干扰与反馈 课件— 2023届高三通用技术选考复习(共39张PPT)

(共39张PPT)
　控制与设计
　干扰与反馈
1．反馈的含义
自动控制系统中，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称为 。
反馈方法：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。
2．简单控制系统运行的主要干扰因素
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称为________________。
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的变化的自然风等；有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。
反馈
干扰因素
②数量问题。在控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个。
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。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。如在军事演习中，红方利用一定频率的电磁波对蓝方的信息指挥系统进行干扰，使之不能正常工作。但在生产生活中，我们需要以谨慎、严谨的态度对待干扰因素的利用。
3．闭环控制系统中反馈环节的作用
将输出量通过适当的检测装置，返回到输入端并与输入量(给定值)进行比较，从而减少输出量的偏差，使________________控制在给定值附近。
被控量
4．闭环控制系统的工作过程
当干扰因素作用在闭环控制系统上时，会引起系统输出量(被控量)偏离给定值；此时闭环控制系统中的检测装置能及时检测出被控量的值，并迅速反馈到输入端，与给定值进行比较；然后控制器根据比较得到偏差信号控制执行器工作，执行器得到指令后直接控制被控对象进行调节，从而使系统的被控量接近给定值，达到精确控制的目的。
5．功能模拟方法和黑箱方法
方法 含义
(1)_____________ 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。
(2)_____________ 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。
功能模拟方法
黑箱方法
例1　[2020.1浙江]如图所示是浇铸机结晶器钢水液位控制系统示意图。浇铸时，中间包连续向结晶器浇注钢水，钢水在结晶器内冷却结晶后被拉坯装置拉出形成钢坯。结晶器内钢水液位的稳定和高低，直接影响钢坯的质量和产量。钢水液位波动引起电涡流传感器与液面之间的间隙产生变化，从而引起电涡流信号变化，液位仪根据信号的大小计算出实际液位，送给PLC与液位设定值比较，PLC根据比较差值通过驱动器控制电动缸运动，带动塞棒升高或降低，改变中间包浇注口的大小，调节流入结晶器内钢水的流量，从而使液位稳定在一定范围内。该控制系统中对结晶器钢水液位控制精度没有影响的是(　　)
A．液位设定值
B．液位仪的性能
C．电动缸的运动精度
D．电涡流传感器的灵敏度
A 胜券解析：本题考查控制系统的基本组成。由“从而使液位稳定在一定范围内”知，该控制系统为闭环控制系统，液位设定值是输入量，对控制精度没有影响。
Ｂ
　【解析】本题考查控制系统的分析。该汽车蓄电池电量控制系统控制的是蓄电池的电量，故被控对象是蓄电池，输出量是实际蓄电池的电量，给蓄电池充电的是发电机，所以发电机是执行器，发电机给蓄电池充入的电是控制量。汽车电气负载变化（不是输入量）能够引起蓄电池电量的变化，属于干扰因素。
C
A
例５　［２０１８．４浙江］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
【解析】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标志，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，故Ａ 项错误；执行器产生控制量，控制量作用到被控对象上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，控制量是执行器发出的信号，故Ｃ 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 项错误。
B
D
B
例8　恒温式燃气热水器的温度控制系统为闭环控制。下列因素中，不属于该温度控制系统干扰因素的是(　　)
A．燃气的流量
B．进水的流量
C．进水的温度
D．出水的温度
D
例9　下列方法中不属于黑箱方法的是(　　)
A．用仪器测试集成电路输出信号判断集成电路的功能
B．通过脑电波检查诊断病人大脑的状况
C．列车司机用锤子敲击车轮，通过声音判断有无故障
D．通过胃镜检查诊断病人的胃部疾病
D
例10　如图所示为中科院研发的一款智能机器人，能模仿人唱歌、跳舞等。这种用机器人模仿人的功能和行为的方法属于(　　)
A．黑箱方法
B．移植方法
C．虚拟方法
D．功能模拟方法
