闭环控制系统的干扰与反馈素材

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1、第四章第四章 控制与设计控制与设计 第三节第三节 闭环控制系统的干扰与反馈闭环控制系统的干扰与反馈回顾上节内容:控制器控制器被控被控对对象象执执行器行器回顾上节内容:输入量输入量输输出量出量控控制制器器被被控控对对象象执执行行器器控制量控制量X回顾上节内容:输输出量出量输入量输入量被被控控对对象象控控制制器器执执行行器器控制量控制量检测检测装置装置比较器比较器干扰因素干扰因素干扰因素控制系统控制系统干扰因素自行车自行车应保持的速度应保持的速度行车速度行车速度改变了的速度改变了的速度干扰因素机器人机器人直线向前行进直线向前行进保持直线行进保持直线行进直线行进机器人受到的干扰直线行进机器人受到的干

2、扰行进方向的改变行进方向的改变干扰因素飞机导航系统飞机导航系统GPS信号信号原始航线原始航线改变了的航线改变了的航线干扰因素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 是是是是是是否否马马上行动动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？在下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？控制系统控制系统干扰因素干扰因素自动扶梯的升降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利用滑轮组提升重物的控制装置制装置蔬菜大棚的温度控制蔬菜大棚的温度控制扶梯承载的重量、电扶

3、梯承载的重量、电机输出电压的波动等机输出电压的波动等滑轮组的摩擦力等滑轮组的摩擦力等棚外的温度变化、保温棚外的温度变化、保温材料的保温性能改变等材料的保温性能改变等干扰因素干扰因素干扰因素信息战中，利用电磁波对信息战中，利用电磁波对敌方信息系统进行干扰敌方信息系统进行干扰利用基因干扰疗法治疗顽固疾病利用基因干扰疗法治疗顽固疾病干扰因素 在一般控制系统中，干扰因素是需要克服的，而在有些情况下，却可以利用干扰因素实现某种目的。干扰因素控制器执行器被控对象反馈环节控制器执行器被控对象干扰因素在出现干扰的情况下，开环控制系统和闭环控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

4、么？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。控制系统能不断修正控制效果。雨天交通雨天交通 病毒攻击病毒攻击 手机干扰飞机手机干扰飞机干扰因素闭环控制系统比开环控制系统具有更闭环控制系统比开环控制系统具有更好的抗干扰能力，那么是否都应该用闭环好的抗干扰能力，那么是否都应该用闭环控制代替开环控制？控制代替开环控制？是否采用闭环控制主要看对控制系统的要求（如成本、控制要求）。干扰因素电视信号传输过程中往往采用电视信号传输过程中往往采用铁壳屏蔽的分支器铁壳屏蔽的分支器找出干扰源，切断干扰找出干扰源，切断干扰飞机导航系

5、统飞机导航系统手机信号手机信号GPS信号信号航线航线X干扰因素控制器控制器被控被控对对象象执执行器行器检测装置检测装置反馈例如：投篮例如：投篮工作过程：工作过程：给定量给定量（篮圈的位置）（篮圈的位置）控制器控制器（大脑）（大脑）执行器执行器（手）（手）被控对象被控对象（篮球）（篮球）+被控对象被控对象（篮球实际投（篮球实际投掷的位置）掷的位置）检测装置检测装置（眼睛）（眼睛）-反馈反馈在我们控制系统中是普遍存在的，反馈在我们控制系统中是普遍存在的，还有哪些控制系统中存在反馈？还有哪些控制系统中存在反馈？定时红绿灯定时红绿灯无无电饭煲电饭煲恒温温室恒温温室有有有有反馈马马上行动动事事 例例输输

6、 入入检测装置检测装置输输 出出投掷飞镖投掷飞镖线的位置线的位置线与针孔线与针孔对准对准人的眼睛人的眼睛人的眼睛人的眼睛靶的位置靶的位置(期望值期望值)人的眼睛人的眼睛飞镖实际投飞镖实际投掷的位置掷的位置篮圈的位置篮圈的位置篮球实际投篮球实际投掷的位置掷的位置投投 篮篮“穿针引线穿针引线”花房恒温花房恒温自动控制自动控制设定的温度设定的温度温度检测温度检测 装置装置花房温度花房温度反馈闭环控制系统的工作过程闭环控制系统的工作过程 闭环控制系统闭环控制系统是指在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。闭环控制系统的核心核心是通过反馈反馈来减少被控量（输出量）的偏

7、差。反馈案例分析：水位自动调节过程：水位自动调节过程：水箱水箱水箱中水箱中的水位的水位给定给定水位水位电气电气控制控制阀门阀门水流量水流量浮球浮球比较器比较器供水水箱的水位自动控制系统反馈案例分析：炉温的调节过程：炉温的调节过程：加热炉加热炉炉内炉内温度温度给定给定温度温度微机微机控制控制加热加热器器热量热量热电偶热电偶比较器比较器加热炉的温度自动控制系统反馈 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。反馈环节控制器执行器被控对象总结：开环控制系统与闭环控制系统区别开环控制系统与闭环控制系统区别1、信号传输通道的

