資源簡介

高中通用技術地質版必修2第四章第六節控制系統的實現練習題
一、選擇題
在孵化箱溫度控制系統設計過程中，衛同學想增加一個高溫報警子系統，當孵化箱溫度控制出故障時，若內部溫度過高，則發出報警聲。要設計該報警子系統，下列構思不可行的是（）
A.
執行器可選用電子開關
B.
揚聲器可以用作被控對象
C.
控制器可以采用帶有溫度傳感器的控制電路
D.
因為要檢測溫度，所以要通過閉環控制系統實現
如圖所示是噴漆室的空調送風控制系統原理圖，當壓力傳感器檢測到風機出風口處的壓力低于設定值時，PLC運算控制器控制風機電機提高轉速，使風機出口處的壓力升高到設定值。下列關于該控制系統的分析中正確的是
A.
該控制系統是開環控制系統
B.
輸入量是壓力傳感器檢測到的壓力
C.
輸出量是風機出口處的壓力
D.
執行器是壓力傳感器
如圖所示是人行道噴水警示控制系統示意圖，在紅燈時段微波傳感器檢測到行人越過邊界時，控制器啟動水泵使噴頭噴出水霧，以警示行人。關于該控制系統，以下說法中正確的是
A.
被控對象是人行道
B.
控制方式屬于閉環控制
C.
太陽光是該控制系統的干擾因素
D.
執行器是水泵
如圖所示為電熱水壺。其工作原理為，按下電源開關，發熱底盤通電加熱，當水沸騰時產生的水蒸汽使感溫元件的雙金屬片變形，這種變形通過杠桿原理推動電源開關斷電。因電源開關斷電后不可自復位，故斷電后水壺中的水不會自動再加熱。用控制系統方框圖表示電熱水壺溫度控制系統，被控對象的確定合適的是
A.
電源開關
B.
雙金屬片
C.
發熱底盤
D.
水壺和水
人臉識別門禁控制系統基于先進的人臉識別技術，結合了ID卡和指紋識別技術。該控制系統工作過程：門禁控制器根據生物信息采集器采集到的信號，發出開鎖或響鈴指令，如果信號比對正確，電控鎖響應控制器輸出的開鎖信號，控制門打開；如果信號比對不正確，繼電器響應控制器輸出的響鈴信號，控制電鈴工作。用戶出門時不需身份驗證，直接按鈕開鎖。關于該控制系統以下說法正確的是（　?。?br/>A.
該控制系統的控制方式是自動控制，控制手段是開環控制
B.
該控制系統的輸出量是門開/電鈴工作
C.
生物信息采集器采集人體信號時會受到各種干擾，其中臉部化妝不屬于干擾因素
D.
門禁控制系統需要權衡功能、耐用性與成本等，這體現了系統分析的整體性原則
某廠家為某一學校設計一個自動門控制系統。當檢測到有人靠近門時，則門自動打開；檢測到無人時，則門關閉。設計時將門確定為被控對象，下列構思不．可．行．的是
A.
該控制系統可定為開環控制系統
B.
執行器可選用電動機
C.
可選用定時器設置門啟動時間
D.
傳感器可選用紅外檢測裝置
如圖所示為某校學生設計制作的自動取湯機，能保持湯的溫度在一定范圍內。按一下取湯按鈕，就自動落下一只碗，并放出一定量的湯在碗中。在該自動取湯機的溫度控制系統中，不需要的器件是（???
）
A.
溫度傳感器
B.
加熱器
C.
溫度控制器
D.
電磁閥
如圖所示為坐便器的水箱水位控制器（左）和雙按鈕放水閥門（右），請完成14-15題
按下雙按鈕放水控制器的左側或右側按鈕，擋水活塞向上抬起不同高度，然后在重力和水流作用下逐漸下落直至封閉出水口，從而控制沖洗馬桶的出水量不一樣的目的．該出水量控制系統中被控對象是（　　）
A.
