4.3闭环控制系统的干扰和反馈　永二中.ppt

第四单元 控制与设计 闭环控制系统的干扰和反馈 马上行动 二、反馈 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，就是反馈（feedback） 案例分析：投篮 闭环控制系统的工作过程 闭环控制系统与开环控制系统的比较 三、功能模拟方法 观察加热炉温度手动控制系统示意图。 比较加热炉温度自动控制系统与手动控制系统，我们发现：控制器代替人脑实现了温度控制的功能，执行器代替人手实现了调压的功能，检测装置代替了人眼实现了检测温度值的功能。 四、黑箱方法 在生活中，有时我们需要认识的对象的内部无法打开或不便打开，这时，可以通过观测和考察它的输入和输出的关系来推测其内部的特性和功能。 * * 1. 任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节所涉及的装置就构成了一个系统，称为控制系统。 知识回顾 控 制 系 统 闭环控制系统 （closed loop control system） 开环控制系统 （open loop control system） 简单开环控制系统的方框图: 简单闭环控制系统的方框图： 被控对象 执行器 控制器 输入量 控制量 输出量 被控对象 执行器 控制器 给定量 水流量 被控量 （输出） 检测装置 比较器 + - 1、干扰因素 2、反馈 3、功能模拟方法 4、黑箱方法 第三节 闭环控制系统的干扰与反馈 一、干扰因素 在日常生活中，干扰（interference）是时常存在的。例如，人在逆风中骑自行车，逆风对自行车的速度构成干扰，要保持速度不变，人就需要用力蹬车，以克服这一干扰； 自行车 风 脚蹬的力 行车速度 提问：飞机在起飞和降落过程中是否会受到电磁波干扰？ 路况 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成为干扰因素． 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。 干扰因素 在电冰箱的温度控制系统中，下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素？ （1）开电冰箱门 （2）电冰箱所在房间的温度 从20摄氏度变到30摄氏度； （3）把热菜或热饭放入电冰箱中； （4）在电冰箱外放一盆冷水。 严格说这也会引起环境温度的变化，但这种变化一般有利于冰箱实现目标，不属于干扰因素。 （4）在冰箱外放一盆冷水。 思考：在下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？ 控制系统 干扰因素 自动扶梯的升降控制系统 利用滑轮组提升重物的控制系统 蔬菜大棚的 温度控制 扶梯承载的重力、电机输出电压的波动。 滑轮组的摩擦力、电机电源的波动。 外部环境温度的变化、大棚保温材料的保温性能产生变化等。 电视机有时在正常工作时，突然出现图像闪烁厉害或画面紊乱等情况，这是由于它受到外界磁场干扰所导致的现象。 如果在电视机周围放置一台电冰箱，当电冰箱启动工作时，会形成一定范围的磁场，将对电视机的图像造成干扰，使其画面紊乱。又如，空调器在工作时也会向周围空间发射大量的电磁波，如果电视机与空调器的距离很近，电磁波将对电视机图像造成干扰。此外，电风扇、日光灯等电器也会对电视机产生不同程度的磁场干扰，从而导致电视机的图像出现抖动，波纹等现象。 案例分析 2.克服干扰的基本方法： A.消除干扰B.减弱干扰 电器在使用时远离其它电子设备 C.提高控制系统性能 采用闭环控制系统 飞机上不能使用通信工具 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。 许宁在体育课上练习立定投篮时，发生了这样的情况： 第一次投掷，由于用力太大，篮球碰到篮板上弹了回来，没有命中。 第二持投掷，他吸取了第一次的经验，减小了用力，但由于用力过小，篮球没有碰到篮圈。 第三次投掷，他吸取了前两次的 经验，终于投中了。 在这里，可以将人看作控制系统，眼睛（检测装置）把接受到的篮圈位置以及篮球实际投掷的位置等信息输入大脑（控制器），经大脑分析和加工处理后，发出指令，指挥手投掷篮球（输出），直到投篮命中。 × 控制器（大脑） 执行器（手） 被控对象（篮球） 篮球实际投掷的位置 检测装置（眼睛） 篮圈的位置 投篮的工作过程可用下图描述： 在自动控制系统中，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，就是反馈（feedback）。 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