第三节 闭环控制系统的干扰与反馈
考试内容
考试要求
考试属性
反馈的含义
b
必考＋加试
简单控制系统运行的主要干扰因素
c
必考＋加试
闭环控制系统中反馈环节的作用
b
必考＋加试
闭环控制系统的工作过程
b
必考＋加试
功能模拟方法和黑箱方法
a
必考＋加试
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。
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干扰因素。
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进行比较，从而减少输出量的偏差，稳定输出量。闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控制量(输出量)的偏差。
4.闭环控制系统的工作过程
(1)由于干扰因素等的存在，系统的被控量偏离给定值。
(2)闭环控制系统中的反馈环节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。
(3)控制器根据比较得到的偏差信号进行调节，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
(1)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。
(2)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。
一、 干扰与反馈
干扰使控制系统的输出量(或被控量)偏离给定值。
反馈使控制系统的输出量(或被控量)趋于稳定。
【典例1】 洲际弹道导弹是一种无人驾驶的无翼飞行器，以惯性制导为主。惯性制导(inertial guidance)是利用陀螺仪和加速度表组成的惯性测量装置测量导弹的运动参数，控制其按预定路线飞行的一种制导方式。整个制导系统由惯性测量装置、计算机和执行机构等组成。惯性测量装置测出导弹运动参数的变化，计算机根据实时测得的数据、发射前输入的初始条件和重力影响等数据，算出导弹的实际飞行速度、航向、姿态和坐标，并将这些数据与制导程序要求的预定值进行比较，根据偏差大小产生相应的制导指令，执行机构根据制导指令控制导弹沿正确的路线飞行。请根据示意图和描述，完成以下任务：
(1)该系统的控制手段和控制方式分别属于________和________(在①手动控制；②自动控制；③开环控制；④闭环控制中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(2)该控制系统的控制器和被控对象分别是________和________(在①陀螺仪；②计算机；③加速度表；④洲际导弹中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(3)导弹在飞行过程中会受到外界环境的各种干扰，以下不属于干扰因素的是________在①计算机等装置设置的预定路线；②红外光辐射来诱导导弹偏离目标；③飞行过程中碰到了飞鸟中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(4)惯性测量装置测量导弹的运动参数变化并与制导程序要求的预定值进行比较，这一过程称为________。
解析 导弹运行过程不需要人直接干预，人只是给控制发出指令或设置相关信息，控制过程有反馈，故(1)选②④。洲际导弹是该系统所要控制的装置是被控对象。计算机是接收偏差信号并进行处理和发出指令的装置是控制器，故(2)答案选②④。根据干扰和反馈的定义可知(3)(4)答案选① 和反馈。
答案 (1)② ④ (2)② ④ (3)① (4)反馈
[方法总结] 判断控制系统是开环控制还是闭环控制，主要是分析系统是否有反馈，是人工还是自动控制要看开始和结束或全程人是否参与；干扰只要将输入量排除其他能引起输出量变化的都是干扰因素，任何系统都会受到干扰，闭环控制系统由于具有反馈过程能起到抗干扰的作用，控制精度高；也必须注意有些是外界因素但对系统不产生任何影响那不是干扰因素。
某学校铃声控制系统的工作过程是：电脑根据设定的时间顺序，发出电信号给功率放大器，使音箱发出铃声。请根据上述说明，完成1～2题。
变式训练1 (2016·3浙江高考)关于该控制系统的说法中，不正确的是( )
A.控制器是电脑
B.执行器是功率放大器
C.被控对象是音箱
D.输出量是功率放大器发出的电信号
解析 该题是开环控制，控制过程是响铃时间顺序设定到控制器(电脑)，电脑发出指令给执行器(功率放大器)，控制被控对象(音箱)发出铃声(输出量)。故答案选D。
答案 D
变式训练2 (2016·3浙江高考)各种干扰因素会造成系统工作不正常，下列不属于干扰因素的是( )
A.电脑中侵入病毒程序
B.响铃时间顺序设定错误
C.工作电压超出系统正常工作范围
D.系统附近使用无线电设备
解析 响铃时间顺序设定是输入量，根据干扰的定义它不属于干扰。故答案选B。
