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1、4.4 控制系统的干扰控制系统的干扰投篮投篮闭环控制系统方框图篮球实际投掷的位置篮 圈 的 位置大脑(控制器）手(执行器）篮球(被控对象）+-眼睛（检测装置）人体温度控制系统框图人体人体大脑中枢大脑中枢循环系统循环系统正常体温正常体温实际实际温度温度检测检测(反馈反馈)温度差温度差环境温度环境温度飞机俯仰姿态控制系统框图指令输入指令输入 o(t)飞机飞机控制器控制器舵机构舵机构测角元件测角元件角偏差角偏差 e(t)反馈反馈阵风阵风俯仰角输出俯仰角输出 (t)(t)大棚温度调节控制系统分析4、绘制系统框图C(t)C(t)继电器继电器电磁阀电磁阀散热器散热器-棚室棚室r(t)-感温元件感温元件x(
2、t)f(t)分析4、绘控制系统框图常开接点常开接点（执行器（执行器）控制控制器器传感器传感器灯泡灯泡（对象）对象）输出量输出量输入输入声响声响2、人体温度控制系统分析功能：维持人体提问在正常温度范围内，如37。系统组成：人体（包括皮肤）；有关的系统（供给热量）；大脑中枢。1、飞机俯仰姿态（角）控制系统分析观察与说明：你注意过飞机在蓝天是怎样飞翔的吗？你了解飞机在机场上是怎样起飞升空的吗？一、典型控制系统案例分析(t)俯仰角，表示飞机俯仰姿态；o(t)尾翼舵偏转角，表示舵状态。功能：实际的俯仰角(t)按照指令 o(t)的要求而变化，即输出要跟随着输入的变化规律而变化，称之为随动控制。系统组成：飞
3、机（体）；舵机构（包含舵面在内）；控制器；测角元件（传感器）。工作过程：（1）发出指令信号o(t)（要求飞机的实际俯仰姿态角(t)趋于o(t)）传送给控制器；（2）控制器将信号放大、变换后再传送给舵机构；（3）舵机构偏转尾翼舵面(t)；（4）偏转的舵面上产生的气动力，驱动飞机作仰（俯）首旋转运动，得到实际的俯仰姿态角(t)（机械角）；（5）测角元件感知实际俯仰姿态角并转换为电气的(t)，反传送回来与指令o(t)相比较后，得出偏差 e(t)=o(t)-(t)s 此后不断重复2-3-4-5，经过不断地调整，直到(t)满足不断趋向于o(t)，这时飞机进入新的稳态。工作过程（1）皮肤（相当于传感器）感
4、知环境温度，并将此信息通过神经系统传给大脑中枢；（2）大脑中枢经判断，给人体（被控对象）的有关的系统（如心血管系统等）发出工作指令（如多或少传送热量）；（3）有关的系统（执行器）根据指令，加速供给热量或相反，紧闭汗毛孔或出汗；（4）反复上述过程，人体体温得以维持在一个正常的范围内。人体的正常体温总保持在37，为什么会这样呢？外界环境温度的变化对人体体温控制系统的运行，会带来影响。这种外界温度的变化叫做干扰因素，这类影响叫做干扰作用。环境温度的变化是人体体温控制系统的一种主要干扰因素。干扰因素例如：人在逆风中骑自行车例如：人在逆风中骑自行车应保持的速应保持的速度度自行车自行车行车速度行车速度风风
5、干扰因素干扰因素:在控制系统中，在控制系统中，除给定量（输入量）外，除给定量（输入量）外，引起被控量变化的各种因素称为干扰引起被控量变化的各种因素称为干扰因素因素在人体温度控制系统分析中，我们知道了环境温度变化是人体体温控制系统的一种主要干扰因素干扰因素。干扰因素-投篮投篮许宁在体育课上练习立定投篮时，发生了这样的情况：l第一次投掷，由于用力太大，篮球碰到了篮板上弹了回来，没有命中。l第二次投掷，他吸取了第一次的经验，减小了用力，但用力过小，篮球没有碰到篮圈。l第三次投掷，他吸取了前两次投掷的经验，终于投中了。在这里，可以将人看作控制系统，眼睛把接收到的篮圈位置以及实际投掷位置等信息输送给大脑
6、，经大脑分析和加工处理后，发出指令，指挥手投掷篮球，直到投篮命中。1、请判断以上过程是开环，还是闭环控制？2、画出系统的方框图。3、如果有风，请判断风可能对投篮产生的影响，及克服方法。干扰因素-投篮克服风的影响：l顺向风：应减小投掷力量。l逆向风：应增大投掷力量。l侧向风：改变投掷角度。在控制系统中在控制系统中，干扰因素可能有一个，可能，干扰因素可能有一个，可能有若干个。有若干个。控制系统中控制系统中的干扰因素是导致系统的干扰因素是导致系统不稳定不稳定的的因素。因素。马上行动：马上行动：在电冰箱的温度控制系统中，下列情况是否属于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
