闭环控制系统的干扰与反馈

复习回顾: 什么是控制系统？任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节就构成了一个系统，称为控制系统。 什么是开环控制系统？系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递。 什么是闭环控制系统？系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。

风对行人行走带来什么样的影响？

风 应保持的速度 行车 行车速度 风 应保持的速度 行人 行人速度

我们要学习的干扰因素指的是控制系统当中的干扰因素。 一、什么是干扰因素? 我们要学习的干扰因素指的是控制系统当中的干扰因素。 练习  P108马上行动 P109思考

↓ 案例分析: 风 投篮的工作过程 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 + - 眼睛 （检测装置）

下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素 马上行动 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 使箱内温度升高 电冰箱所在房间的温度从20度变到32度 使压缩机制冷时间延长 把热菜热饭放入电冰箱中 在电冰箱外放一盆冷水 理论上可提高制冷效果

1 干扰因素 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。

下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？ 自动扶梯的升降控制系统 人员数量、电压、 利用滑轮组提升重物的控制装置 滑轮组质量、外界风压造成的阻力 蔬菜大棚的温度控制 棚外气温变化

干扰因素的特点 1、 控制系统的稳定性能与干扰因素的控制以及克服能力直接相关； 2、 干扰因素的个数不定； 1、  控制系统的稳定性能与干扰因素的控制以及克服能力直接相关； 2、  干扰因素的个数不定； 3、  只有使被控量稳定，才能使控制系统正常运行。

2 克服干扰的基本方法 1、消除干扰 2、减弱干扰 3、提高控制系统功能

汽车驾驶 1、控制系统的克服措施： 刹车、转向、鸣喇叭； 2、针对干扰源的措施： 加强国民交通意识；增强交通法规学习。。。。 3、管理措施： 交通部门设立交通管理警示牌、道路隔离带、交通法加重对违章的处罚……

控制系统怎样克服干扰因素? 案例:电视机

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。 　　 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。 现代战争中的电子干扰战

“人生不如意事，常十之八九。”影响你心情的干扰因素有哪些？ 你是如何消除或抵抗这种干扰的？

二、反馈 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。 　　　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。 　　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。

汽车速度控制 反馈方法——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。

闭环控制系统的工作过程 比较器 被控对象 控制器 执行器 反馈环节 干扰 给定值 被控量 　　　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。 比较器 干扰 给定值 被控量 被控对象 控制器 执行器 反馈环节

供水水箱的水位自动控制系统 上水位传感器 预设水位 进水量 水位 控制器 阀门 水箱 比较器 浮球

思考：在水箱水位控制系统中，控制量还可以有其他选择吗？为什么？

加热炉的温自动控制系统 设定温度 热量 温度 控制器 加热器 加热炉 比较器 热电偶

在加热路的温度控制系统中，可能有哪些干扰因素？

思考题 是 否 低 高 简单 复杂 精度要求高、高可靠性 精度要求低、稳定 闭环控制系统与开环控制系统的比较 系统 开环控制系统 能否自动调节补偿 控制精度 结构 适用场合 是 否 低 高 简单 复杂 精度要求高、高可靠性 精度要求低、稳定

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？ 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。 　　举出一些由于干扰而使控制系统受到影响的例子。 雨天交通 病毒攻击 手机干扰飞机

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）。 综合分析： 　　　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）。

思考：自动控制一定是闭环控制系统吗？ 闭环控制系统一定是自动控制系统吗？ 自动控制不一定是闭环控制系统，但闭环控制系统一般都是自动控制系统。 例如：数控机床加工零件控制系统、闹钟自动控制系统、调光台灯、多速电风扇、洗衣机、抽水马桶就不是闭环控制系统。

三、系统控制的方法 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。 （1）功能模拟法 　（1）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，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。

功能模拟方法： 人工控制 自动控制 （开环控制系统） （闭环控制系统） 这种以功能和行为相似性为基础，用“模型”模拟“原型” 的功能和行为的方法，就是功能模拟法。

人工恒温箱控制系统方框图 自动恒温箱控制系统方框图 显然，自动控制系统要比人工控制系统更为精准和便捷 实际温度 给定温度 大脑 肌体 恒温箱 + - 眼睛 自动恒温箱控制系统方框图 实际温度 给定温度 比较电路 电机 恒温箱 + - 热电偶 显然，自动控制系统要比人工控制系统更为精准和便捷

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。 （2）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。

案例：根据旋转速度怎样判断生熟鸡蛋？ 　　　生鸡蛋里的蛋黄和蛋白是液体，当我们转动鸡蛋后，蛋壳开始旋转，而鸡蛋里面的液体由于惯性的作用，要保持原来的静止状态，所以生鸡蛋旋转起来比较慢。因此旋转快的是熟鸡蛋，旋转慢的是生鸡蛋。 生或熟 摇、转、看 鸡蛋 系统的输入 系统的输出 黑箱 想一想：购买西瓜时看、拍、听的方法属于哪种系统控制方法？

案例：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。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。 　　　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，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。其中人的气色、舌苔、脉搏等等都是人体内部输出的信息则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，主要采用了演绎推理和类比推理。

X1（风？） X2（寒？） X3（暑？） X4（湿？） X5（燥？） X6（火？） 五脏六腑经络 Y4（切？） Y1（望?） Y2（闻？） （c1, c2, c3,…） Y4（切？） Y1（望?） Y2（闻？） Y3（问？） ………

作业： 请同学们自由分组，每组三到四人，收集整理控制方法的有关资料，可以是我们已学过的反馈方法、功能模拟方法、黑箱方法中的一种，也可以向大家介绍新的控制方法，并用PowerPoint做成课件，下节课请每个小组派代表展示交流小组的成果，时间为三到五分钟。