放水按鈕
B.
活塞
C.
水箱里的水
D.
坐便器
如圖所示是一款人臉自動識別簽到系統，當人臉靠近一定距離時，攝像頭上方的紅外線感應器將偵測到的信號輸入電路模塊，電路模塊控制攝像頭拍照．當拍照完成后，簽到系統自動進入待機狀態．下列對該控制系統的分析中不正確的是（　?。?br/>A.
該控制系統是開環控制系統
B.
輸入量是人的紅外線信號
C.
被控對象是人臉
D.
控制器是電路模塊
如圖所示是酒精濃度測試報警儀，氣敏傳感器將檢測到的酒精濃度轉化為電信號，傳給單片機，單片機對所輸入的信號進行分析處理．如果檢測到酒精濃度超過設定值，蜂鳴器將發出聲音報警．關于該報警控制系統，以下說法中不正確的是（　　）
A.
輸出量是有無報警聲
B.
被控對象是蜂鳴器
C.
控制器是單片機
D.
控制方式是閉環控制
如圖是一支防近視智能筆，內置先進的紅外傳感器，當使用者書寫時頭部過于接近桌面，紅外感應器會感應到使用者臉部反射的紅外線信號，將信號傳給中央處理器，通過芯片作用，機械部件產生聯動，筆尖就會自動縮回，當學生調整好坐姿，筆尖又會自動伸出，恢復正常書寫功能．上述智能筆的筆尖伸縮控制系統中執行器和被控對象為（　?。?br/>A.
芯片、機械部件
B.
機械部件、筆尖
C.
機械部件、學生
D.
芯片、學生
根據材料回答18----20題：小明家的衣服晾在陽臺外面有時會被雨淋濕，小明發現這一問題后嘗試設計一新型晾衣架，設想下雨時晾衣架能自動收至雨蓬下，以免衣服被淋濕．其中有關控制系統的設計小明遇到了問題，現在請你幫著解決：
該控制系統要達到的目標是（　?。?br/>A.
下雨時雨蓬會自動收起
B.
能自動收衣服
C.
能預測天是否會下雨
D.
下雨時晾衣服架能自動收至雨蓬下
如圖所示為水位指示器的工作原理圖，當容器的水位低于A處設定的水位電極高度時，左側電磁電路處于斷開狀態，磁鐵不受磁力作用，綠燈點亮（如圖）．當水位達到A處水位電極高度時，紅燈點亮，說明水位到達設定高度．以下關于該水位高度指示控制系統的說法中，正確的是（　　）
A.
被控對象是容器中的水
B.
該控制系統屬于閉環控制系統
C.
輸入量為實際水位
D.
輸出量為紅綠燈信號
如圖所示是自動門示意圖．當人靠近自動門時，探頭探測到人體信號，控制電路接收到該信號后，發出相應的指令，啟動電動機把門打開．關于該控制系統，下列說法中錯誤的是（　?。?br/>A.
輸入量是人體信號
B.
輸出量是門的打開
C.
被控對象是人體
D.
執行器是電動機
公共場所的消防報警控制系統能夠在火災初期將燃燒產生的煙霧、熱量和光輻射等物理量，通過感溫、感煙和感光等火災探測器變成電信號，傳輸到火災報警控制模塊，經其處理后確定是否啟動報警系統。如果在安裝消防報警控制系統時損壞了煙霧傳感器，那么下列情況
不可能發生的是?
（???
）
A.
場所內有明火則啟動報警系統
B.
場所內有濃煙則啟動報警系統
C.
場所內溫度升高則啟動報警系統
D.
