控制系统的干扰与反馈
控制系统的干扰与反馈
【教学目标】
1.知识与技能
①了解功能模拟法和黑箱法在控制系统中的应用。
②熟悉闭环控制系统中反馈环节的作用。
③知道开环和闭环控制系统的区别。
①通过案例分析，找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素，并作分析。
②能根据反馈，准确判断出开环或闭环控制系统。
3.情感态度和价值观
发掘身边的生活实例，养成辩证看待和分析问题的习惯。
【教学重难点】
教学重点: 1、干扰因素的判定。
2、熟悉闭环控制系统中反馈环节的作用。
教学难点:能根据案例，准确判断属于开环控制系统还是闭环控制系统。
【教学准备】：
多媒体、光控灯。
三《闭环控制系统的干扰与反馈》.ppt
请尝试画出抽水 马桶的控制系统 方框图
三、干扰与反馈
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。
例如：人在逆风中骑自行车
风
应保持的速度
自行车
行车速度
马上行动
在空调的控制系统中，下列哪些处于 干扰因素？
⑴开门、开窗； ⑵房间里增加人； ⑶打开房间里的吊扇； ⑷房间里的人走动。
比较器 +
-
控制电路 压缩机 温度检测装置
电冰箱
输出 温度
⑶走道路灯的声控系统
声音
声音 传感器
开关信号
开关电路
灯
灯亮
(4)交通路口红绿灯自动控制（根据车 流量大小改变红绿灯时间）系统
设定红 绿灯停 留时间
比较器 +
-
控制 电路
红绿灯 开关 红绿灯 转换器
车流量检测装置
红绿灯 停留时
间
课堂小结
1.闭环控制系统方框图
游泳池水位控制系统的干扰因素
定时器的误差（定时控制系统） 进水阀门水流量的不稳定性
控制系统中，为了克服干扰，保持输出稳 定，需要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，这种比较过程称 为反馈。
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。
所谓黑箱方法是将要研究的系统作为黑箱， 通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断系 统内部结构及其功能的方法。
拍
西瓜
声音
系统的输入
控制 系统
系统的输出
马上行动：列举黑箱方法应用的例子，并填写下表。
黑箱方法应用的例子 信息学奥赛选手程序
闭环控制系统的干扰与反馈
42-32
三、功能模拟法
功能模拟是指在没有搞清楚或不可能搞清楚 某系统原型的内部结构条件下用一个与它的内部 结构不同的模型来实现与原型相似的功能。简而 言之，功能模拟法就是用用模型来实现一定功能 和行为的方法
功能模拟方法是由美国数学家维纳提出的，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。
干扰因素
承载的重量、电压的波动 滑轮组的摩擦力等
环境温度的变化、材料的保温性能
42-11
电视机有时在正常工作时，突然出现图像闪烁厉害或画面 紊乱等情况，这是由于它受到外界磁场干扰所导致的现象。 电视机最忌磁场干扰，电冰箱，空 调器,电风扇、日光灯等家用电器所形成 的磁场，就是电视机正常工作时的干扰 因素。从而导致电视机的图像出现抖动， 波纹等现象。 克服这些干扰因素的办法就是将家 用电器远离电视机放置。
设定温度
热量
控制器
比较器
加热器
加热炉
实际 温度
热电偶
42-29
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。
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）。
执行器
42-15
姚明在练习立定投篮时， 发生了这样的情况：
第一次投掷，由于用力太大，篮 球碰到篮板上弹了回来，没有命 中。 第二持投掷，他吸取了第一次的 经验，减小了用力，但由于用力 过小，篮球没有碰到篮圈。
第三次投掷，他吸取了前两次的 经验，终于投中了。
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
4 3闭环控制系统的干扰与反馈用
执行器
被控对象
被控量
-
检测装置
闭着眼睛： 开环控制系统
控制器 （大脑）
执行器 （手）
被控对象 （笑脸）
如果没有眼睛的观察和检测，画笑脸的反馈就无法形成。
睁着眼睛： 闭环控制系统
给定量 （笑脸 的设定 位置）
比较器 +
-
控制器 （大脑）
执行器 （手）
检测装置 （眼睛）
被控对象 （笑脸）
被控量 （笑脸 的实际 位置）
说法正确的是
A
A．开环控制系统由于某种干扰信号的作用使
输出信号出现非正常状态时，要进行纠正，必
须借助于人工
B．开环控制系统是人工控制，闭环控制系统
是自动控制
C．开环控制系统会受到干扰因素影响，而闭
环控制系统却不会
D．因为闭环控制系统的精度高，所以在设计
一个控制系统时尽可能设计闭环控制系统
闭环控制系统与开环控制系统的区分
课堂小结 二）反馈的定义