D
【解析】本题考查功能模拟法的概念。功能模拟法是指用“模型”模拟“原型”的特定功能、行为的方法。“用机器人模仿人的功能和行为”符合功能模拟法的概念，因此D项符合题意。
控制系统方案的设计
(1)对控制系统的设计：①明确控制要达到的目的；②分析被控对象的主要特征；③控制系统的方案选择；④控制系统的调试、运行和评价；⑤系统的成本分析。
(2)开环控制系统的设计：明确设计要求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可考虑具体控制系统的方案。
(3)闭环控制系统的设计：①控制精度必须符合要求，系统的输出量与给定值之差应控制在允许的范围之内；②控制系统必须是稳定的；③要有较好的抗干扰性能。
例11　如图所示是一款宠物自动喂水机，宠物靠近时，阀门自动打开，离开后自动关闭。该控制系统的控制方式和宜采用的传感器是(　　)
A．开环控制、红外传感器
B．闭环控制、压敏传感器
C．开环控制、湿敏传感器
D．闭环控制、声敏传感器
A
例12　如图所示为公共厕所人体感应自动供水系统示意图。当探头检测到有人进入厕所，控制器控制电磁阀打开，向水箱供水。适合用作探头的是(　　)
A．红外传感器
B．压力传感器
C．水位传感器
D．光敏传感器
A
A
A
C
B
B
　【解析】（１）根据题干可知，该控制系统不存在反馈，故为开环控制系统。（２）在系统设计时，对相关工作参数进行定量分析，体现了系统分析的科学性原则。（３）滚柱直径的变化是输入量，不属于干扰因素。（４）当上方电磁翻板未打开时，能
保证滚柱在翻板上顺利滚下，可排除Ａ、Ｂ方案；考虑到电磁翻板的转轴在末端，并要实现平滑开启，可排除Ｄ 方案。（５）金属表面处理中电镀可防止生锈。
例14　[2020浙江模拟]如图所示是蔬菜大棚自动化控制系统。它通过控制加热器及制冷器、通风设备对温度进行自动调节，同时通过控制加湿机与除湿器的工作自动调节环境的相对湿度，使环境的温度和湿度达到适宜的范围。并采取可靠的光纤通讯网络实现远程设备的操作和相关数据的报警提示。请根据示意图和描述，完成以下任务。
(1)蔬菜大棚自动化控制系统中温度控制和相关数据的报警提示的控制方式分别属于________和________控制(在A.人工；B.自动；C.开环；D.闭环中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
D
C
(2)该湿度控制子系统的执行器是________(单选：在A.加湿机；B.除湿器；C.加热器；D.制冷器；E.加湿机和除湿器中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
(3)防盗报警子系统中的传感器最好选用________(在A.①③④；B.②③④；C.③④⑤中选择合适的选项，将序号填入“________”处)；
①湿度传感器；②速度传感器；③红外人体热辐射检测装置；④磁控开关探测器；⑤玻璃破碎探测器
(4)蔬菜大棚自动化控制系统由上位机、通讯主机、数显控制器、农业大棚、大棚增温降温器等组成。其中农业大棚不能被称为系统的________(单选：在A.子系统；B.部分；C.要素；D.环节中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
(5)小明为了响应国家节能降耗的号召，需要对系统进行优化，下列不属于影响系统优化的因素是________(在A.改装LED灯具；B.安装自然通风管道；C.安装太阳能热水器；D.安装实时监控系统中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
E
C
D
D
(3)该系统的执行器是________(在①晾衣杆；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
例15　如图所示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，将晾衣杆连同衣物移到室外，下雨时，传感器检测到信号后，电机带动滑轮反向转动，将晾衣杆和衣物收回室内。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________(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)；
②
③
②
③
④
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)。
④
【解析】本题考查手动控制和自动控制、传感器、控制系统的工作过程与方式、系统的优化、影响因素和约束条件。　(1)手动控制指的是控制过程需要人的直接干预和全程干预；自动控制指的是在无人直接参与的情况下，使事物的变化准确地按照期望的方向进行。　(2)该控制系统的传感器用于检测有没有下雨，所以用湿敏传感器。　(3)该系统执行器是电机，被控对象是晾衣杆。　(4)为了实现傍晚时能将衣物收回室内，可以根据检测到的光照强度进行控制或用定时控制。　(5)系统优化的影响因素是人为可以调节改变的，而约束条件是人为不能改变的。环境温度、湿度和光线的变化不是人为能改变的，属于约束条件。
