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延遲福
考點17——控制及其設計分析
考試內容 考試要求
1.控制方式與手段 2.開環與閉環控制 3.干擾與反饋 4.控制系統設計與分析 B
C
C
C
一、考點要求
二、考點梳理
1.控制的概念
控制是指人們按照自己的意愿或目的，通過一定的手段，使事物向期望的目標發展。
2.控制三要素：
（1）控制達到的目的
（2）控制的對象是什么
（3）采取什么控制手段
3.控制類型
（1）人工控制：控制的過程是在人的直接干預或全程干預下進行的
（2）自動控制：無人直接參與的情況下，使事物的變化準確地朝著期望的方向進行。
2.開環控制系統
（1）概念：開環是指控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響。
（2）方框圖
（3）基本組成
①輸入量：控制系統的給定量
②控制器：對輸入信號進行處理并發出控制命令的裝置或元件
③執行器：直接對被控對象進行控制的裝置或元件
④控制量：執行器的輸出信號
⑤被控對象：控制系統中所要求控制的裝置或生產過程。
⑥輸出量（被控量）：控制系統所要控制的量，也是控制系統的輸出信號。
【開環控制系統基本組成的辨析】
組成部分 特征
控制器 能接受輸入量，經過處理，傳遞命令給執行器，有判斷決策能力，如控制中心、控制單元、PLC等
執行器 接受控制器的命令，直接控制被控對象，一般是一些動力機構，如電動機、電磁閥等
被控對象 一般為溫度、位置、形態等發生變化的物體；一般地，被控量所處附近四周的環境（或物體）就是被控對象
輸出量（被控量） 是一個可變化的物理參量（如溫度、光照強弱、聲音響度、水位、力的大小等），在題目中有可能表示為被控量
控制量 執行器的輸出信號，不等于被控量（輸出量）
典型案例 工作過程
定 時 類 定時澆水控制系統
賓館自動叫醒服務系統
游泳池定時注水系統
紅外線感應自動門控制系統
開關類 公交車自動門控制系統
報警類 窗戶防盜報警系統
車輛超速報警系統
【開環控制系統典型案例】
【閉環控制系統的工作過程】
（1）概念
閉環是指系統的輸出量返回到輸入端，并對控制過程產生影響的控制系統。
（2）方框圖
【基本組成】
（1）給定量：即輸入量
（2）檢測裝置：測量出被控量并返回到系統的輸入端
（3）比較器：將給定量與所檢測的被控量進行比較，求出偏差值
（4）控制器：將比較器求出的偏差值進行運算處理，并向執行器下達控制指令
（5）執行器：根據指令對被控對象進行控制，從而使被控量穩定在給定的范圍內
（6）被控量：即輸出量
【反饋】
（1）概念：在自動控制系統中，將輸出量通過檢測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程。
（2）作用：利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統的輸出來調整系統的行為，使系統沿著預期的目
標運行。
【干擾因素】
（2）概念
在控制系統中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素都可以視為干擾因素
（2）來源
有的干擾因素使環境造成的，如冬天使用電飯鍋做飯比夏天更加費電；
有的干擾因素是認為造成的，如當電飯鍋在保溫狀態下，頻繁地打開鍋蓋并將冷的食物放入鍋中等。
（3）數量
在控制系統中，干擾因素可能有一個，也可能有若干個
【開環閉環控制系統比較】
類別 控制精度 系統結構復雜程度 系統成本 適用場合
閉環控制系統 高 復雜 高 廣泛
開環控制系統 低 簡單 低 控制量的變化規律可以預知；可能出現的干擾可以抑制；被控量很難預測
【辨析開環與閉環控制系統】
類型 開環控制系統 閉環控制系統
方框圖對比
不 同 點 組成 相對于開環控制系統，閉環控制系統增加了檢測裝置和比較器
特征 輸出量僅受輸入量控制 根據被控量與給定量的偏差控制系統的運行
信號傳遞 單向傳遞 雙向循環傳遞
控制精度 較低，需人工控制輔助 較高，通過反饋客服干擾，使被控量控制在給定值附近
類型 開環控制系統 閉環控制系統
判 斷 方 法 根據定義判斷 輸出量對控制系統的工作不產生影響的是開環，輸出量影響控制系統工作狀態的是閉環
根據反饋的有無判斷 開環控制系統不存在反饋，閉環控制系統存在反饋