控制系統失去部分報警功能
二、分析評價題
如圖所示是市政管網的水壓控制示意圖，當用戶水管內的水壓降到壓力下限時，水泵啟動，使壓力上升；當用戶水管內的水壓達到上限時，水泵停止運行。其特點是，使管內壓力保持在設定范圍內。
試分析：
(1)針對其主要特點，它要解決的問題是：將該系統設計為自動的________控制系統，被控對象是________，起到保持有效供水的目的。
(2)它解決問題的技術方法是：壓力傳感器實時監測用戶水管內的水壓，并將壓力值傳遞給變頻控制柜，變頻控制柜經過判別后決定是否向管內加壓注水，以達到保持水壓的目的。在該控制系統中，控制器是________，控制量是________，壓力傳感器是________。
(3)它的1個優點和1個缺點分別是：
(4)針對你發現的缺點，改進意見是：
如圖所示為某單位大門的門禁控制系統。工作人員進門時把手指放到指紋采集器中，經門禁控制器識別后控制電鎖開門，進入后門自動關閉，考勤機根據指紋信息進行考勤。它的主要特點是：具有門禁和考勤功能，省去大量的人員管理，保證工作的安全性。
試分析：
(1)它要解決的問題是：實現工作單位人員和安全的_①?
化管理。
(2)它解決問題的技術方法是：_①?
為輸入量，_②?
為控制器，_③?
為執行器，構成自動_④?
控制系統。
(3)它的一個優點和一個缺點分別是：
(4)針對你發現的缺點，改進意見是：
三、技術應用題
如圖所示為小明設計的一種雙向水位報警電路，電路由水位探頭、上限電子開關、下限電子開關、二極管門電路和音頻振蕩電路等幾部分組成，當水位處于上限水位及以上和下限水位及以下時均能聲、光報警，電路與水位探頭尚未連接。請完成以下各題。
（1）小明用合適的電子元器件把電路連接好，在電路與水位探頭尚未連接時閉合開關K，發現LED2發光，揚聲器報警。小明用多用電表的直流電壓檔檢測Y點電位，他應該________（在A．黑表筆接X，紅表筆接Y；B．黑表筆接Y，紅表筆接X；C．黑表筆接Y，紅表筆接地；D．黑表筆接地，紅表筆接Y中選擇合適的選項，將序號填入“________”處）；測量的讀數為2.8V，此時三極管VT3處于________（在A．放大；B．飽和；C．截止中選擇合適的選項，將序號填入“________”處）狀態；
（2）根據電路的邏輯關系分析，X、Y兩點的電位與F點電位的邏輯關系是________（在A．F＝XY；B．F＝X+Y；C．；D．中選擇合適的選項，將序號填入“________”處）；
（3）在虛線框內把水位探頭與電路進行連接，實現雙向水位報警功能。
（4）電路連接后進行調試，發現水位高于上限和低于下限水位時發光二極管均能正常報警，但揚聲器聲音較小。為了把聲音調大，需要對電路進行調節，合理的是________（在A．用阻值更大的電阻替換R5；B．用阻值更小的電阻替換R5；C．用阻值更大的電阻替換R6；D．用阻值更小的電阻替換R6中選擇合適的選項，將序號填入“________”處）。
小明設計了如圖a所示的水箱水溫控制電路，其中IC是電壓比較器，當輸入電位V+＞V-時，輸出高電平；當輸入電位V+＜V-時，輸出低電平。當溫度低于25℃時，加熱器開始加熱；當溫度達到35℃時，該加熱器停止加熱。請根據電路圖及其描述完成以下任務：
（1）Rt應選擇____（在A．正溫度系數熱敏電阻；B．負溫度系數熱敏電阻中選擇合適的選項，將序號填入“____”處）；
