闭环控制系统的干扰与反馈.ppt

第四单元 控制与设计 4.3 闭环控制系统的干扰与反馈 1.什么是干扰因素 各种电器设备对电视机的干扰. 干扰因素 干扰因素 应保持的速度 自行车 行使的速度 风 给定量 被控量 逆风、顺风、雨水…… 干扰因素可能一个， 也可能若干个。 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。 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。 案例1： 在飞机上，使用电子装置可能会干扰飞机的通信、导航、操纵系统，会干扰飞机与地面的无线信号联系，尤其是在升降时，即使这些干扰只造成飞机很小的角度的航向偏离，也可能导致机毁人亡的结果。1999年7月11日，某航班准备在广州白云机场降落时，出现了8度的航迹偏离，机长发现后，立即通知乘务员检查，结果发现有四五位旅客在使用移动电话。乘务员上前制止后才在着陆时恢复了正常航迹。因此在飞机上不能使用手机及其他电子产品。 马上行动 电冰箱的温度控制系统， 下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素 开电冰箱门 电冰箱所在房间的温度从20度变到32度 把热菜热饭放入电冰箱中 在电冰箱外放一盆冷水 是 是 是 否 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装置 蔬菜大棚的温度控制 下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？ 电机输出电压 的波动等、齿轮间的摩擦力等 滑轮组的摩擦力等 外部环境温度变化， 大棚保温材料的保温性能改变等 克服干扰 控制系统在工作过程中必须克服干扰，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，空调器监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。 克服干扰的基本方法 1.消除干扰:如飞机中不能使用通信设备; 2.减弱干扰:如电器在使用时要远离其他电子设备; 3.提高控制系统性能:如采用闭环控制系统; 干扰因素是否一无是处？ 干扰因素有时要克服，有时还可利用。 在军事中，可利用一定频率的电磁波对对方的信息指挥系统进行干扰。 手机来电闪， 根据电磁波干扰原理 2.反馈 被控量 闭环控制系统方框图 被控对象 控制量 给定量 控制器 执行器 检测装置 比较器 + - 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）。 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。 　　　 闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量（输出量）的偏差。所以一个闭环控制系统，能够克服外界干扰，使被控量控制在给定值附近。 闭环控制系统的工作过程 浮球 控制器 阀门 水箱 预设水位 进水量 比较器 供水水箱的水位自动控制系统 实际水位 热电偶 控制器 加热器 加热炉 设定 温度 比较器 加热炉的温度自动控制系统 热量 炉内温度 闭环控制系统与开环控制系统的比较 闭环控制：反馈控制， 偏差控制，可以抑制内、外扰动对被控量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。 开环控制：顺向作用，没有反向的联系，没有修正偏差能力，抗扰动性较差。结构简单、调整方便、成本低。在精度要求不高或干扰影响较小的情况下，这种控制方式还有一定的实用价值。 闭环控制系统与开环控制系统的比较 系统 开环控制系统 闭环控制系统 能否自动调节补偿 控制精度 结构 适用场合 否 低 高 是 简单 复杂 精度要求低、 稳定场合 精度要求高、 可靠性高 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，就是功能模拟法。 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。 历史上曾经有过能模拟人的动作行为的各种模型，却没有解决从结构上模拟人的大脑进行思考的问题，因为人的大脑太复杂了。在没有彻底弄清人脑内部结构和机理的情况下，必须另辟一条新的模拟途径，这条途径不要求从结构上去模拟人脑，而是只要求模型在功能行为上与人脑相似。也就是，仅仅根据模型和人脑在功能行为上的相似，实现对人脑的模拟。 对人脑的模拟 卡斯帕罗夫VS“深篮” 例如：在国际象棋的人机对弈中，计算机具有与人脑类似的逻辑判断功能，能模拟棋手的思维与