根據輸入量輸出量判斷 閉環控制系統的輸入量和輸出量大多是同一類的量，即輸出量、輸入量能夠比較
【辨析開環與閉環控制系統】
常考題型 內容
1.控制手段的判斷（人工、自動） 類型 人 工控制 自動控制
含義 控制過程是在人的直接干預下或全程干預下進行的 在無人直接參與的情況下，使事物的變化準確地朝著期望的方向進行
解題關鍵 關鍵看被控對象的控制過程是否在人的直接干預下且全程干預下進行的
【開環、閉環常考題總結】
常考題型 內容
2. 控 制 方 式 的 判 斷 開環控制 閉環控制
（1）定義 控制系統的輸出量不對系統的控制產生任何影響 控制系統的輸出量返回到輸入端，并對控制過程產生影響
（2）信號傳遞特征 單向傳遞 雙向循環傳遞
（3）有無反饋 不存在反饋 存在反饋
（4）輸入量和輸出量 ①輸入量、輸出量都是狀態量 ②輸入、輸出量是兩個不同物理量，不可比較 ③一種輸入狀態對應一種輸出狀態 ①輸入量一般是設定值，輸出量一般是實際值
②輸入、輸出量是同類型，可以比較
③使被控量（實際值）保持在給定量（設定值）范圍內
（5）檢測裝置 檢測裝置檢測輸入量 【注】開環可能有檢測裝置 檢測裝置檢測輸出量，是反饋裝置
【注】閉環一定有檢測裝置
【解題關鍵】當題目中有“A檢查測到B”的語句時，則A一定是檢測裝置，B不是輸入量就是輸出量，因此只要判斷B是輸入量還是輸出量，即可判斷出是開環控制還是閉環控制
判斷依據
類型
3.干擾因素的判斷
干擾因素是指除輸入量（給定量）以外，引起被控量變化的各種因素。判斷步驟如下：
（1）確定所指控制系統的被控量（輸出量）
（2）判斷所指的因素能否引起被控量（輸出量變化
（3）若能引起被控量的變化，且不是輸入量（給定量）和被控 量，則該因素是干擾因素；若不能引起被控量的變化，則該因素不是干擾因素。
【注】：從被控量入手，分析可能存在的干擾因素，并處理控制系統運行調試過程中存在的問題.
三、考點專項練習
1.(2023.04嘉興二模) 如圖所示是飛機仰俯角自動控制原理圖，它通過控制飛機升降舵的偏轉，改變飛機的仰俯角，其工作過程是:當垂直陀螺儀檢測到飛機的仰俯角與設定角度不同時，陀螺儀電位器有電壓信號輸出，放大器放大電壓信號驅動舵機，舵機推動升降舵偏轉，穩定飛機的仰俯角。下列關于飛機仰俯角自動控制系統的分析中不恰當的是
A.垂直陀螺儀檢測的是該控制系統的被控量
B.電源電壓的變化屬于該控制系統的干擾因素
C.放大器輸出的信號屬于該控制系統的控制量
D.飛機仰俯角自動控制系統屬于閉環控制系統A.在系統分析的基礎上，完成該系統的設計
【解析】
C
控制量是執行器(升降舵)直接施加給被控對象(機身)的作用，這個作用直接導致機身的仰俯角變化，
放大器輸出的信號是控制器輸給執行器的控制指令，C不恰當。
2(2023.02百校聯考) 如圖所示為導彈控制系統控制導彈發射的場景。導彈控制系統采用
雷達、紅外線、激光或圖像跟蹤裝置，將檢測到的導彈與目標的距離和方位誤差值輸入計算機進行分析計算，然后向動力裝置和飛行姿態調整裝置發出指令，不斷修正導彈飛行姿態，直至擊中目標。
【解析】計算機是控制器，發出的指令并不是控制量，D不正確。導彈在發射前輸入的目標值是輸入量，中途檢測到的導彈與目標的相對位置量是反饋量，這是閉環系統。執行器是動力裝置和飛行姿態調整裝置。控制量是執行器提供的對導彈飛行姿態的調整量。
D
從控制的角度分析導彈控制系統，下列說法中不正確的是
A.執行器是動力裝置和飛行姿態調整裝置
B.控制方式屬于閉環控制
C.導彈與目標的距離變化不屬于干擾因素
D.控制量是計算機發出的指令
3.(2023.03寧波十校) 如圖所示的現代工業化養雞場，包含通風、溫度、濕度、光照等子系統。溫度控制系統的工作過程:當傳感器檢測到養雞場內溫度未達到設定值時，環境控制儀發出控制信號，控制熱水供暖系統或降溫濕簾等工作，以使養雞場內溫度達到設定值。下列關于養雞場內的溫度控制系統的分析中合理的是
A.養雞場是被控量
B.環境控制儀發出的控制信號是控制量
C.該控制系統是開環控制系統
D.室外溫度屬于干擾因素
D
【解析】養雞場的溫度控制系統的工作過程如下圖所示。A.被控量是養雞場的實際溫度，錯; B.控制量是熱水供暖系統或降溫濕簾的工作狀態，不是控制器發出的信號，錯; C.該系統是閉環控制系統，錯; D.室外溫度會養雞場內的實際溫度，但不是該系統的輸入量，屬于該系統的干擾影響，正確
.