答案 B
变式训练3 如图所示是智能清洁机器人，具有吸尘、防撞功能。吸尘系统用电机带动清扫刷转动，清扫灰尘并将灰尘集中于吸风口处，由吸尘机构制造的吸力将灰尘吸入灰尘存储器中。防撞系统中传感器检测周围的障碍物，单片机对信号加以判断，控制电机驱动轮子改变方向，躲避障碍。以下分析正确的是( )
A.吸尘系统属于开环控制，吸尘系统的被控对象是灰尘存储器
B.防撞系统中传感器检测周围的障碍物，防撞系统属于闭环控制
C.防撞系统的传感器可以选用红外传感器
D.防撞系统的被控对象是轮子
解析 本题这二个系统都是开环控制系统，选项A被控对象是灰尘，防撞系统中传感器检测的是输入量，系统是开环，防撞系统应选用位移传感器，轮子是防撞系统控制的被控对象。故答案选D。
答案 D
二、功能模拟方法和黑箱方法
实现自动控制的方法之一功能模拟法，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。
研究系统的方法之一黑箱方法，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。
【典例2】 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
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。故答案是D。
答案 D
[方法总结] 功能模拟法是指用“模型”模拟“原型”的特定功能、行为的方法，而黑箱是一个内部结构、功能未展示的系统，是通过输入和输出进行判断的。
变式训练1 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
解析 A、B、C、三个选项均是通过输入和输出来判断功能状况的是黑箱方法。D项是能够看清内部结构的。故不是黑箱方法。
答案 D
变式训练2 如图所示方框中是一电路结构，请你根据输入和输出进行判断内部电路结构是下列哪种结构( )
解析 本题考查的是黑箱方法，根据题意输入是12 V，输出是4 V，电路的分压原理可知C答案符合题意。
答案 C
1.如图所示为小刘同学设计的花盆土壤湿度控制系统示意图。其工作原理是：控制电路将探头测得的湿度值与设定值相比较，根据偏差值控制电磁阀门打开或关闭，使土壤湿度值达到设定值。判定该控制系统属于闭环控制方式的理由是( )
A.探头能检测土壤湿度
B.控制电路能发出控制指令
C.阀门参与水流控制
D.探头参与反馈
解析 输出量(实际的湿度值)通过检测装置(探头)，返回到输入端并与输入量(设定的湿度值)进行比较，从而减少输出量的偏差，稳定输出量。这反映了闭环控制系统的核心，即通过反馈来减少被控制量(实际的湿度值)的偏差。故答案是D。
答案 D
2.监控摄像系统(如图所示)被广泛用于记录道路交通实时图像信息。对于监控摄像系统，下列环境因素中不属于干扰因素的是( )
A.噪声 B.浓雾
C.闪电 D.沙尘
解析 浓雾、闪电、沙尘会造成(输出量)记录道路交通实时图像信息发生变化，而噪声不会影响系统的工作不是干扰因素。故答案选A。
答案 A
3.风力发电机运行时风轮对准风向才能获得最大风能，如图是风力发电机跟踪风向的控制系统示意图，风向测定装置将检测到的风向信号送给迎风控制装置与设定值比较，迎风控制装置根据角度偏差信号控制偏航电机运转，调整风轮角度，使风轮始终对准风向。
(1)根据描述，在跟踪风向的控制系统方框中“________”处填写相应的内容。
(2)风向测定装置将检测到的风向信号送给迎风控制装置与设定值比较的过程称为________(从①干扰；②反馈；③控制中选择一项，将序号填在“________”处)。
解析 风力发电机跟踪风向的控制系统是闭环控制系统，能调整风轮角度，使风轮始终对准风向。控制器：接收偏差信号处理并发指令的装置是迎风控制装置；执行器：偏航电机，被控对象：风轮，输出量：风轮与风向间的实际角度，检测器：风向测定装置。
答案 (1)①迎风控制装置 ②偏航电机 ③风轮
④风轮与风向间的实际角度 ⑤风向测定装置 (2)②
4.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
解析 燃气的流量、进水的流量、进水的温度都能引起输出量出水温度的变化是干扰因素。出水的温度是输出量不属于该温度控制系统干扰因素。故答案是D。
答案 D
5.如图所示为胎压监测系统示意图，安装在轮胎里的传感器测量轮胎的气压，并利用无线发射器将压力信息送到中央处理器，将实际胎压与正常胎压设定值进行比较，当实际胎压过高或过低时，汽车喇叭发出警报声，同时，车载显示器显示轮胎气压异常信号。请根据示意图和描述，完成以下任务：
