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* * 第四单元 控制与设计 第三节 控制系统的干扰及设计 一）什么是干扰因素： 1.干扰因素的概念： 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。 案例一：逆风中骑自行车。 脚踩的力 自行车 行使的速度 风 给定量 被控量 逆风、顺风、上坡路…… 案例二：飞机飞行。 结论：在控制系统中，干扰因素一定有，可能有一个，也可能有若干个。 扩展讨论： 生活中还有哪些例子说明“控制系统的干扰是存在的，是不可避免的”？ 马上行动： 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。 外面热气进入冰箱将会引起箱内温度变化，属于干扰因素。 （2）电冰箱所在房间的温度从20℃变到32℃ 属于干扰因素。 （3）把热菜或热饭放入电冰箱中。 属于干扰因素。 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？ 蔬菜大棚的温度控制 利用滑轮组提升重物的控制系统 自动扶梯的升降控制系统 干扰因素 控制系统 扶梯承载的重力、电机输出电压的波动、齿轮间的摩擦力等。 滑轮组的摩擦力、电机电源的波动等、绳子和滑轮，重物的重力。 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、植物排放的二氧化碳，温室效应。 案例分析： 电视机的工作。 电视机出现画面紊乱的现象往往是由于受到外界磁场干扰。 比如：近距离摆放的电冰箱、空调器、电风扇、日光灯等等。他们就是电视机正常工作的干扰因素。 克服这些干扰的办法就是将家用电器远离电视机放置。 2.克服干扰的基本方法： A、消除干扰 在飞机上不能使用通信工具 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 3.干扰因素的特点： （1）干扰既存在于闭环控制中，也存在于开环控制中。 声控灯开环控制，除输入的声音外，其他声音就是其干扰因素；空调房的温度控制属于闭环控制，室外环境温度的变化就是它的干扰因素。 （2）通常，干扰因素都是作用在控制对象上，其作用是破坏控制系统的平衡——使被控量偏离平衡值。 （3）通常，干扰因素不止一个。如自行车速度控制的干扰因素除逆风外，还可能有路面状况（斜坡、粗糙度）。 （4）在进行控制系统设计时，必须对可能存在的干扰进行全面的调查和分析，如果干扰比较经常和严重，对控制目标影响产生严重的后果，就必须考虑抗干扰措施，保证控制系统的正常工作；如果可能存在的干扰不是很严重，对系统正常工作影响不大，就可以忽略。因为任何抗干扰措施的实现，都意味着系统结构的复杂和成本的增加。 （5）对干扰的利用，是指有意对控制系统施加干扰，使控制系统无法达到控制的目标，而不是控制系统本身需要干扰。 例如：打狂犬疫苗、军事演习中对敌方信息指挥系统进行电磁波干扰。 火盆。冬天冷了，可以在室内放火盆，这样可以使室内温度升高。 马上行动： 生活中哪些干扰因素是可以利用的？如何进行利用？ [思考设计]：家用抽水马桶是一个典型的闭环控制系统的水位控制。 闭环控制系统的特点: 1）系统输出量对控制作用有直接影响。 2）有反馈环节，并应用反馈减小误差。 3）当出现干扰时，可以自动减弱其影响。 在加热锅炉的温度控制系统中，可能有那些干扰因素，系统如何克服干扰使炉温稳定在给定范围内？ 干扰因素有加热炉外的环境温度变化、加热器的电压波动、炉壁自身温度、炉内空气温度等。 [图片展示]： 烘箱（饮水机） P113 思考： 首先用热电偶来代替温度计来测量温度的值，然后对温度的比较，当小于恒温箱给定时，就增大加热装置的电流；相反当大于恒温箱给定时，就减小电流。这样恒温箱就能保持给定的温度。 加热炉的温度自动控制系统的结构图： 闭环控制系统受影响较小，因为闭环控制系统能不断修正控制效果。 思考与分析 在出现干扰的情况下，开环控制系统和闭环控制系统哪种受干扰的影响小？为什么？ 三）控制系统的分析方法 1. 功能模型法 请大家观察下面图1、图2,对比人工恒温箱控制系统与自动恒温箱控制系统的方框图，我们发现：两者的控制器、执行器及检测装置的具体结构不同，但两者在功能和行为是相似的，都能实现恒温箱的恒温控制。 实际温度 给定温度 大脑 肌体 恒温箱 + - 眼睛 图1 人工恒温箱控制系统方框图 实际温度 给定温度 比较电路 电机 恒温箱 + - 热电偶 图2 自动恒温箱控制系统方框图 这种以功能和行为的相似性为基础，用