高中通用技术课件 2.4控制系统的干扰

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。
黑箱方法：指的是当一个系统内 部结构不清楚时，利用外部观察和 试验方法，获得系统（即黑箱）的 输入——输出特性；再根据这种信 息，在不打开“黑箱”的情况下， 研究其功能和属性，探索其构造和 机理的一种科学方法。
它是通过对系统的输入与输出 的关系的研究，进而推断出系统内 部结构及其功能的方法。黑箱方法 提供了一种不必打开黑箱就可以研 究其内部结构和功能的方法。
第四单元 第三节
控制与设计
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
给定量
自行车
行使的速度被控量ຫໍສະໝຸດ 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。
给定温度
+
-
比较 电路
电机 热电偶
恒温箱
实际温度
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“模型” 模拟“原型”的功能和行为的方法，就是功能模拟法。 功能模拟方法是一种整体性研究方法，功能模拟 法为仿生学、人工智能、价值工程提供了科学方法。
你能列举功能模拟法的案例吗？
探究：功能模拟方法对技术设计有何 意义？ 可以通过模拟，进行技术设计， 从而使有些不易实现的技术设计得 以设计成功。
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：
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？ 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。
（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。
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。
黑箱方法的道理并不神秘，在我 们的日常生活中，人们都在自觉或 不自觉地运用这种方法。人们虽然 不懂得电视机内部构造和机理，却 知道按哪个开关打开它，调整哪些 开关可以得到清晰稳定的画面效果 等。这些都是我们运用黑箱方法的 具体体现。
黑箱方法最典型的应用是中医看 病。中医看病，主要是通过“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，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，一旦抓住病症就大胆对 症下药。这种从人体的输入特征入 手，实施“辩证论治”的方法正是 黑箱方法的精髓所在。
（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？
控制系统
自动扶梯的升降 控制系统
干扰因素
扶梯承载的重力、电机输出电压的 波动、齿轮间的摩擦力等。
利用滑轮组提 滑轮组的摩擦力、电机电源的波动等、 升重物的控制系 绳子和滑轮，重物的重力。 统 蔬菜大棚的温 度控制
[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。
[图片展示]： 烘箱（饮水机） P113 思考： 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。
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。
给定温度
+
大脑
-
肌体
恒温箱
实际温度
眼睛 图1 人工恒温箱控制系统方框图
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。