(1)该系统的控制手段与控制方式分别是________和________(在①人工控制；②自动控制；③开环控制；④闭环控制中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(2)该控制系统的输出量及控制器分别是________和________(在①实际胎压；②汽车喇叭的警报声及车载显示器显示的信号；③正常胎压设定值；④中央处理器；⑤汽车喇叭及车载显示器；⑥无线发射器中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(3)该系统中的传感器可选用________(在①温度传感器；②压力传感器；③磁敏传感器中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(4)胎压监测系统运行过程会受到各种干扰，以下因素不属于干扰因素的是________(在①其他车载装置收发的无线信号；②中央处理器工作异常；③调整正常胎压范围中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)。
解析 该题输出量是警报声和车载显示器显示的信号，没有检测装置去检测输出量即不存在反馈所以是开环。控制过程无人参与是自动控制。该题系统控制的目的是报警和显示信号这就是输出量。中央处理器是接收输入量并进行比较和发出指令的装置是控制器。检测的压力应选压力传感器。胎压是输入量根据干扰的定义是非干扰因素。
答案 (1)② ③ (2)② ④ (3)② (4)③
6.下列医疗诊断方法中不属于黑箱方法的是( )
解析 A、C、D三个选项均是通过输入和输出来判断功能状况的是黑箱方法。B项是能够看清内部结构的故不是黑箱方法。故答案是B。
答案 B
7.如图所示是家用燃气减压阀结构示意图，橡胶薄膜把上气室和减压室分割成相互独立的空间，上气室的呼吸孔与大气相连。高压气体通过进气嘴进入减压室内，减压室内气压升高橡胶薄膜被顶起，进气嘴关闭停止进气；减压室内气压下降，进气嘴打开，高压气再次进入减压室，从而控制减压室内气压。请根据结构示意图和工作过程描述，完成以下任务：
(1)该气压控制系统的控制手段和控制方式分别属于________、________控制(在①开环控制；②闭环控制；③人工控制；④自动控制中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(2)该控制系统的执行器、被控对象分别是________、________。(在①进气嘴；②杠杆；③橡胶薄膜；④减压室内的气体中各选择一项，将序号填写在“________”处)；
(3)为了使减压室内的气压增大，调节螺塞应该________(在①往上调；②往下调；③上下调都可以中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(4)该气压控制会受到各种干扰，以下因素中不属于干扰因素的是________(在①橡胶薄膜老化；②呼吸孔堵塞；③减压室内气压变化；④燃气瓶内的气压减少中选择一项，将序号填写在“________”处)。
答案 (1)④ ② (2)① ④ (3)② (4)③
1.如图所示，抽屉每次拉开，抽屉内的LED灯会自动点亮30 s。该LED灯自动开关控制系统的输出量是( )
A.房间的亮度 B.抽屉的开或关
C.设定的亮灯时间 D.灯的亮或灭
解析 该控制系统是开环控制系统，系统控制的量是灯的亮和灭。故答案选D。
答案 D
2.某校学生设置了雨天自动关窗装置，其工作原理是：下雨时，湿度传感器把检测到的雨水信号传递给放大及处理电路，启动电动机关闭窗户。关于这个控制系统，下列说法正确的是( )
A.雨水信号是输出量 B.控制器是电动机
C.执行器是湿度传感器 D.被控对象是窗户
解析 根据题意可知该系统是开环控制系统，雨水信号是输入量；放大及处理电路是控制器；执行器是电动机；被控对象是系统控制的对象即窗户。答案选D。
答案 D
3.闭环控制系统中反馈的作用是( )
A.消除干扰因素 B.实现自动控制
C.减少输入量的偏差 D.减少输出量的偏差
解析 反馈是闭环电路的核心，使输出量保持稳定。答案选D。
答案 D
4.关于开环控制系统和闭环控制系统，下列说法正确的是( )
A.开环控制系统由于某种干扰信号的作用使输出信号出现非正常状态时，要进行纠正，必须借助于人工
B.开环控制系统是人工控制，闭环控制系统是自动控制
C.开环控制系统会受到干扰因素影响，而闭环控制系统却不会
D.因为闭环控制系统的精度高，所以在设计一个控制系统时尽可能设计闭环控制系统
解析 闭环有反馈过程，当系统受到干扰时能使被控量发生变化，通过反馈能使输出量趋于稳定。故答案选D。
答案 D
如图所示的酒精含量探测器，它由控制电路、传感器及显示器、打印机等部件组成，它的工作原理是乙醇气体通过传感器，转化为电流或电压信号，再通过电路模数转换，在仪器上显示出气体中的酒精浓度值。被测驾驶员只需将口鼻靠近吹嘴进行轻微呼气，仅需1秒钟，敏锐的探测器就能直接显示出测试结果。请回答5～6题。
5.该探测器使用的是( )
A.湿度传感器 B.速度传感器
C.气敏传感器 D.温度传感器
答案 C
6.该控制系统的控制器和被控对象是( )
A.传感器和驾驶员
B.控制电路和驾驶员
C.控制电路和显示器
D.传感器和显示器
