闭环控制系统的干扰与反馈教案
闭环控制系统的干扰与反馈1
一、干扰因素----练习
P108 马上行动
P109 案例分析——电视机
二、反馈----含义
所谓反馈(feedback)： 是指控制系统中，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。
三、控制方法----黑箱方法
1.你怎样判断西瓜的生与熟？ 2.在古代，没有这些先进的设备，如果某人头很 疼，医生怎么检测他的病？
三、控制方法----黑箱方法
黑箱方法的含义：
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。
一、干扰因素----投篮
篮圈的位 置
+控对象）
篮球实际投 掷的位置
眼睛 （检测装置）
投篮闭环控制系统方框图
一、干扰因素----投篮
克服风的影响：
顺向风：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。
一、干扰因素----含义
4.3闭环控制系统的干扰与反馈
一、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： 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。 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。 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，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。
干扰与反馈：闭环控制系统的干扰与反馈PPT课件
系统控制的 目的
控制温度
输入量
输出量
给定温度 电冰箱实际温度
该系统是如何实现温度的自动控制的？
感温包不断地感测电冰箱内的工作
温度，并将温度信号及时反馈为传动膜
片的伸与缩的动作，改变活动触点的位
置，进而改变压缩机的工作状态。
.
16
给定 + 温度
-
主弹簧及 连接杆
(控制器)
活动触 点
(执行器)
电冰箱 实际 (被控对象) 温度
外部环境的变化、 大棚保温材料的保 温性能等
.
5
干扰因素是否一无是处？
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。 例如：在军事演习中，红方利用一定 频率的电磁波对蓝方的信息指挥系统 进行干扰，使之不能正常工作。
.
6
这些都是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。
.
22
1、克服干扰的基本方法不包括： A、减弱干扰 B、提高系统性能 C、增强对干扰的控制 D、消除干扰
.
23
2、在空调器的温度控制系统中，下列不属 于影响其温度控制的干扰因素是（） A、打开门窗 B、空调器所在的房间温度由20。C变为32 。C C、房屋的格局 D、房间内人数增加。
.
24
3、家用冰箱的温控系统采用闭环控制。为了 进一步提高其抗干扰的性能，设计中采取 的措施是（ ）
感温包、膜盒、 传动膜片
（检测、反馈）
反. 馈
17
由于某种干扰因素的存在，系统的 被控量偏离给定值时，闭环控制系统 中的反馈环节能及时检测出被控量的 值，并迅速反馈到输入端，与给定值 进行比较，控制器根据比较得到的变 差信号进行调节，从而使系统的被控 量接近给定值，达到精确控制的目的 。
第四单元第3课时(闭环控制系统的干扰与反馈)
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。
给定值
比较器干扰
干扰
干扰
干扰 被控量
控制 器
执行 器
反馈环节
被控 对象
第四节 控制中的干扰
学习目标
1.能结合案例找出影响简单控制系统 运行的主要干扰因素，并作分析。
1、举起右手，在空中画正方形。 这个控制系统中的输入与输出分别是什么？ 右手画方的命令 （输入）
大脑
右手的动作 （输出）
2、举起左手，在空中画圆形。 3、举起双手，右手在空中画方，左手画圆。 观察此时双手所画的形状，并与第1次、第2次控制系统中，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。
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； （3）把热菜或热饭放入电冰箱中； （4）在电冰箱外放一盆冷水。
√
（2）电冰箱所在房间的温度从20℃变到32℃；
√
√
×
干扰因素是否一无是处？
