第四单元第3课时(闭环控制系统的干扰与反馈)

干扰因素：加热炉外环境温度的变化、 干扰因素：加热炉外环境温度的变化、电压的波动
三、闭环控制系统与开环控制系统的比较
类别 性能特点
能否自动调节和补偿
开环控制系统 否 低
闭环控制系统 能 高
控制精度 结构 适用场合
简单 复杂 精度要求不高， 要求高精度、 精度要求不高， 要求高精度、 本身较稳定 高可靠性
在生产生活中有很多利用反馈来分析和处理被控对象， 在生产生活中有很多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， 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。 的目标运行。如：
+ 反馈环节
（温度测试） 温度测试） 电水壶 自动电水壶
从反馈来看， 从反馈来看，闭环控制系统就是指在系统的输出与输 入端之间存在反馈回路， 入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生影响的控 制系统。 制系统。 闭环控制系统中的反馈环节能及时检测出被控量的值， 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， 并迅速反馈到输入端，与给定值进行比较，从而对偏差信 号进行调节，达到精确控制的目的。 号进行调节，达到精确控制的目的。 闭环控制系统方框图： 闭环控制系统方框图：
给定量 比较器 + 干扰 控制器 执行器 检测装置 控制量 被控对象 被控量
-
观看视频，思考为什么影片中展示的自动控制系统最终会失败？ 观看视频，思考为什么影片中展示的自动控制系统最终会失败？
缺少反馈环节 控制属于开环控制系统
教材p112 教材p112
教材113 加热炉的温度自动控制系统 教材
在下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？ 在下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？ 控制系统 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 干扰因素 承载的重量、电压的波动 承载的重量、 电机的电压波动、滚轮的 电机的电压波动、 摩擦力 环境温度的变化、材料的 环境温度的变化、 保温性能
黑箱法判别西瓜生熟 看、听、拍 生或熟
西 瓜
黑 箱
瓜蒂
一、目测法： 目测法： 果皮坚硬光亮，花纹清晰、 果皮坚硬光亮，花纹清晰、果实脐部和果蒂向 内收缩、凹陷，果柄上的绒毛大部分脱落， 内收缩、凹陷，果柄上的绒毛大部分脱落，这些 都可作为西瓜成熟的标志。 都可作为西瓜成熟的标志。
二、拍打法： 拍打法： 敲打或指弹瓜面时，若发出砰、砰、砰的低浊 敲打或指弹瓜面时，若发出砰、 音多为熟瓜； 音多为熟瓜； 相反，若发出咚、 咚坚实音的， 相反，若发出咚、咚、咚坚实音的，则多属 生瓜。 生瓜。
二、反馈
在自动控制系统中， 在自动控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返 回到输入站并与输入量进行比较的过程，就是反馈。 回到输入站并与输入量进行比较的过程，就是反馈。 干扰因素
额外加水量 比较器 给定 + 水流量
水位
定时器
进水阀门 检测装置
游泳池
-
游泳 池的 水位
反馈环 节
桌上放一个1 的烧杯，准备一个乒乓球， 桌上放一个 L 的烧杯，准备一个乒乓球，请一个同 学做以下游戏： 学做以下游戏： 1、稍离桌子一定距离，将乒乓球投入烧杯中； 、稍离桌子一定距离，将乒乓球投入烧杯中； 2、将学生双眼蒙上后，再请该学生投乒乓球； 、将学生双眼蒙上后，再请该学生投乒乓球； 3、取下学生的眼罩后，重复第2步 3、取下学生的眼罩后，重复第2步。 请学生探讨以上游戏活动中体现的系统的干扰因素和 请学生探讨以上游戏活动中体现的系统的干扰因素和 干扰因素 反馈环节，并体会反馈对控制系统的作用。 反馈环节，并体会反馈对控制系统的作用。
电视机