解析 由题意可知该系统是开环控制系统，控制过程是乙醇气体通过传感器转化为电信号输入到控制电路，最终在显示器显示酒精浓度值。故答案选C。
答案 C
7.如图为一款轨道小车，在其车头底部装有两个金属感应探测头，当左探测头探测到金属信号，增加小车右轮电机速度，使车子左转，直到探测头探测不到金属信号；右探测头探测到金属信号时，情况相反；当左右探测头都没有探测到金属信号时，左右轮电机转速相同，车子直行。关于该控制，以下说法不正确的是( )
A.被控对象是轨道 B.检测器是探测头
C.执行器是电机 D.输出量是小车运动状态
解析 该题控制的方式是开环，工作过程是左、右探测头探测到金属信号，增加小车右轮、左轮电机速度，使车子左转和右转所以车轮是系统控制的装置。故答案是A。
答案 A
8.如图所示为一款宾馆用的感应式液压自动餐炉。当传感器检测到人靠近时，液压装置会自动打开炉盖，方便客人查看或夹取食物，客人离开几秒钟后，炉盖自动关闭，以保持食物的温度与卫生。以下关于该炉盖开合控制系统的分析中正确的是( )
A.控制方式属于闭环控制
B.传感器可以选用热敏传感器
C.执行器是液压装置
D.多人同时靠近为其干扰因素
解析 该控制系统的输出量是打开和关闭炉盖，系统无反馈它是开环控制。传感器应选红外传感器。多人同时靠近也能正常工作，液压装置控制被控对象炉盖的打开和关闭是执行器。故答案是C。
答案 C
9.如图所示的视力保护提醒装置，当光敏电阻监测到外界光线低于设定亮度的下限或上限时，三极管导通，扬声器发出声音。 当外界光线值在设定亮度的范围时，三极管截止，扬声器不发出声音。 下列关于视力保护提醒装置的提醒控制系统分析中，正确的是 ( )
A.被控对象是人的眼睛
B.输入量是电流
C.控制量是三极管电流的大小
D.该控制系统有反馈，控制方式属于闭环控制
解析 此系统是开环控制，三极管承担控制器和执行器的功能，其输出即为控制量，所以答案是C。
答案 C
10.如图所示某大学公共浴室中，为了避免阀门未关而造成水资源浪费，不破坏墙体对原沐浴系统进行改造，增加节水控制系统，下列说法正确的是( )
A.图示所有管道均为水管
B.该控制系统中，用户卡是输入量
C.电磁阀的作用主要调节沐浴水的冷热程度
D.节水控制器内部应采用具有运算功能的单片机，能读取用户卡中的余额，并判断该用户是否具有淋浴权限的功能
答案 D
11.如图所示是体育馆升旗控制系统示意图，图中控制电脑输出音频信号奏起国歌的同时也输出控制信号给继电器，继电器工作，电动机带动卷扬机转动，旗杆向上升。当国歌结束，控制信号消失，旗杆刚好升到顶部停住。关于该控制系统说法中正确的是( )
A.该控制系统的被控对象是卷扬机
B.该控制系统的控制量是旗杆的升降
C.电动机电源电压的波动是该控制系统的干扰因素
D.该系统的设计模拟了人的功能和行为，是黑箱方法的应用
答案 C
12.如图所示是一个室内水箱水位控制系统。①进水管有杂物导致水流量变小②出水量的增大或减小③突然断水④天降暴雨⑤浮球破损，上述因素中有几项属于该控制系统的干扰因素( )
A.1 B.2 C.3 D.4
答案 D
13.中国家电行业的传奇——海尔公司在2010年柏林国际电子消费品展销会上推出了一款人力洗衣机。这款环保洗衣机可以将配套的动感自行车健身器材在使用时所产生的人力能量，经过能量转换器变成电能，用于驱动洗衣机清洗衣物。20分钟的运动可以支持洗衣机用冷水清洗一次常量衣物，算得上是一款从侧面督促您健身，保持健康生活状态的实用家电了。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人脚踩的力；②衣物；③洗衣机运行或停止中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(4)该控制系统的干扰因素是________(在①人脚踩的力；②系统各部件之间的摩擦；③洗衣机的运行速度中选择一项，将序号填写在“ ________”处)。
解析 该控制系统无反馈，全程有人参与故(1)、(2)答案选①。输出量是系统需控制的量故答案选③。人脚踩的力、洗衣机的运行速度分别是输入量和输出量，系统各部件之间的摩擦能引起输出量的变化。故答案②。
答案 (1)① (2)① (3)③ (4)②
14.如图是数控机床的位置控制系统示意图。检测装置检测机床工作台的实际位移，并将该位移值传输给数控装置与设定位移量进行比较，数控装置根据比较的偏差值控制伺服装置运动，驱动机床工作台到达指定的位置。
(1)根据示意图及其描述，在控制系统框图中“________”处填写相应的内容。
(2)实际位移量与设定位移量的比较是由________完成的(从①检测装置；②数控装置；③输入装置；④伺服装置中选择一项，将序号填在“________”处)。
解析 (1)数控机床控制系统是闭环系统，检测装置检测到实际位移与设定位移量进行比较，控制装置控制伺服装置运动，能让工作台达到设定位移。输入量：设定位移；输出量：实际位移；检测器：检测装置；被控对象：工作台；执行器：伺服装置。(2)实际位移量与设定位移量的比较即输入量与输入量的比较，由控制装置(即虚线框内部件)完成。