干扰因素有时要克服，有时还可利用。 在军事中，可利用一定频率的电磁波 对对方的信息指挥系统进行干扰。
手机来电闪，根据电磁波干扰原理
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
《闭环控制系统的干扰与反馈作业设计方案-2023-2024学年高中通用技术苏教版》
《闭环控制系统的干扰与反馈》作业设计方案第一课时一、概述闭环控制系统是自动控制领域中的重要概念，其通过反馈控制实现对系统输出的稳定控制。
在实际应用中，系统往往会受到各种干扰的影响，因此对干扰的抑制和反馈控制的设计显得至关重要。
本作业设计方案旨在帮助学生深入理解闭环控制系统中干扰与反馈的关系，提高他们的设计能力和解决问题的能力。
二、作业内容1. 了解闭环控制系统的基本原理和结构；2. 研究闭环控制系统中干扰的种类和影响；3. 分析闭环控制系统中反馈的作用和重要性；4. 设计一种针对干扰的反馈控制策略；5. 使用仿真软件（如MATLAB）对设计的闭环控制系统进行模拟实验；6. 分析实验结果，总结干扰与反馈之间的关系。
三、作业要求1. 按照指导老师的要求完成作业设计方案的撰写；2. 深入研究闭环控制系统的理论知识，结合实际案例进行分析；3. 清晰明了地阐述干扰与反馈的概念及其在闭环控制系统中的作用；4. 设计的反馈控制策略需要具有一定的创新性和实用性；5. 模拟实验结果需要准确可靠，对比实验数据进行详细分析与讨论。
四、作业流程1. 阅读相关理论书籍和文献，深入了解闭环控制系统的干扰与反馈；2. 设计反馈控制策略，确定实验的具体步骤和参数设置；3. 使用仿真软件进行实验模拟，记录实验数据；4. 对比不同情况下的实验结果，分析干扰对系统稳定性的影响；5. 撰写实验报告，提出改进建议和未来研究方向。
五、作业评分标准1. 理论知识掌握（30%）：对闭环控制系统的干扰与反馈理论有深入的理解；2. 设计方案创新（20%）：设计的反馈控制策略具有一定的创新性；3. 实验完成度（20%）：实验步骤和参数设置合理，实验数据准确可靠；4. 结论和讨论（20%）：对实验结果进行详细分析和讨论，提出合理的结论；5. 文字表达与排版（10%）：论述清晰明了，文责一致、格式规范。
六、参考资料1. 《现代控制理论》2. 《自动控制原理与系统》3. 《控制系统工程》七、总结通过本次作业设计，学生将能够深入理解闭环控制系统中干扰与反馈的关系，提高自己的设计能力和解决问题的能力。
4.3闭环控制系统的干扰与反馈ppt
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，成为反馈方法。 如普通电水壶将水加热至沸腾时，需要人工关 闭电源，而自动电水壶具有当水沸腾时自动切 断电源的功能，这就是运动反馈方法实现自动 控制的结果。
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。
闭环控制系统的优点是控制精度高，不论何 种原因造成系统的输出量偏离给定植，闭环控制 系统都会产生控制作用来减小这一偏差。于开环 控制系统相比，闭环控制系统的设计比较麻烦， 结构也相对复杂，构成控制系统的成本较高。闭 环控制系统是自动控制中广泛采用的一种控制方 式用于要求高精度和高可靠性的场合。
马上行动
被控对象 （篮球）
篮球实 际投掷 的位置
人在驾车时，要使运行中的骑车保持40km/h的速度 不变，司机需要目视速度计（监测装置），然后与给定 值（40km/h）进行比较、运算，若与给定值有偏差，就 通过调节加速器或自动器（即踩油门或踩刹车）来增减 速度。因此，反馈使驾驶工作过程形成了一个闭环： 检测－－比较－－运算－－操作－－监测，如此反复， 直到被控量的值与给定值一致为止。
第四单元 控制与设计
闭环控制系统的干扰和反馈
华甫中学通用技术备课组
章 节 构 成
学习目标：
1、干扰因素 2、反馈 3、功能模拟方法 4、黑箱方法
1、能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素， 并作分析。
2、熟悉闭环控制系统中反馈环节的作用。
3、熟悉闭环控制系统的工作过程
4、了解功能模拟方法和黑箱方法在控制系统中的应用
炉温的调节过程： 温度检测装置测出加热炉内的温度，并随时与 给定的温度值进行比较，若加热炉内的温度高于给 定的温度，则通过控制器调整调压器的电压，使通 过电阻丝的电流减小，加热炉的温度下降；若加热 炉内的温度低于给定的温度，则通过控制器调整调 压器的电压，使通过电阻丝的电流增大，炉内温度 上升，并维持在正常值的范围内，从而使加热炉的 温度基本稳定在给定的温度值上。