电视机有时在正常工作时， 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， 厉害或画面紊乱等情况，这是由于它受到外界磁场 干扰所致的现象。 干扰所致的现象。 电视机最忌磁场干扰， 电视机最忌磁场干扰，如果在电视机周围近距 离放置冰箱、空调、电风扇等家用电器， 离放置冰箱、空调、电风扇等家用电器，会对电视 机产生磁场干扰，从而导致电视机的图像出现抖动、 机产生磁场干扰，从而导致电视机的图像出现抖动、 波纹等现象。 波纹等现象。 根据你的生活经验， 根据你的生活经验，哪种电器的使 用对电视机图像影响最大？ 用对电视机图像影响最大？ 如何克服家用电器对电视机的干扰？ 如何克服家用电器对电视机的干扰？
在飞机上， 在飞机上，使用电子装置可能会干扰飞机的通 导航、操纵系统， 信、导航、操纵系统，会干扰飞机与地面的无线 信号联系，影响电子导航设备。尤其在飞机起飞、 信号联系，影响电子导航设备。尤其在飞机起飞、 降落时干扰更大， 降落时干扰更大，即使这些干扰只造成飞机很小 角度的航向偏离，也可能导致机毁人亡的后果， 角度的航向偏离，也可能导致机毁人亡的后果， 是威胁飞行安全的“杀手” 是威胁飞行安全的“杀手”。
无线电测向运动是竞技优育项目之一， 无线电测向运动是竞技优育项目之一， 也是业余无线电活动的主要内容。 也是业余无线电活动的主要内容。大致过程是 ：在旷 山丘的丛林或近郊、公园等优美的自然环境中， 野、山丘的丛林或近郊、公园等优美的自然环境中，事 先隐藏好数部信号源，定时发出规定的电报信号。 先隐藏好数部信号源，定时发出规定的电报信号。参加 者手持无线电测向机，测出隐蔽电台的所在方向， 者手持无线电测向机，测出隐蔽电台的所在方向，采用 徒步方式，奔跑一定的距离，迅速、 徒步方式，奔跑一定的距离，迅速、准确地逐个找出这 些信号源。以在规定时间内，找满指定台数、 些信号源。以在规定时间内，找满指定台数、实用时间 少者为优胜。又称无线电“猎狐” 少者为优胜。又称无线电“猎狐”。 在竞技比赛中，为了增加比赛的难度， 在竞技比赛中，为了增加比赛的难度，考验选手的 分析和判断能力，组委会通常会设置一些干扰。 分析和判断能力，组委会通常会设置一些干扰。如在无 线电测向找电台过程中，选手需要找出四个台， 线电测向找电台过程中，选手需要找出四个台，而设置 则有六个， 则有六个，而且那两个电台发射一定的频率来干扰选手 的判断。 的判断。
中医中黑箱方法的运用 中医中的“以象测脏”的方法就是原始的黑箱方法。 中医中的“以象测脏”的方法就是原始的黑箱方法。 就是输入/输出的信息； 象，就是输入/输出的信息；脏，就是人体黑箱内部的 规律性联系。 规律性联系。 中医看病，主要通过“ 中医看病，主要通过“望、闻、问、切”等外部观 察作出诊断，开方抓药。有时遇到疑难杂症没有把握时， 察作出诊断，开方抓药。有时遇到疑难杂症没有把握时， 可以先投以试探性的药物，观察病人的反应， 可以先投以试探性的药物，观察病人的反应，并随时增 减药物，观其疗效，一旦抓住病症应大胆对症下药。 减药物，观其疗效，一旦抓住病症应大胆对症下药。这 种从体的输入特征入手，实施“辩证诊治” 种从体的输入特征入手，实施“辩证诊治”的方法正是 黑箱方法的精髓所在。其中人的气色、舌苔、 黑箱方法的精髓所在。其中人的气色、舌苔、脉搏等都 是人体内部传出的信息，是人体是否健康的反映。 是人体内部传出的信息，是人体是否健康的反映。 中医应用黑箱方法推导人体内部规律时， 中医应用黑箱方法推导人体内部规律时，主要采用 了演绎推理和类比推理。 了演绎推理和类比推理。
一、干扰因素
1、定义： 、定义：
在控制系统中，除输入量（给定值）以外， 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。 控量变化的各种因素称为干扰因素。
在电冰箱的温度控制系统中，下列情况是否属于影响 电冰箱的温度控制系统中， 的温度控制系统中 其温度控制的干扰因素？ 其温度控制的干扰因素？ （1）开电冰箱门； 属于 开电冰箱门； 电冰箱所在房间的温度从20℃变到32℃ （2）电冰箱所在房间的温度从20℃变到32℃； （3）把热菜或热饭放入电冰箱中； 属于 把热菜或热饭放入电冰箱中； 在电冰箱外放一盆冷水。 （4）在电冰箱外放一盆冷水。 不属于
第三节 闭环控制系统的干扰与反馈