8、差别：开环控制系统：只有正向传输通道，闭环控制系统：有正向通道和反馈通道。2、系统结构的差别：开环控制系统：给定环节 闭环控制系统：给定环节、比较环节、检测环节。3、控制方式的差别:开环控制系统：有偏差靠人工控制 闭环控制系统：对被控对象进行自动控制。总结：开环控制系统开环控制系统闭环控制系闭环控制系统统能否自动调能否自动调整和补偿整和补偿控制精度控制精度结构结构适用场合适用场合不能不能能能相对低相对低高高相对简单相对简单相对复杂相对复杂控制精度要求不高控制精度要求不高而系统本身的元件而系统本身的元件又比较稳定的场合又比较稳定的场合要求高精度和要求高精度和可靠性的场合可靠性的场合功能模拟方法功

9、能模拟法：功能模拟法：以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟“原型”的功能和行为的方法。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”的功能和行为的方法，就是功能模拟法。功能模拟方法是由美国数学家维纳提出的，他揭示了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律。功能模拟法为仿生学、人工智能等学科提供了科学方法。黑箱方法 你是怎样挑选西瓜的？西瓜看、听、拍生或熟黑箱方法 在生活中，有时我们需要认识对象的内部无法打开或不便打开，这时，可以通过观测和考察它的输入与输出的关系来推测其内部的特性和功能。黑箱方法黑箱方法就是通过观测黑箱外部输入信息（外界对黑箱的影响）和输出信

10、息（黑箱对外界的反应），以研究和认识其功能、特性、结构、机理的科学方法。控制系统系统的输入系统的输出黑箱方法黑箱方法黑箱方法应应用的例子用的例子输输 入入输输 出出需要了解的情需要了解的情况况摇、转、看摇、转、看生或熟生或熟旋转速度旋转速度望、闻、问、切望、闻、问、切是否健康是否健康气色、舌苔、气色、舌苔、脉搏等脉搏等B型超声波型超声波超声图象超声图象胎儿性别胎儿性别运行应用运行应用程序程序 计算机的计算机的反应反应 计算机基本性计算机基本性能的好坏能的好坏 黑箱方法 黑箱方法便于研究那些既不能打开又不能从外部直接观察其内部状态的系统；便于研究规模庞大，结构复杂，因素繁多，功能错综的系统。如生

11、态系统，经济系统，社会系统等。黑箱方法从综合的角度为人们提供了一条认识事物的重要途径。干扰因素：除输入量（给定量）以外，引起被控量变化的各种因素 干扰有坏处，也有好处。干扰来自环境，也可能来自人为；系统的各个环节都可能被干扰；开环、闭环系统都存在干扰。反馈：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。闭环控制系统存在反馈，开环控制系统没有反馈。闭环控制系统的工作过程 闭环控制系统的核心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。一个闭环控制系统，能够克服外界干扰，使控制量控制在给定值附近。功能模拟方法和黑箱方法：功能模拟法：以功能和行为的相似性为基础，用“模

12、型”模拟“原型”的功能和行为的方法。闭环控制系统设计就是一种功能模拟法，模拟人的控制功能。黑箱方法：把系统看作黑箱，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法。例如：医学B超检测。小结：（2011年3月浙江高考）监控摄像系统（如图所示）被广泛用于记录道路交通实时图像信息。对于监控摄像系统，下列环境因素中不属于干扰因素的是 （）A噪声 B浓雾 C闪电 D沙尘练习答案：答案：A A如图所示是数控机床的位置控制系统示意图。检测装置检测机床工作台的实际位移，并将该位移值传输给数控装置与设定位移量进行比较，数控装置根据比较的偏差值控制伺服装置运动，驱动机床工作台到达指定的位置。

13、（1）根据示意图及其描述，在控制系统框图中“”处填写相应的内容。（2）实际位移量与设定位移量的比较是由 完成的(从检测装置；数控装置；输入装置；伺服装置中选择一项，将序号填在“”处)。练习设定位移值设定位移值伺服装置伺服装置机床机床实际位移值实际位移值2011年9月浙江省高考检测装置检测装置（2012年3月浙江高考）下列方法中不属于黑箱方法的是 A、用仪器测试集成电路输出信号判断集成电路的功能 B、通过脑电波检查诊断病人大脑的状况 C、列车司机用锤子敲击车轮，通过声音判断有无故障 D、通过胃镜检查诊断病人的胃部疾病练习答案：答案：D D黑箱方法是通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，不需要直接考查其内部结构（2012年3月浙江高考）下列选项中不属于功能摸拟法的是练习答案：答案：D D功能模拟法是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。谢谢谢谢