答案 (1)①设定位移 ②伺服装置 ③机床(机床工作台) ④实际位移 ⑤检测装置 (2)②
15.如图所示是飞机自动驾驶系统原理图，自动驾驶系统是 一种通过飞行员操作设定，或者由导航设备接收地面导航信号，自动控制飞行器完成飞行动作的装置。使用自动驾驶仪主要是为了减轻飞行员的负担，使飞机自动按设定的姿态、航向、高度和马赫数飞行。通过垂直陀螺仪得到飞机目前的飞行数据，经放大器、舵机使飞机自动飞行，关于该控制系统回答以下问题：
(1)该控制系统属于________控制(在①开环；
②闭环中选择一项)。
(2)该控制系统的被控对象是________；(在①舵机；②垂直陀螺仪；③飞机中选择一项)。
(3)设计自动驾驶系统时，既要考虑到系统的成本，又要考虑到系统精度、可靠性，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)。
(4)下列属于系统干扰的是________(在①高空气流波动；②乘客在飞机内走动；③飞机燃油报警；④飞机内行李位置变化中选择对的选项)。
解析 (1)该系统有反馈是闭环控制；(2)飞机是该系统控制的装置是被控对象；(3)既要考虑到系统的成本，又要考虑到系统精度、可靠性，需统筹兼顾体现了系统分析的综合性原则；(4)高空气流波动会造成飞机的飞行状态(输出量)发生变化属于系统的干扰因素。
答案 (1)② (2)③ (3)③ (4)①
16.如图所示的船舶倾斜控制系统，用于帮助船只在装载或者卸载过程中保持垂直，在可调控制器和液位变送器的工作下，转运两侧抗倾斜水罐中的压载水来进行倾角矫正。
(1)该系统的控制手段与方式分别属于________控制和________控制(在①手动控制；②自动控制；③开环控制；④闭环控制中选择合适的选项，将序号填写横线处)。
(2)该系统的被控对象是________(①水箱；②液位开关；③液位传送器；④船舶中选择合适的选项，将序号填写横线处)。
(3)该系统的控制量是________(①船舶倾斜角度；②液位差；③海水柜的容量；④水箱中的水位中选择合适的选项，将序号填写横线处)。
(4)该系统海水柜吸入的水质质量太差，阀门积垢太多后堵塞时，会导致水泵马达空烧而损坏，船舶倾斜控制系统随之失效，这句话的描述中，没有提到的系统特性是________(①整体性；②相关性；③环境适应性；④动态性；⑤目的性中选择合适的选项，将序号填写横线处)。
解析 (1)船舶倾斜控制系统从手段和方式上来分析，无需人参与和通过反馈使船只在装载或者卸载过程中保持垂直是自动和闭环控制；(2)系统控制的装置是船舶所以被控对象是船舶；(3)液位变送器是执行器其输出量液位差就是控制量；(4)这句话描述的是①②③④四种特性没有提到目的性。
答案 (1)② ④ (2)④ (3)② (4)⑤
17.雨滴感应式自动雨刷控制系统使驾驶员免除手动操作雨刷的麻烦，传感器将检测出的雨滴大小变成电信号，传递给单片机，单片机根据电信号的强弱控制直流电动机的转速，从而控制雨刷的速度，使得雨刷的速度与雨量大小相适应。请根据描述，完成以下任务：
(1)该系统的控制方式和控制手段分别属于________和________(在①手动控制；②自动控制；③开环控制；④闭环控制中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(2)该系统的被控对象是________，执行器是________(在①雨刷；②雨量；③直流电动机；④单片机中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(3)雨滴感应式自动雨刷控制系统会受到各种干扰，以下因素中不属于干扰因素的是________(在①雨刷器上的沙尘；②霜冻；③特大暴雨中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)。
解析 无人参与且无反馈控制手段是自动控制，控制方式是开环控制；电动机接收电信号直接对雨刷控制故被控对象是雨刷，执行器是直流电动机；特大暴雨是输入量。故不是干扰因素。
答案 (1)② ③ (2)① ③ (3)③
18.如图所示是空气能热水器控制系统。其工作过程是：温度传感器检测储水箱中的水温，把信号反馈给微电脑控制器，与设定的温度值进行比较，达到设定的温度值时，控制器控制蒸发器、压缩机关闭。请回答下列问题。
(1)该定量控制系统的控制方式属于________(在①闭环控制；②开环控制中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(2)温度传感器在该控制系统中属于________(在①输入处理装置；②检测反馈装置中选择一项，将序号填写在“________”处)；
(3)该控制系统的执行器与控制量分别是________、________(在①微电脑控制器；②蒸发器、压缩机；③热量；④温度值中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(4)温度传感器应该安装在________里(在①膨胀阀；②蒸发器；③储水箱中选择一项，将序号填写在“________”处)。