（2）小明在搭建電路過程中，發現手頭的繼電器沒有轉換觸點開關，于是重新設計了如圖b所示電路。在其他參數及水溫控制范圍不變的前提下，比較a、b兩電路可知：用于調節上限溫度的電位器分別是____、____（在A．Rp1；B．Rp2；C．Rp3；D．Rp4中各選擇一項，將序號填入“____”處）；
（3）搭建并調試完成圖b電路后，若想改變水溫控制范圍為28℃—32℃，在不改變其他電路參數的前提下，以下調節措施中合理的是____（在A．先調大Rp3、再調小Rp4；B．先調小Rp3、再調大Rp4；C．先調大Rp4、再調小Rp3；D．先調小Rp4、再調大Rp3中選擇合適的選項，將序號填寫在“____”處）；
（
4）為防止干燒，小明增設了水位監測電路（水位過低時水位信號輸出為低電平、正常時輸出為高電平），并希望利用虛框內電路實現水位正常且溫度低于設定值時，才開始加熱的功能。請幫他完成電路連線。
答案和解析
1.【答案】D
【解析】
【分析】本題考查系統的設計。
【解答】報警子系統的輸出量是是否發出報警聲，檢測量是溫度，沒有反饋，為開環控制系統，被控對象是揚聲器，執行器可選用電子元件，控制器可選用溫度傳感器，ABC正確，D錯誤。
2.【答案】C
【解析】該系統是閉環控制系統，輸入量是設定值，輸出量是出風口的壓力，執行器是風機，壓力傳感器是監測裝置
3.【答案】D
【解析】被控對象是水，執行器是水泵，是一個開環控制系統。
4.【答案】D
【解析】分析的對象是“電熱水壺溫度控制”，因此被控對象應該是水壺和水
5.【答案】A
【解析】A、人臉識別門禁控制系統中人沒有直接和全程參與到工作過程中，故屬于自動控制，控制過程中不存在反饋環節，屬于開環控制系統，故正確。
B、該控制系統的控制目標是控制鎖打開或者響鈴，故輸出量為鎖開或電鈴工作，故錯誤。
C、臉部化妝會影響系統的輸入信號，從而影響人臉識別門禁控制系統的工作，屬于干擾因素，故錯誤。
D、門禁控制系統需要權衡功能、耐用性與成本等，統籌兼顧，符合系統分析的綜合性原則，故錯誤。
故選：A。
根據題意人臉識別門禁控制系統的輸入量為根據生物信息采集器采集到的信息，輸出量為門開或響鈴。
本題考查控制系統的分析，閉環控制系統的反饋環節的主要功能是克服干擾，穩定輸出量。本題難度系數0.6，屬于中檔題。
6.【答案】C
【解析】
【分析】
?本題考查開環控制系統的基本組成和控制系統的設計。
【解答】
?以門作為被控對象，系統的輸出量是門的開或關，輸入量是傳感器檢測到是否有人（人體產生的熱輻射）；
?故選C。
7.【答案】D
【解析】
【分析】
本題考查的是控制系統的組成。
【解答】
自動出湯控制中，可以采用電磁閥作為執行器，它不能參與自動取湯機的溫度控制過程。
?故選D。
8.【答案】C
【解析】A、放水按鈕按下，開始放水，屬于輸入量，故錯誤。
B、活塞抬起放水，活塞放下停止出水，故活塞屬于執行器，故錯誤。
C、出水量控制系統的控制目標是控制沖洗馬桶的出水量不一樣，出來的水（水箱里的水）即時被控對象，故正確。
D、坐便器是整個系統，水位控制系統與出水控制系統屬于其中的子系統，故錯誤。
故選：C。
出水量控制系統的控制目標是控制沖洗馬桶的出水量不一樣．
本題考查控制系統的分析，被控量是被控對象的輸出量．本題屬于中檔題．
9.【答案】C
【解析】A、人臉靠近后，啟動該人臉自動識別簽到系統，不存在反饋環節，屬于開環控制系統，故正確。