4.（2023.03強基聯盟） 如圖所示的快遞分揀系統，包含快遞輸送子系統和抓取子系統，其工作過程為:快遞整齊排列在傳送帶上，輸送到掃描區，掃描儀掃描快遞上的條形碼后將相關信息輸送到工控機，工控機根據相關信息控制機械手，將快遞分揀到不同分揀框內。下列關于抓取子系統控制的分析中合理的是
A.掃描儀是該子系統的執行器
B.機械手是被控對象
C.條形碼打印錯誤是該子系統的干擾因素
D.掃描儀獲取的信息是輸入量
【解析】本題考查控制系統的組成
抓取子系統的執行器是機械手，被控對象是快遞，條形碼上的信息是該系統的輸入，打印錯誤不屬于干擾因素。
D
5.(2023.03溫州二模) 如圖所示為增程式混動汽車電池電量管理系統示意圖。該系統由增程式電量控制子系統、能量回收子系統及停車充電子系統組成。汽車在行駛過程中，當實際電池電量低于設定值時，增程控制子系統的控制器會啟動內燃機驅動發電機給動力電池充電;當實際電池電量充足時，自動停止發電。汽車減速時，能量回收子系統的控制器控制驅動電機給動力電池反向充電。停車時可通過充電器給動力電池充電。關于增程式電量控制子系統，下列分析不合理的是:
A.內燃機和發電機為該控制系統的被控對象
B.司機踩下加速踏板是該控制系統的干擾因素
C.實際電池電量為該控制系統的輸出量
D.電池電量傳感器可作為該控制系統的反饋裝置
A
【解析】本子系統是閉環系統，通過電池電量傳感器檢測電池實際電量反饋與設定值比較，由控制器分析判斷是否需充電，由內燃機驅動發電機作為執行器實施給動力電池充電，使電池處于具有一定的電量范圍。這里
被控對象是電池。A錯，C, D正確。
這里的輸入量是設定量，司機踩下加速踏板是除輸入量以外的引起本系統輸出量(電池電量)變化的因
素，屬于干擾因素，B對
6.（2023.04紹興二模） 如圖所示的貨箱封裝檢測分揀系統(圖a為系統示意圖，圖b為系統框圖模型)，包含貨箱傳輸子系統、封裝子系統和分揀子系統。其工作過程為:待封貨箱等間距整齊排列在傳送帶I上，當位置檢測器檢測到貨箱時，傳送帶I暫停;工控機控制機械手對貨箱進行封裝封裝檢測器檢測貨箱是否封裝完好并將檢測信息傳遞至工控機，若貨箱未封裝好，則工控機控制推動桿將未封裝好的貨箱推至傳送帶I上，若貨箱封裝完好，則推動桿不推動貨箱。
[解析] 本題考查控制系統的工作過程;分揀子系統的功能是:工控機給一個指令，推動桿就向前推出.次品就被推出，沒有檢測裝置檢測次品被推到哪里，所以也就沒有反饋，是開環控制。
C
下列關于分揀子系統控制的分析中合理的是
A.輸入量為位置檢測器傳遞給工控機的信號
B.分揀速度是分揀子系統的被控量
C.分揀子系統采用的是開環控制方式
D.貨箱是否封裝好屬于分揀子系統的干擾因素
7.(2023.04臺州二模) 如圖所示的電容檢測切斷系統，包含電容傳送子系統、電容檢測子系統和電容切斷子系統。其工作過程:上一道工序完成的一組6個電容通過傳送帶傳送到探針位置，傳送帶暫停;探針下降檢測，檢測數據傳送給工控機;傳動帶繼續運行，當電容傳送到切刀位置，傳送帶暫停，工控機根據檢測數據判斷不合格電容的位置，控制相應位置的切刀下降，切斷不合格電容，合格電容繼續傳送到下一道工序。