解析 该控制系统被控量是水温且有反馈是闭环控制故(1)答案选①；温度传感器检测储水箱中的水温，把信号反馈给微电脑控制器，与设定的温度值进行比较是检测装置故(2)答案选②；系统的执行器(3)是②，它们的输出量就是控制量故(3)答案选③；因为测量的是水温所以应放置在水中故(4)答案是③。
答案 (1)① (2)② (3)② ③ (4)③
19.如图所示为汽车电动助力转向控制系统示意图。其工作原理是电子控制单元ECU根据扭矩传感器检测到的转向盘转角信号、汽车速度信号和汽车负载信号综合确定转向助力大小和方向，并控制电动机相应转动，电机作用于减速机构，减速机构带动转向齿轮、转向齿条和连接杆使车轮转到相应角度。请根据示意图和描述，完成以下任务：
(1)该系统的控制手段和方式分别属于________和________(在①手动控制；②自动控制；③开环控制；④闭环控制中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(2)该系统的被控对象是________(在①电动机；②减速机构；③转向齿轮、转向齿条和连接杆④车轮中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(3)该系统中的负载信号的传感器应选用________(在①速度传感器；②力敏传感器；③磁敏传感器中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(4)下列属于该系统干扰因素的是________(在①汽车刹车减速；②驾驶员猛打方向盘；③汽车进入强力磁场地区；④汽车驶过坑洼地带中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)。
答案 (1)② ③ (2)④ (3)② (4)③④
20.如图所示是带钢纠偏控制系统。传感器对带钢边缘进行检测，检测结果送入微控制器，微控制器计算出偏差信号并给出相应的控制信号， 控制信号经伺服驱动器放大后送至伺服电机，电机带动智能换向阀，换向阀驱动油缸动作，从而驱动纠偏执行机构移动，实现带钢纠偏。
①传感器 ②补偿型控制放大器 ③微控制器 ④伺服电机 ⑤换向阀 ⑥油源 ⑦油缸
请根据示意图和描述，完成以下任务：
(1)该系统的输入量是________(在①设定的带钢位置；②油缸的动作；③执行机构的移动方向中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)。
(2)系统设计中需要根据带钢宽度选择传感器的尺寸，这体现了系统的________(在①相关性；②整体性；③目的性中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)。
(3)传感器对带钢边缘进行检测，将检测结果送入微控制器并与输入量进行比较的过程称为________。
(4)关于该控制系统不需要做的试验是________(在①异常运行试验；②机械密封试验；③带钢强度试验；④正常运行试验中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)。
解析 (1)设定的带钢位置是事先设定的量是系统的输入量；(2)这是要素之间的关系是相关性；异常运行试验的目的是提高系统可靠性，可能避免不应有的事故发生。如“外部突然断电试验”，当设备在手动或自动运行时，不论在何种情况下，对于外部的突然断电，均能可靠停止，且通过规定的操作步骤能使设备恢复正常工作。
答案 (1)①设定的带钢位置 (2)①相关性 (3)反馈 (4)③带钢强度试验
21.如图是两种不同的气压控制。图甲是小型车载充气泵，给轮胎充气前预设一个胎压值，充气后胎压达到预设值时，电机关闭，充气结束。圈乙是空气压缩机，当储气罐内气压低于2 atm(标准大气压)时，气泵启动，储气罐充气；当储气罐内气压高于3 atm时，气泵关闭，停止充气。根据要求，完成下列各题。
(1)图甲和图乙的充气控制分别属于________和________(在①开环控制；②闭环控制中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(2)上述图甲和图乙的控制中，被控对象分别为________和________ (在①电机；②车胎：③储气罐；④气泵中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(3)图甲的控制过程中，以下不属于干扰因素的是________(在①供电电压的波动：②胎压传感器测量不准确；③充气皮管漏气；④改变预设气压中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(4)车载充气泵依靠车内12 V电源供电，设计时不能单纯为了提高充气速度而提高电机功率，需要考虑到电机功率和车载电源的供电平衡。这体现了系统分析的________(①综合性；②整体性；③科学性；④目的性中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)。