1.反馈的定义
在自动控制系统中，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。
2.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，称为 反馈方法。
例: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
例如：在国际象棋的人机对弈中，计算机具有与人脑类似的逻辑判断功 能，能模拟棋手的思维与人下棋。
挑西瓜
将西瓜托在手中，用手指轻轻 弹拍， 发出“咚、咚”地清脆声，托 瓜地手感觉有些颤动，是熟瓜； 发出“突、突”声，是成熟度 比较高地反映； 发出“噗、噗”声，是过熟地 瓜；发出“嗒、嗒”声地是生 瓜。
闭环控制系统的干扰与反馈
课堂小结
干扰 因素 反馈
除输入量（给定值）以外，引起被控值变化的各种因 素称为干扰因素。有的干扰因素是可被利用的。 在自动控制中，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。
功能模 拟方法 黑箱 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。
把将要研究的系统作为黑箱，通过对系统输入与输出 关系的研究，进而推断系统内部结构及其功能的方法。
会拉提琴的机器人
机器人保姆
游戏
准备一个本身有色的杯子。让一 个同学来感觉一下杯子是空的还是装 满水的。
黑箱方法
把将要研究的系统作为黑箱，通过对 系统输入与输出关系的研究，进而推断系 统内部结构及其功能的方法。
看、摇、拍
杯子
黑箱
空或满
输入
控制系统
黑 箱
输出
中医看 病
（2）判别扩音器的扩音是否正常？
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 利用滑轮组提升 重物的控制系统 蔬菜大棚的温度 控制 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。 滑轮组的摩擦力、电机电源的波动等、绳子和 滑轮，重物的重力。
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。
干扰因素
反馈
功能模拟法 黑箱方法
什么是干扰因素？ 请看课本P.108页
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
Байду номын сангаас
风
逆风、顺风、上坡路……
一）什么是干扰因素：
苏教版高中通用技术 必修2 控制与设计 三 闭环控制系统的干扰与反馈(教案)
第四单元控制与设计三闭环控制系统的干扰与反馈2 反馈一、教学目标1、知识与技能目标（1）通过案例的分析，理解闭环控制系统的含义。
（2）掌握闭环控制系统的基本组成和工作过程，会画闭环控制系统方框图。
（3）熟悉闭环控制系统在日常生活中的应用。
2、过程与方法目标（1）体会闭环控制系统输入与输出的关系和工作过程。
（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。
3、情感态度和价值观目标（1）提高对生活中技术问题的敏感度和引发出探究欲望。
（2）通过对闭环控制系统的探究，形成勇于探索，敢于创造的优良品质。
二、教学重点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、教学方法讲授法、演示法、游戏法五、设计思想1、教材分析本课教学内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”的第二节“控制系统的工作过程与方式”的第2课时。
在学生学习了开环控制系统的基础上学习闭环控制系统的。
上节课让学生对控制手段和控制应用有所了解,这节课主要让学生进一步学习闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程。
通过本节课学习，主要教育目标是培养和提高学生的技术素养。
我们知道，生活中有许多简单控制系统的实例，因此，本课教学要从学生生活经验出发，从实例分析入手，主要对闭环控制系统的工作过程、方框图进行分析。
2、教学策略设计（1）让学生自发地、主动地学习。
本课教学中以生活中最常见的控制系统等问题解决闭环控制系统的工作控制流程，激发学生的认知，引导学生自发地把生活中碰到的闭环控制系统的问题解决。
（2）通过同案例演示，让学生体会开环控制与闭环控制的不同及反馈的作用。
（3）对学生进行现代技术思想和高科技思想方法的指导，使学生获得新信息。
3、学情分析学生已学开环控制系统的基础知识和系统、控制等基本概念，具有观察和使用简单控制系统的生活体验，这些已知知识和经验为教学中提供了条件，同时也为本节顺利进行闭环控制系统的学习提供了可能。
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