(公开课1)闭环控制系统的干扰与反馈
讨论：干扰是否都是有害的？
取杯游戏
准备：两个水杯，一个编号为1，一个 编号为2。 要求：叫两个同学将眼睛捂上。 1号同 学取到2号杯， 2号同学取到1号杯。
杯子 形状
＋ －
大脑（控 制器）
手（执行 器）
摩
杯子（被控对 象）
形状
触觉（检测装置）
1. 反馈的定义？(P.110)
请阅读案例(P.110)电冰箱的温度控制
设定 温度
电冰箱 温度
＋ －
主弹簧及 连接杆 （控制器）
活动触点 （执行器）
压缩机、电冰 箱（被控对象）
感温包、膜盒、传 动膜片（检测反馈）
2.反馈法：
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，称为反馈方法。
课堂小结
除输入量（给定值）以外，引起 干扰 被控值变化的各种因素称为干扰 因素 因素。有的干扰因素是可被利用 的。
案例（P.109） 电视机
看电视时是否出现图像闪烁或画面紊乱 的现象？
可能原因是什么？ 如何克服？
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。
克服干扰的基本办法：
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
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。
眼睛
打开机器人 光敏、力敏 传感器 的开关 温控器设定 温度 温的温度冬季一般 控制在18摄氏度左右，夏季一般控制在25摄氏度左右， 请画出花房的温度控制系统方框图，简要说明它的工 作过程。
闭环控制系统的干扰与反馈教案
一、教案基本信息教案名称：闭环控制系统的干扰与反馈教案课时安排：2课时（90分钟）教学目标：1. 让学生理解闭环控制系统的概念及其基本组成部分。
2. 让学生了解干扰在闭环控制系统中的影响。
3. 让学生掌握反馈在闭环控制系统中的应用和作用。
4. 培养学生分析和解决闭环控制系统问题的能力。
教学重点：1. 闭环控制系统的概念及其基本组成部分。
2. 干扰在闭环控制系统中的影响。
3. 反馈在闭环控制系统中的应用和作用。
教学难点：1. 闭环控制系统中干扰的分析和处理。
2. 反馈机制的设计和优化。
教学准备：1. 教学PPT。
2. 相关教学案例或实例。
3. 闭环控制系统仿真软件（可选）。
教学过程：第一课时：一、导入（10分钟）1. 引导学生回顾控制系统的相关知识，如开环控制系统和闭环控制系统。
2. 提问：什么是闭环控制系统？它有哪些基本组成部分？二、讲解闭环控制系统的基本组成部分（20分钟）1. 讲解闭环控制系统的基本组成部分，包括控制器、执行器、传感器和被控对象。
2. 强调闭环控制系统相较于开环控制系统的优势。
三、分析干扰在闭环控制系统中的影响（25分钟）1. 讲解干扰的定义和类型。
2. 分析干扰对闭环控制系统的影响，如降低系统稳定性和准确性。
3. 举例说明常见干扰及其对闭环控制系统的影响。
四、案例分析（20分钟）1. 提供几个闭环控制系统的实际案例，让学生分析其中的干扰因素。
2. 引导学生思考如何减小或消除干扰对闭环控制系统的影响。
第二课时：一、讲解反馈在闭环控制系统中的应用和作用（20分钟）1. 讲解反馈机制的定义和作用。
2. 强调反馈在提高闭环控制系统稳定性和准确性中的重要性。
二、分析反馈mechanisms design（25分钟）1. 讲解反馈mechanisms design的基本原则和方法。
2. 分析不同的反馈mechanisms design在闭环控制系统中的应用。
3. 举例说明反馈mechanisms design对闭环控制系统性能的影响。
干扰与反馈：闭环控制系统的干扰与反馈PPT课件
-
22
1、克服干扰的基本方法不包括： A、减弱干扰 B、提高系统性能 C、增强对干扰的控制 D、消除干扰
-
23
2、在空调器的温度控制系统中，下列不属 于影响其温度控制的干扰因素是（）
A、打开门窗 B、空调器所在的房间温度由20。C变为32 。C C、房屋的格局 D、房间内人数增加。
-
24
3、家用冰箱的温控系统采用闭环控制。为了 进一步提高其抗干扰的性能，设计中采取 的措施是（ ）
试验任务：使用视力保护提醒器，结合 产品说明书，试说明其工作原理。
使用者坐姿正确时，水银开关处于断开状
态，语音装置不发声。当使用者头部前倾至一
定角度时，语音装置发出提醒声音。
使用者根据提醒声音纠正坐姿，从而克服
干扰因素。
-
14
正确 + 坐姿
-
干扰因素 人
坐姿提醒器
-
实际 坐姿
15
案例分析：电冰箱的温度控制