B、人臉靠近后，紅外線感應器會將檢測到的人臉信號輸入，故人的紅外信號是輸入量，故正確。
C、電路模塊根據輸入的信號，控制攝像頭拍照，故攝像頭是被控對象，故錯誤。
D、電路模塊能根據輸入信號發出相應的指令，屬于控制器，故正確。
故選：C。
本題考查控制系統的分析，人臉自動識別系統的控制目標是將人臉拍攝后進入后臺進行對比．
本題考查控制系統的分析，反饋環節中檢測裝置檢測的是被控量，并返回到輸入端與設定量進行比較．本題屬于中檔題．
10.【答案】D
【解析】A、酒精濃度超標時，發出報警聲，即報警聲是控制系統的被控量，即輸出量，故正確。
B、報警聲是有蜂鳴器發出的，故蜂鳴器是被控對象，故正確。
C、單片機將氣敏傳感器的電信號進行分析，從而做出命令，即單片機是控制器，故正確。
D、該控制過程不存在反饋環節，屬于開環控制系統，故錯誤。
故選：D。
酒精濃度測試報警儀的控制目標是當酒精濃度超過設定值時，能發出報警聲．
本題考查控制系統的分析，開環與閉環控制系統的核心區別是控制過程是否存在反饋環節．本題屬于中檔題．
11.【答案】B
【解析】由分析知上述智能筆的筆尖伸縮控制系統中執行器為機械部件，被控對象為筆尖。
故選：B。
紅外感應器會感應到使用者臉部反射的紅外線信號，將信號傳給中央處理器，通過芯片作用，機械部件產生聯動，筆尖就會自動縮回．由此可知控制系統中執行器是機械部件，被控對象為筆尖．
考查控制系統的設計與實施案例．
12.【答案】D
【解析】新型晾衣架的特點是下雨天時晾衣架能自動收至雨棚下，達到衣服不被淋濕的目的，故此控制系統的控制對象是晾衣架，控制手段是自動控制，控制目的是晾衣架能收至雨棚下。
故選：D。
本題考查控制系統的設計，小明設計新型晾衣架的目的是不讓衣服被雨淋濕．
本題考查控制系統的設計，理解控制三要素：對象、手段、目的．本題屬于簡單題．
13.【答案】D
【解析】A、該控制系統的控制目標是點亮紅燈或者綠燈，故被控對象是紅燈和綠燈，故錯誤。
B、當水位低于A點，綠燈亮，水位處于A點，紅燈亮，不存在反饋環節，屬于開環控制系統，故錯誤。
C、當水位低于A點，左側電磁電路處于斷開狀態，綠燈亮，反之紅燈亮，故輸入量是水位是否到A點，故錯誤。
D、被控對象是紅燈和綠燈，故輸出量為紅綠燈的信號，故正確。
故選：D。
本題考查控制系統的分析，水位指示器的控制目標是點亮紅燈或者綠燈，指示水位．
本題考查控制系統的分析，閉環控制系統與開環控制系統的本質區別是有無反饋環節，不是有無檢測裝置．本題屬于中檔題．
14.【答案】C
【解析】自動門控制系統的輸入量是傳感器檢測的信號，控制器是控制電路，執行器是電動機，被控對象是自動門，輸出量是門的開與關。
故選：C。
自動門控制系統是通過紅外線傳感器檢測是否有人進入，通過控制電路對自動門的開關進行控制．
本題考查控制系統的工作運行過程．
15.【答案】B
【解析】
【分析】本題考查的是控制系統的應用，難度不大。
【解答】如果安裝消防報警控制系統時損壞了煙霧傳感器，則有濃煙時不能啟動報警系統，故B錯誤，但符合題意。
?故選B。
16.【答案】（1）①閉環???
②用戶水管；
（2）①變頻控制柜???
②水流量???
③檢測裝置；
（3）優點是能夠使用戶水管內的水壓保持在設定的壓力范圍內；
????????
?
?
?
?缺點是單個壓力傳感器檢測的壓力值并不能準確反映高樓層和低樓層所有用戶的壓力值。
（4）改進①高樓層和低樓層各安裝一個壓力傳感器并取其平均值；
?
?
?
?