1、举起右手，在空中画正方形。 举起右手，在空中画正方形。 这个控制系统中的输入与输出分别是什么？ 这个控制系统中的输入与输出分别是什么？ 右手画方的命令 输入） （输入） 右手的动作 输出） （输出）
大脑
2、举起左手，在空中画圆形。 、举起左手，在空中画圆形。 3、举起双手，右手在空中画方，左手画圆。 举起双手，右手在空中画方，左手画圆。 观察此时双手所画的形状，并与第1 次相比较， 观察此时双手所画的形状，并与第1次、第2次相比较， 思考原因。 思考原因。
黑箱方法
通过对系统的输入与输出的关系的研究 推断系统内部结构和功能的方法，通过观测黑 推断系统内部结构和功能的方法， 箱外部的输入信息(外界对黑箱的影响)和输出 箱外部的输入信息(外界对黑箱的影响) 信息(黑箱对外界的反应)研究和认识其功能、 信息(黑箱对外界的反应)研究和认识其功能、 特性、结构、机理。 特性、结构、机理。
属于
2、来源
环境原因： 如逆风行驶自行车时，风对自 环境原因： 如逆风行驶自行车时， 行车速度的干扰。 行车速度的干扰。 人为原因： 如飞机飞行过程中，手机信号 人为原因： 如飞机飞行过程中， 对飞机航向的干扰。 对飞机航向的干扰。
3、个数
控制系统中的干扰因素的个数不确定， 控制系统中的干扰因素的个数不确定，可能 是一个，也可能是若干个。 是一个，也可能是若干个。 如雨夜行车，下雨和天黑都对行车速度有影响。 如雨夜行车，下雨和天黑都对行车速度有影响。
飞机上能打手机 深航飞京沪线率先实行
发表时间：2008-4-22 10:16:42
随着技术的进步， 随着技术的进步，目前已能够通过在客舱装 备特定的通讯系统， 备特定的通讯系统，实现手机通讯信号首先通过 机载卫星通讯设备传输到国际通讯卫星， 机载卫星通讯设备传输到国际通讯卫星，卫星再 将信号传输到地面基站， 将信号传输到地面基站，继而通过基站完成与地 面通讯设备之间的数据交换。在此过程中， 面通讯设备之间的数据交换。在此过程中，旅客 手机只与飞机客舱内的专用网络建立联系， 手机只与飞机客舱内的专用网络建立联系，其发 射能量很低，在飞机安全操作范围内。 射能量很低，在飞机安全操作范围内。
向放在电脑（工作中）旁边的手机打电话（发短 向放在电脑（工作中）旁边的手机打电话（ 信），观察电脑屏幕的变化，并用控制系统理论解 ），观察电脑屏幕的变化， 观察电脑屏幕的变化 释。 干扰因素 手机的电磁波信号 电信号 输入） （输入） 电脑 显示屏画面 输出） （输出）
飞机飞行过程中为什么不能使用手机
1997年 1997年5月，一场别开生面的国际象棋比赛在纽约举行，世界 一场别开生面的国际象棋比赛在纽约举行， 冠军卡斯帕罗夫面对的是IBM公司的“深蓝”超级并行计算机。 IBM公司的 冠军卡斯帕罗夫面对的是IBM公司的“深蓝”超级并行计算机。当 全世界都看到卡斯帕罗夫最终输给“深蓝” 全世界都看到卡斯帕罗夫最终输给“深蓝”时，许多人感到人类 受到了前所未有的挑战。 受到了前所未有的挑战。
加执炉温度手动控制示意图
比较器 设定温度 +
功能模拟法 干扰
脑 手 加热炉 炉内温度 眼睛 加执炉温度自动控制示意图
给定量
-
加执炉温度手动控制示意图
比较加热炉温度手动控制 系统与自动Βιβλιοθήκη Baidu制系统， 系统与自动控制系统，思 考自动控制系统中模拟了 人的哪些功能？ 人的哪些功能？
人机对弈， 人机对弈，“机”高一筹
黑箱法判别鸡蛋生熟
摇、转、看
鸡蛋
生或熟
黑 箱
方法一： 方法一： 用同样的力，使这两个鸡蛋在桌子上转动， 用同样的力，使这两个鸡蛋在桌子上转动，其中一个 鸡蛋要比另一个旋转得快些。 鸡蛋要比另一个旋转得快些。 结论: 结论: 旋转快的是熟鸡蛋，旋转慢的是生鸡蛋。 旋转快的是熟鸡蛋，旋转慢的是生鸡蛋。 方法二： 方法二： 当鸡蛋旋转起来时， 当鸡蛋旋转起来时，用手轻轻地在旋转着的鸡蛋上面 按一下，然后把手拿开。其中的一个立即停止了转动， 按一下，然后把手拿开。其中的一个立即停止了转动，另 一个却仍然摇晃不停，继续转上几圈才停止转动。 一个却仍然摇晃不停，继续转上几圈才停止转动。 结论: 结论: 立刻停止转动的是熟鸡蛋，继续旋转的是生鸡蛋. 立刻停止转动的是熟鸡蛋，继续旋转的是生鸡蛋.