控制系统的干扰

二）反馈 1.什么是反馈（feedback）？
案例引入p110：投篮的工作过程
（１）请判断以上过程是开环，还 是闭环控制？
（２）如果有风，请判断风可能对投 篮产生的影响，许宁可以怎样克服这 些影响？
考虑可能的风向，及其影响。 顺向风： 许宁应减小投掷力量。 逆向风： 应增大投掷力量。 侧向风： 改变投掷角度。
干扰因素
这节课我们就研究研究闭环 控制系统的干扰与反馈。
第四单元 控制与设计 第三节 闭环控制系统的干扰与反馈
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（interference）因素。
案例一：逆风中骑自行车。
脚踩的力
给定量
（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。
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？
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。
（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。
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。
控制系统
干扰因素
自动扶梯的升降 扶梯承载的重力、电机输出电压的
控制系统
波动、齿轮间的摩擦力等。
利用滑轮组提升 重物的控制系统
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。
蔬菜大棚的温度
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
控制
二氧化碳，温室效应。
案例分析： 电视机的工作。
[游戏]：在黑板上画两张大脸， “四官俱全”，没有眼睛。然后请 一个同学上来“填”眼睛，闭着眼 睛画，位置不对,也不好看。睁着眼 睛画，漂亮。
1.闭着眼睛画：
人脑控制手画眼睛：人脑—— 手——眼睛；
控制过程中，没有反馈环节， 不能对控制结果加以修正、调节。
是个单程的控制流向。 这是开环控制。
2.睁着眼睛画： 人脑控制手画眼睛，在此过程中，
感器
制冷后冰箱 内温度
[演示]：
反馈的工作过程：当人打算要拿桌子上的水杯 时，人首先要看到自己的手与杯子之间的距离， 然后确定自己手的移动方向，手始向水杯移动。 同时人的眼睛不停观察手与杯子的距离（该距 离就是输入与输出的差值），而人脑（控制器） 的作用就是不停控制手移动，以消除这个差值。 直到手拿到杯子为止，整个过程也就结束了。 从上面的例子可以看出，由（负）反馈形成的 偏差是人准确完成拿杯子动作的关键。如果这 个差值不能得到的话，整个动作也就没有办法 完成了。这就是眼睛失明的人不能拿到杯子的 缘故。
3.闭环控制系统的工作过程
闭环控制系统就是系统的输出端与输 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。
（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。
（4）在冰箱外放一盆冷水。
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。
思考：在下表所列控制系统中，可能 存在哪些干扰因素？
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
在上例中：如果没有眼睛的观察和 检测，投篮的反馈就无法形成。
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）。
生活中的反馈：
反馈控制是一种在计划执行一段 时间或结束后进行的事后控制，主要 为下一步计划的实施总结经验，但它 却常常是管理控制工作的主要形式。 例如投诉与反馈、留言反馈、意见反 馈、环境反馈、教学活动、超市反馈 调查表、市场信息反馈系统、工作总 结、 产品性能检验、现代酒店控制 方法等。
马上行动：分析“穿针引线”的动作
过程，并补充一个适当的事例填写下
表。
事例
百度文库输入
“穿针引线” 线的位置
投掷飞镖 靶的位置 (期望值)
检测装置 人的眼睛 眼睛
输出 线与针孔对准
飞镖实际投掷 的位置
能扑灭蜡烛 打开机器 光敏、力 找到蜡烛、并 的机器人 人的开关 敏传感器 将其扑灭
电冰箱
温控器设 温度传
定温度
眼睛可以把手的位置及画的效果及时 反馈给大脑，使得大脑准确精细的控 制手去画好眼睛。控制过程中有反馈 环节可以把控制结果反馈给人脑，控 制流向形成了闭合回路。这是闭环控 制。
[阅读]p110：汽车速度控制
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。
自行车
行使的速度
被控量
风 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“闭 环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？