外部环境的变化、 大棚保温材料的保 温性能等
-
5
干扰因素是否一无是处？
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。 例如：在军事演习中，红方利用一定 频率的电磁波对蓝方的信息指挥系统 进行干扰，使之不能正常工作。
-
6
这些都是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。
干扰与反馈
闭环控制系统的干扰与反馈
-
1
频道 （输入）
电磁信号 （干扰因素）
收音机
相应的频 道的信息 （输出）
-
2
（一）干扰因素
1、什么是干扰因素？ 在控制系统中，除输入量（给定值）以
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
闭环控制系统的干扰与反馈
教材：（凤凰国标教材）普通高中课程标准实验教科书通用技术（必修2）
文档内容：闭环控制系统的干扰与反馈
章节：第四单元控制与设计第三节闭环控制系统的干扰与反馈
课时：第1课时
作者：叶朝晖（海南省海南中学）
一、教学目标
1. 知识与技能目标
（1）能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素，并作分析。
（2）熟悉闭环控系统中反馈环节的作用。
（3）能识读和画出简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器的作用。
2. 过程与方法目标
（1）通过课堂小试验亲身体验“反馈”的作用。
（2）通过典型闭环控制系统的分析，熟悉闭环控制系统的基本组成及工作过程。
（3）逐步形成理解和分析闭环控制系统的一般方法，学会使用逆推法分析问题。
3. 情感态度与价值观目标
（1）通过“神奇”的自动控制装置，感受科技的魅力，形成和保持探究控制系统的兴趣与热情。
（2）通过对闭环控制系统的探究，形成勇于探索敢于创造优良品质。
二、教学重点
本节学习重点偏重于对闭环控制系统反馈环节的作用的体会，及学会用系统框图来帮助分析和理解闭环控制系统。
三、教学难点
分析闭环控系统的基本组成及工作过程
四、教学方法
演示法、逆推分析法、游戏法
五、设计思想：
1. 教材分析
本节是“控制与设计”第三节的内容，其内容包括“干扰因素”、“反馈”、“功能模拟方法”和“黑箱方法”。
闭环控制系统相对于开环控系统要复杂些，但闭环控制系统因其控制准，自动化程度高，有着“神奇”的控制效果，对学生来说也同样具有一定的吸引力，成为学生进一步学习的动力。
本节学习重点偏重于对闭环控制系统反馈环节的作用的体会，及学会用系统框图来帮助分析和理解闭环控制系统。
2. 学情分析
（1）知道什么是开环控制系统，什么闭环控制系统；
（2）熟悉开环控制系统的基本组成及工作过程；
（3）在和学习开环控制系统过程中，学会了用系统框图来帮助分析和理解开环控制系统的组成和工作过程，及用系统框图来抽象概括开环控制系统的特征；
（4）对分析闭环控制系统有一定的畏难情绪；
（5）对闭环控制系统“神奇”的控制效果充满的好奇心，有着进一步了解其内部组成和工作原理的欲望。
3. 教学策略
（1）通过实物模型演示闭环控制系统“神奇”的控制效果，激发学生的学习兴趣；
（2）通过课堂小试验亲身体验“反馈”的作用；
（3）采用逆推法引发学生的思维，帮助分析闭环控制的基本组成和工作过程；
（4）淡化对概念或定义的描述，侧重机理的分析。
六、教学资源准备
实物模型、相关图片资料、技术试验工具、材料等
七、教学过程
b. 水塔水位靠什么来实现？（水泵）
c. 水泵靠什么来控制？（控制电路）
d. 控制电路怎么知道什么时侯该开始抽水，什么时侯停
止抽水？（通过传感器检测水位，再反馈给控制电路）2. 自动抽水控制系统的工作过程
（1）再次演示自动抽水控制装置自动抽水过程：将水位传感器定在第一条水位线，通电，水泵往水塔里抽水，水位到达传感器位置时水泵即停止抽水，从排水口排水，水位低于第一水位线时水泵又开始抽水；将水位传感器定在第二条水位线，重复上述操作。
（2）提问：这个水塔的工作过程是怎样的，请同学们相互讨论一下，试用系统框图来描述。
3. 案例分析：加热炉的温度控制系统
提问：在加热炉的温度控制系统中，可能有哪些干扰因素，系统是如何克服干扰使炉温稳定在给定的范围内的？其控制量是什么？控制量可以有其他选择吗？
4. 思考
如果请你设计一个温室的温度控制系统，你将选择什么作为控制量？画出控制系统框图：（略）
分析、归纳
分析思考后得出：用散热量作为控制量
五闭环控制系统
与开环控制系
统的比较
引导学生对闭环控制系统与开环控系统进行比较
比较，归纳。