7、？影响其温度控制的干扰因素？开电冰箱门；开电冰箱门；电冰箱所在房间的温度从电冰箱所在房间的温度从2020变到变到3232；把热菜或热饭放入电冰箱中；把热菜或热饭放入电冰箱中；在电冰箱外放一盆冷水。在电冰箱外放一盆冷水。思考思考：思考：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？自动扶梯的承载量，电自动扶梯的承载量，电梯输出电压的波动梯输出电压的波动大棚外的环境温度变化，大棚外的环境温度变化，大棚保温材料的保温性大棚保温材料的保温性能发生改变能发生改变滑轮组的摩擦力滑轮组的摩擦力1、如果有人只是从自动门前经过并不进门。自动门发生误动作，干扰作用于传感器
8、。2、自动上水系统的浮子由于长期积垢而重量增加。实际控制水位较设定水位提高，干扰作用于传感器。3、控制管路系统中的电磁阀的阀芯受环境腐蚀或进入杂物。会造成阀门不能动作而致系统失控，干扰作用于执行器。4、供水系统用户不规则变化。会影响系统的稳定性，干扰直接作用于被控对象系统可能产生什么影响，作用于哪些环节注：一般控制系统中，干扰因素需要一般控制系统中，干扰因素需要克服克服。有些情况，可有些情况，可利用利用干扰因素实现某种目的。干扰因素实现某种目的。结论：在生产生活中，我们需要以慎重、结论：在生产生活中，我们需要以慎重、严谨的态度对待干扰因素。严谨的态度对待干扰因素。抗干扰性 干扰就是控制系统的外
9、部环境或条件对系统的工作准确性产生的影响。这种影响越小越好。如果一个控制系统能够很好地避开或抑制干扰，使干扰对系统产生的影响很小，我们就说这个系统抗干扰性强。第五节第五节 控制系统方案的初步设计控制系统方案的初步设计一、如何形成初步的控制设计方案1、声控灯系统分析1、了解被控对象的基本特征常规灯：开（开关）有电流，灯亮 关（开关）无电流，灯灭声控灯：有声有电流，灯亮 无声无电流，灯灭在正常的工作状态下，其输出与输入之间的关系，输出与干扰之间的关系，称为被控对象的基本特征。分析2、确定被控对象与控制量根据上面的基本特征的分析，被控对象是灯泡，被控量是电流流过电灯的电流。输出量就是被控量。那什么是
10、控制量呢？控制器以及常开接点，根据声音传感器传送过来的电信号（有或无），接点的出头动作（动或不动），对电路实现控制（接通或断开），从而决定是否产生电流。因此，接通不接通就是控制量，只是这种控制量，仅表现为两种状态而已。分析3、确定控制系统构成方案开环控制系统与闭环控制系统，二者的根本区别在于：闭环系统应用反馈作用来减少系统的误差，即以反馈量与输入量比较产生偏差量，用偏差量作为控制器的输入去实现控制，就是所谓偏差控制。声控灯系统，只有亮与灭两种状态，不存在被控量在量上的误差。因此，声控灯选用开环方案，就能很好地完成控制任务。系统的具体构成包括声传感器、控制器以及常开接点。2、棚室温度控制系统分析
11、1、了解对象的基本特征系统的输出参数是棚室室温c(t)。系统的输入参数是按要求设定的室温值r(t)。系统的主要干扰参数是室外冷环境的影响，如通过棚顶、墙或开门，造成室内温度下降f(t)。实际上c(t)的变化并不能跟上r(t)，总要落后一段时间，这就是所谓的对象的热惯性表现。热惯性，是对象的一种基本特性，它反映了输出参数和输入参数间的特定关系。分析2、确定被控量、控制量温室，是系统的被控量。电磁阀的阀门开度，是系统的控制量。分析3、确定控制方案感温元件监测室内实际温度，起着反馈作用，与设定的r(t)形成温度偏出，继电器动作，接通供电电路，电磁阀门打开，热水进入水管供热。显然这是一个闭环控制系统。为什么要采用闭环控制呢？
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