答案 (1)① ② (2)② ③ (3)④ (4)①
22.如图所示是一款平衡车。电动独轮平衡车主要通过控制器(智能芯片)、姿态传感器(陀螺仪)、执行器(电机)三部分来实现平衡。当驾驶者倾斜身体时，姿态传感器输出相应姿态信息，控制器感知到这个信息后，命令电机向相应方向旋转，姿态传感器按一定频率不停地测量车子姿态，并输出姿态息到控制器，控制器不停地调整电机的转动方向和转速，这样就保持了一个动态的平衡。
根据上述说明，回答下列问题：
(1)该系统的控制手段和控制方式分别属于________和________(在①手动控制；②自动控制；③开环控制；④闭环控制中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
(2)该控制系统的控制器和被控对象分别是________和________(在①人体；②姿态传感器；③智能芯片；④电机；⑤独轮车中选择合适的选项，将序号填入“________”处)。
(3)在实际车运行过程中，由于平衡车本身的运动所产生的加速度会使得输出信号无法准确反映真正的倾角。这被称为该控制系统的________。
答案 (1)② ③ (2)③ ⑤ (3)干扰因素
23.(1)如图所示，工程师恩格尔伯格(Joseph Engelberger)与机械运动学、人体解剖学和计算机等领域的专家组建团队，共同研发了世界上第一台工业机器人，体现技术的创新性，也体现技术________性质。该团队在研发该产品时采用了________(①综合性；②两面性；③专利性；④功能模拟法；⑤黑箱方法从上述选项中选一项，将序号填入“________”中)。
(2)如图所示，为将一个物体从A移到B位置，需要一个庞大系统来实现，从系统分析综合性原则考虑，首先要解决________(①回转伺服控制器；②视觉系统；③控制计算机；④通讯协议；⑤滑觉与力觉传感器，从上述选项中选一项，将序号填入“________”中)。
答案 (1)① ④ (2)②
24.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。该诊断方法属于( )
A.黑箱方法 B.功能模拟法
C.干扰法 D.虚拟试验法
答案 A
25.如图所示为一款可穿戴式仿生机械腿，整套系统采用了仿生设计，通过传感器检测感知，以内置电动马达为动力，将它穿在身上后，可以提供必要的支撑力，在双手手杖的辅助下，让人重新站立。这款机械腿的行为属于( )
A.反馈方法 B.奇特性构思方法
C.黑箱方法 D.功能模拟法
解析 这款机械腿是用“模型”模拟“原型”的功能和行为，所以答案是D。
答案 D
26.为了测量集成电路芯片好坏，可以采用电压测量法：先给集成电路接上工作电压，然后测出各引脚对地的电压值，依此来判断集成电路的好坏。这种方法是( )
A.黑箱方法 B.移植方法
C.虚拟方法 D.功能模拟法
解析 先给集成电路接上工作电压是输入信号，然后测出各引脚对地的电压值是输出信号，通过输入和输出的关系进而判断集成电路的好坏，是黑箱方法。故答案选A。
答案 A
课件23张PPT。第三节 闭环控制系统的干扰与反馈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。 反馈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 。 干扰因素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进行比较，从而减少输出量的偏差，稳定输出量。闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控制量(输出量)的偏差。 4.闭环控制系统的工作过程 (1)由于干扰因素等的存在，系统的被控量偏离 。
(2)闭环控制系统中的反馈环节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。
(3)控制器根据比较得到的 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。 给定值偏差信号5.功能模拟方法和黑箱方法(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一、 干扰与反馈
干扰使控制系统的输出量(或被控量)偏离给定值。