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、教学重难点
重点：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。
难点：分析闭环控系统的基本组成及工作过程
三、教学方法
演示法、逆推分析法、游戏法
四、教学资源准备
相关图片资料、PPT，水箱flash
五、教学过程
学生回答，教师总结飞机在受到风和电磁波干扰的时候出现的反应，
出干扰因素的概念。
在日常生活中，干扰是时常存在的
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？。
闭环控制系统干扰与反馈
以手机为例。
技术与设计2
手机不仅在拨打过程中会发射电磁波信号，在待机状 态下也不停地和地面基站联系。虽然每次发射信号的时 间很短，但具有很强的连续性。
创立了控制论，为现代科学技术研究提供了崭新的科
学方法。
技术与设计2
4. 黑箱方法
• 在生活中，有时我们需要认识的对象的内部无 法打开或不便打开，这时，可以通过观测和考 察它的输入和输出的关系来推测其内部的特性 和功能。
• 例如，中医看病通过“望、闻、问、切”来了 解病人的病况，最后对病情作出判断；
据外界的各种情况，控制高炮按照预测的位置发射炮
弹，使炮弹与飞机正好在空中的某一点相遇。
参加研究的美国科学家挨维纳联想起人与机器在
控制自己的行为和动作上存在相似性和共同之处，进
行了艰苦的努力和探索，突破了传统思维的束缚，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，提出了功能模拟的方法，并在此基础上
技术与设计2
马上行动：P108
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？
⑴开电冰箱门； 是
⑵电冰箱所在房间的温度从
20℃变到32℃； 是
⑶把热菜或热饭放入电冰箱
中；
是
⑷在电冰箱外放一盆冷水。非
技术与设计2
思考 说说下列控制系统中，可能存在哪些
P109
干扰因素，如何克服？
西安警方摧毁一用高科技手段 作案的犯罪团伙。这个盗窃团伙在 西安盗窃机动车价值达300余万元。 据交代，作案用的“干扰器”是花了 5000元买回来的。这种干扰器使用 很简单，当车主遥控锁门时，对着 汽车按住干扰器按钮，干扰器就会 发射一种电磁波，干扰遥控钥匙的 电子信号，使车门无法上锁。
高中通用技术 闭环控制系统的干扰与反馈1教案 苏教版必修2
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。
闭环控制系统的干扰和反馈
闭环控制系统的干扰和反馈班级：学号：姓名：一、知识梳理：1．干扰因素：在控制系统中，除以外，引起变化的各种因素。
在控制系统中干扰因素可能有一个，可能有多个；有些是环境造成的，有些是人为原因造成。
控制系统存在干扰。
干扰因素也是可以被利用的。
2．反馈：在控制系统中，将通过适当的返回到输入端并与进行比较的过程。
利用来分析和处理被控对象，通过来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行，称为反馈方法。
反馈的组成方式有3．闭环控制系统是指在系统的输出端与输入端之间存在，对控制过程产生影响的控制系统。
闭环控制系统的核心是。
能够克服干扰，使控制在给定值附近。
5．功能模拟法：以的相似性为基础，用“”模拟“”的功能和行为的方法。
简易理解：6．通过对系统关系的研究，进而推断出的方法，就是黑箱方法。
二、巩固训练1．家用空调温度自动控制系统是闭环控制，其中反馈环节的作用是（）A．减少输入量B．增加输入量C．稳定输入量D．稳定输出量2．一款机器人的工作原理是：通过检测场地预设路线的光值来控制机器人行走。
影响该机器人沿预设路线行走的因素有（）A．室内温度B．室内湿度C．室内光的强弱D．室内声音3．恒温式燃气热水器的温度控制系统为闭环控制系统。
下列因素中，不属于该温度控制系统的干扰因素（）A．燃气的流量B．进水的流量C．进水的温度D．出水的温度4．学校路灯采用光控装置，如果光控路灯的光敏电阻器的感光面被厚厚的灰尘所覆盖，各电路元器件均无损坏，则接通电源后，光控路灯可能出现的现象（）A．一直灭B．一直亮C．先亮后灭D．短路晒毁线路一款意念控制的游戏机，其主要原理是：人集中注意力会产生脑电波，传感器检测到脑电波，单片机接收到该信号发出指令，风扇转动使球漂浮起来，脑电波控制风力，注意力越集中，风力越大，小球飞的越高。
降低注意力，球就降低。
根据描述完成5-6题5．该控制系统中，控制对象、控制器、控制量、被控量是（）A．小球、单片机、小球高度、脑电波信号B．小球、单片机、风扇转速、小球高度C．风扇、传感器、风扇转速、小球高度D．风扇、传感器、小球高度、脑电波信号6．传感器检测到脑电波信号并传给单片机，这一过程称为（）A．干扰B．反馈C．输入D．输出7．下列不属于功能模拟法的是（）A．电脑与人下棋B．机器人洗衣服C．在电脑上画画D．机器人踢球8．减速器是常用的机械部件。