?改進②將壓力傳感器安裝在中間樓層。
【解析】
【分析】
本題考查控制系統的設計與分析的知識點。
【解答】
（1）由題干可知，當用戶水管內的水壓降到壓力下限時，水泵啟動，使壓力上升；當用戶水管內的水壓達到上限時，水泵停止運行。其特點是，使管內壓力保持在設定范圍內。即有反饋環節，該控制系統為自動閉環控制系統。被控對象為用戶水管。
（2）壓力傳感器實時監測用戶水管內的水壓，并將壓力值傳遞給變頻控制柜，變頻控制柜經過判別后決定是否向管內加壓注水，以達到保持水壓的目的?？刂破魇亲冾l控制柜，控制量是水流量，檢測裝置是壓力傳感器。
（3）例如，優點是能夠使用戶水管內的水壓保持在設定的壓力范圍內；缺點是單個壓力傳感器檢測的壓力值并不能準確反映高樓層和低樓層所有用戶的壓力值。
（4）例如，改進①高樓層和低樓層各安裝一個壓力傳感器并取其平均值；改進②將壓力傳感器安裝在中間樓層。
17.【答案】(1)自動；
(2)指紋信息?
；?
門禁控制器?
；?
電鎖?
；?
開環；
(3)優點：具有門禁和考勤功能，保證工作的安全性，提高管理效率。
?
?
缺點：停電或電源供給不足會無法開門。
(4)改進①?
準備備用電源。
?
?
改進②?
經常檢查系統各部件是否正常。
【解析】
【分析】
本題考查控制系統的設計與分析。
【解答】
（1）由題干可知，該控制系統要解決的問題是實現工作單位人員和安全的自動化管理。
（2）由題干可知該控制系統的工作過程為：指紋采集器采集指紋信息，經門禁控制器識別后控制電鎖開門。其中指紋信息為輸入量；門禁控制器為控制器；電鎖為執行器，被控對象為門。屬于自動開環控制系統。
(3)該控制系統的優缺點分別為：
?
??優點：具有門禁和考勤功能，保證工作的安全性，提高管理效率。
???
缺點：停電或電源供給不足會無法開門。
(4)改進①?
準備備用電源。
?
??改進②?
經常檢查系統各部件是否正常。
18.【答案】（1）D?
?
B
（2）B
（3）
（4）B
【解析】
【分析】
本題考查生活zhong中常見的閉環dian電子系統的工作過程，旨在考查學生的提取信息和分析能力，讀懂電路圖是解題關鍵。
【解答】
（1）測電壓時，紅表筆接正極，黑表筆接負極，因此測Y點對地電位，紅表筆接Y，黑表筆接地；Y點電位為2.8V，則VT3的c、e極電壓為0.2V，故VT3處于飽和狀態。
（2）當X高電壓時，VD1導通，F高電平，當Y高電平時，VD2導通，F點高電平，只有當X、Y都是低電平時，兩個二極管都截止，F相當于接地，為低電平，根據真值表甲得出，X、Y與F的關系師或關系。
（3）
（4）減小R5電阻，將增大VT4基極電流，通過VT4和VT5放大后，集電極電流增大，揚聲器聲音變大，C1和R6主要起延時作用，調節R6對延時時間有影響，對聲音大小無影響，故選B。
19.【答案】（1）B
（2）B?
?
C
（3）A
（4）如下圖所示：
【解析】
【分析】
本題考查系統的設計案例，旨在考查學生的分析和應用能力，理解水箱水溫控制系統是解題關鍵。
【解答】
（1）該系統是水溫控制系統，溫度高時，需要增強電流以起到控制作用，電阻減小，因此為負溫度系數熱敏電阻，故填B。
（2）a圖中，調節上限溫度的電位器應該為Rp2，b圖中，調節shan上限溫度的電位器為Rp3。
（3）在b圖中，具體要求需要把溫度下限調高，上限調低，因此可以先調大Rp3、再調小Rp4，故選A。
（4）根據要求設計電路圖如下：
第2頁，共17頁
第1頁，共17頁

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