关加热。10 举例说明控制的重要作用及意义。答：汽车发动机失控，造成飞车；人类对某些疾病失去控制，给人类带来威胁；生活中，煮
30、饭失去控制，烧焦或煮不熟。11 如图：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 13 页个人资料整理仅限学习使用图中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。声控灯的优点有哪些？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？画出声控灯的系统框图。答案提示： 关键词：方便、节电用墙上的开关去开灯或关灯，已是习以为常的事。但是，在一个黑暗的走廊里用手摸索着寻找电灯开关很费事，对外来的生人更是难事；另外，人走了不关灯是常
31、有的事，形成长明灯，浪费电力。声控灯具有特殊功能与应用。比如，在公共楼道里安装声控灯既方便又省电。所谓方便是指来到楼道里的人，只需发出一定量的声响如咳嗽一声，排一下掌，跺一下脚）电灯就会自动点亮，而无需去找墙上的手操开关。所谓节电是指过了一小段时间，电灯又会自动熄灭，没有人的时候，电灯处于熄灭状态，不会出现长明灯。把传感器的灵敏度调小一点。12 开环控制系统可用下面方框图来描述。试列举出几种常见的开环控制系统。答：水泵抽水控制系统普通家用电饭煲的煮饭控制接通电源 输入）电饭煲电热盘饭熟保温遥控器控制电视系统 骑自行车加速的控制温度内锅带动自行车传动系统脚踩的力后轮加速运动操纵110 控制中心报警控制器110 报警警员系统出车处理精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 13 页个人资料整理仅限学习使用13 闭环控制系统可用下面方框图来描述。试列出常见的闭环控制系统。答：游泳池水位控制。篮球比赛运动员投篮工作过程水箱水位控制人体温度控制系统精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 13 页