反馈使控制系统的输出量(或被控量)趋于稳定。【典例1】 洲际弹道导弹是一种无人驾驶的无翼飞行器，以惯性制导为主。惯性制导(inertial guidance)是利用陀螺仪和加速度表组成的惯性测量装置测量导弹的运动参数，控制其按预定路线飞行的一种制导方式。整个制导系统由惯性测量装置、计算机和执行机构等组成。惯性测量装置测出导弹运动参数的变化，计算机根据实时测得的数据、发射前输入的初始条件和重力影响等数据，算出导弹的实际飞行速度、航向、姿态和坐标，并将这些数据与制导程序要求的预定值进行比较，根据偏差大小产生相应的制导指令，执行机构根据制导指令控制导弹沿正确的路线飞行。请根据示意图和描述，完成以下任务：(1)该系统的控制手段和控制方式分别属于________和________(在①手动控制；②自动控制；③开环控制；④闭环控制中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(2)该控制系统的控制器和被控对象分别是________和________(在①陀螺仪；②计算机；③加速度表；④洲际导弹中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；(3)导弹在飞行过程中会受到外界环境的各种干扰，以下不属于干扰因素的是________在①计算机等装置设置的预定路线；②红外光辐射来诱导导弹偏离目标；③飞行过程中碰到了飞鸟中选择合适的选项，将序号填写在“________”处)；
(4)惯性测量装置测量导弹的运动参数变化并与制导程序要求的预定值进行比较，这一过程称为________。解析 导弹运行过程不需要人直接干预，人只是给控制发出指令或设置相关信息，控制过程有反馈，故(1)选②④。洲际导弹是该系统所要控制的装置是被控对象。计算机是接收偏差信号并进行处理和发出指令的装置是控制器，故(2)答案选②④。根据干扰和反馈的定义可知(3)(4)答案选① 和反馈。
答案 (1)② ④ (2)② ④ (3)① (4)反馈[方法总结] 判断控制系统是开环控制还是闭环控制，主要是分析系统是否有反馈，是人工还是自动控制要看开始和结束或全程人是否参与；干扰只要将输入量排除其他能引起输出量变化的都是干扰因素，任何系统都会受到干扰，闭环控制系统由于具有反馈过程能起到抗干扰的作用，控制精度高；也必须注意有些是外界因素但对系统不产生任何影响那不是干扰因素。
某学校铃声控制系统的工作过程是：电脑根据设定的时间顺序，发出电信号给功率放大器，使音箱发出铃声。请根据上述说明，完成1～2题。变式训练1 (2016·3浙江高考)关于该控制系统的说法中，不正确的是( )A.控制器是电脑
B.执行器是功率放大器
C.被控对象是音箱
D.输出量是功率放大器发出的电信号
解析 该题是开环控制，控制过程是响铃时间顺序设定到控制器(电脑)，电脑发出指令给执行器(功率放大器)，控制被控对象(音箱)发出铃声(输出量)。故答案选D。
答案 D变式训练2 (2016·3浙江高考)各种干扰因素会造成系统工作不正常，下列不属于干扰因素的是( )A.电脑中侵入病毒程序
B.响铃时间顺序设定错误
C.工作电压超出系统正常工作范围
D.系统附近使用无线电设备
解析 响铃时间顺序设定是输入量，根据干扰的定义它不属于干扰。故答案选B。
答案 B变式训练3 如图所示是智能清洁机器人，具有吸尘、防撞功能。吸尘系统用电机带动清扫刷转动，清扫灰尘并将灰尘集中于吸风口处，由吸尘机构制造的吸力将灰尘吸入灰尘存储器中。防撞系统中传感器检测周围的障碍物，单片机对信号加以判断，控制电机驱动轮子改变方向，躲避障碍。以下分析正确的是( )A.吸尘系统属于开环控制，吸尘系统的被控对象是灰尘存储器
B.防撞系统中传感器检测周围的障碍物，防撞系统属于闭环控制
C.防撞系统的传感器可以选用红外传感器
D.防撞系统的被控对象是轮子
解析 本题这二个系统都是开环控制系统，选项A被控对象是灰尘，防撞系统中传感器检测的是输入量，系统是开环，防撞系统应选用位移传感器，轮子是防撞系统控制的被控对象。故答案选D。
答案 D二、功能模拟方法和黑箱方法实现自动控制的方法之一功能模拟法，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。
研究系统的方法之一黑箱方法，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。 【典例2】 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
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。故答案是D。
答案 D[方法总结] 功能模拟法是指用“模型”模拟“原型”的特定功能、行为的方法，而黑箱是一个内部结构、功能未展示的系统，是通过输入和输出进行判断的。变式训练1 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
解析 A、B、C、三个选项均是通过输入和输出来判断功能状况的是黑箱方法。D项是能够看清内部结构的。故不是黑箱方法。
答案 D变式训练2 如图所示方框中是一电路结构，请你根据输入和输出进行判断内部电路结构是下列哪种结构( )解析 本题考查的是黑箱方法，根据题意输入是12 V，输出是4 V，电路的分压原理可知C答案符合题意。
答案 C