B
[解析]電容切斷子系統，輸入應是探針所檢測到的電容信息，工控機為控制器，切刀為執行器，電容為被控對象，
輸出為電容是否被切斷，即為開環控制系統;切刀卡住會影響電容的切斷，執行器環節出了問題屬于干擾因素，答案選B
下列關于電容切斷子系統控制的分析中合理的是
A.探針的升降是該子系統的輸入量
B.切刀卡住是該子系統的干擾因素
C.合格的電容是該子系統的輸出量
D.電容切斷子系統采用了閉環控制方式
8. (2023.11杭州一模)如圖所示核能發電系統工作原理示意圖。系統可分為反應堆溫度控制子系統、發電機發電子系統和蒸汽冷凝子系統。反應堆溫度控制子系統的原理是:反應堆內的核燃料棒發熱后加熱重水回路中的重水，使其溫度達到325 0C穩壓器能對重水回路提供150個大氣壓的壓力，防止重水汽化，當反應堆內的溫度過高時，控制棒會被下移，從而阻止核燃料棒發熱。發電機發電子系統的工作原理是:高溫重水使蒸汽發生器回路中的水變為高壓蒸汽并推動汽輪機，汽輪機帶動發電機發電。蒸汽冷凝子系統的工作原理是:循環海水在冷凝器回路中流動，使蒸汽發生器回路中的水汽冷卻，冷卻后的水被蒸汽發電子系統重復利用。
從控制系統角度，下列關于該核能發電系統的分析中，說法正確的是（ ）
A.發電機發電子系統是閉環控制系統
B.經過蒸汽發生器后的重水，其溫度降低屬于反應堆溫度控制子系統的干擾因素
C.反應堆溫度控制子系統的控制量為重水溫度
D.反應堆溫度控制子系統的被控對象是燃料棒
B
9.(2023.11金華十校)如圖所示是塔式光熱發電系統的示意圖。通過定日鏡將太陽光反射至集熱塔頂的吸熱器上，控制吸熱器內保持流動的傳熱流體溫度在500^-10000C,高溫傳熱流體通過蒸汽發生器產生高溫高壓的蒸汽推動汽輪發電機組發電。
吸熱器作為塔式光熱發電系統的主要設備，其溫度需要連續不間斷的監測與控制。控制過程為:熱像儀探測吸熱器發出的紅外熱輻射來采集實時溫度，溫度數據上傳至調控中心進行存儲與對比，若發現不在 設定溫度范圍，通過調節定日鏡的角度、傳熱流體的流速等方式對吸熱器的溫度進行調節。下列關于吸熱器溫度控制的分析中，合理的是（ ）
A.控制方式屬于開環控制
B.被控對象是定日鏡
C.控制量是調控中心發出的調節信號
D.風沙雨雪等氣候環境會引起吸熱器溫度變化，屬于干擾
D
10.(2023.12臺州名校聯盟) 如圖所示是紙箱輸送系統的示意圖。電機驅動輸送帶將紙箱送到輸送輥道，紙箱自由下滑至裝載平臺。光電傳感器檢測光線是否被遮檔，當光線被遮檔時間超過設定值時，表明紙箱在輸送輥道上擁堵，控制器控制電機停止轉動;當光電傳感器重新檢測到光線時，控制器控制電機重新啟動。
下列關于電機控制子系統的分析中，不正確的是（ ）
A.輸入量是光電傳感器檢測到的信號
B.執行器是電機
C.外界的光照強度是該系統的干擾因素
D.控制方式屬于開環控制
B

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