例16　如图所示是智能车位引导系统示意图。该系统能够准确、快速引导驾驶员到达空余车位，其工作过程是：中央处理器接收到超声波车位探测器探测的车位信息，经过处理后控制信息发布器把空余车位信息通过引导屏和车位指示灯显示出来。根据示意图及其描述，请回答下列问题。
(1)根据上述描述，分析该车位引导系统的控制过程，在方框图中“________”处填写相应的内容。
(2)该智能车位引导系统可以分为信息采集、信息处理、信息发布三个子系统，其中的信息发布子系统包括信息发布器、________、________(在①车位指示灯；②超声波车位探测器；③数据库；④引导屏中选择两项，将序号填写在“________”处)。
(3)系统设计时要考虑车位定位准确、显示及时、抗干扰、便于维护，还要统筹兼顾成本、安装等要素，这体现了系统分析的________原则(在①综合性；②科学性；③整体性中选择一项，将序号填写在“________”处)。
①超声波车位探测器探测的车位信息　②中央处理器　③信息发布器　④空余车位信息
①
④
①
例17　电子警察是现代道路交通安全管理的有效手段，计算机根据雷达探测到的汽车位置变化信号，计算出汽车的行驶速度并判断是否超速，如果超速则启动照相机抓拍，并将拍摄到的图像信息输送到监控中心。请根据上述说明，完成以下任务：
(1)该控制系统的控制方式属于________控制(在①开环；②闭环中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(2)该控制系统的控制手段属于________(在①手动控制；②自动控制中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(3)该控制系统的输出量是________(在①汽车的行驶速度；②超速车辆的图像；③雷达信号中选择一项，将序号填写在“________”处)；
①
②
②
(4)为了实时监测汽车行驶速度，应用雷达技术探测汽车的位置变化信号，通过数学模型计算出汽车的行驶速度，判断是否超速。这体现了系统分析的________原则(在①整体性；②科学性；③综合性中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(5)照相机对超速车辆抓拍时会受到各种干扰，以下因素中不属于干扰因素的是________(在①雨雾；②沙尘；③车辆速度中选择一项，将序号填写在“________”处)。
③
②
例18　如图所示的隧道内设置有通风控制系统，用于调节隧道内的空气质量和能见度。当检测装置测出隧道内的烟雾浓度值超过设定值时，控制器控制电机带动风叶运转。请回答下列各题：
(1)根据上述描述，分析该系统的控制过程，在方框图中“________”处填写相应的内容。
①烟雾浓度值信号　②电机　③风叶　④是否运转
(2)该系统在设计时，根据隧道的长度、车流量、汽车尾气排放量、气候建立数学模型进行研究，为确定风机的通风量和机组的数量、布置测控点提供依据，这体现了系统分析的________原则(在①整体性；②科学性；③综合性中选择一项，将序号填写在“________”处)。
(3)该系统发生故障后，当隧道内的烟雾浓度值超过设定值时，容易发生交通事故。为了提高系统的可靠性，确保隧道内行车安全，需要对系统进行优化，以下措施中合理的是________(在下列措施中选择一项，将序号填写在“________”处)。
①在隧道口设置声光报警装置，提醒司机注意；
②在隧道口设置减速带；
③增加备用设备，当该系统发生故障时，备用设备能自动投入使用。
②
③
例19　如图所示是自动变速扶梯系统控制过程示意图。无乘客时，扶梯缓慢运行；当乘客进入检测传感器的检测范围时，控制器接收到传感器的检测信号，控制电动机和传动装置加速转动，扶梯正常运行。请回答下列各题：
(1)根据示意图及描述，分析自动扶梯系统控制过程，在方框图中“________”处填写相应的内容：
　　　
　　
(2)为防止扶梯加速使乘客站立不稳，检测传感器的安装位置应在________(在①乘客进入扶梯踏步前；②乘客进入扶梯踏步之后中选择一项，将序号填写在“________”处)；
①检测传感器检测到是否有人的信号　②电动机和传动装置　③扶梯　④运行速度
【解析】本小题考查控制系统的组成分析。该系统是控制扶梯正常运行的开环控制系统，根据信号传输的过程，系统各部分依次运转，因此输入量①为检测传感器检测到的乘客信号，执行器②为电动机和传动装置，被控对象③为扶梯，输出量④为扶梯正常运行。
①
(3)该系统在运行时需要解决下面的问题，当乘客进入检测传感器检测范围时，扶梯正常运行，当乘客随着扶梯运行离开检测范围后，扶梯又回到缓慢运行状态，而此时乘客还没离开扶梯。从合理性、可行性方面考虑，以下措施中合理的是________(在下列措施中选择一项，将序号填写在“________”处)。
①控制器中安装计时器，当有乘客进入时，扶梯正常运行，计时器开始计时；若达到设定的乘客离开扶梯的时间，无其他乘客进入，扶梯自动缓慢运行，有其他乘客进入时，计时器将重新计时。
②在扶梯上布满检测传感器，保证乘客在扶梯上的任一位置都能被检测到，只有乘客完全离开扶梯时，扶梯才会缓慢运行。
③在每个踏步上安装检测传感器，只要踏步上有乘客便正常运行，无乘客时便缓慢运行。
①
谢谢！