闭环控制系统的干扰与反馈精品PPT课件

[游戏]：在黑板上画两张大脸， “四官俱全”，没有眼睛。然后请 一个同学上来“填”眼睛，闭着眼 睛画，位置不对,也不好看。睁着眼 睛画，漂亮。
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1.闭着眼睛画：
人脑控制手画眼睛：人脑—— 手——眼睛；
控制过程中，Βιβλιοθήκη 有反馈环节， 不能对控制结果加以修正、调节。
是个单程的控制流向。 这是开环控制。
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（5）对干扰的利用，是指有意对控 制系统施加干扰，使控制系统无法 达到控制的目标，而不是控制系统 本身需要干扰。 例如：打狂犬疫苗、军事演习中对 敌方信息指挥系统进行电磁波干扰。
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马上行动： 生活中哪些干扰因素是可以利用
的？如何进行利用？
火盆。冬天冷了，可以在室内放火 盆，这样可以使室内温度升高。
在送乘飞机出行时，为什么不能 说祝你一路顺风?
每天上学骑自行车的感受？乘 车的感受等？
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干扰因素
这节课我们就研究研究闭环 控制系统的干扰与反馈。
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第四单元 控制与设计 第三节 闭环控制系统的干扰与反馈
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一）什么是干扰因素： 1.干扰因素的概念：
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（interference）因素。
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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。
事例
输入
“穿针引线” 线的位置
投掷飞镖 靶的位置 (期望值)
检测装置 人的眼睛 眼睛
输出 线与针孔对准
飞镖实际投掷 的位置
能扑灭蜡烛 打开机器 光敏、力 找到蜡烛、并 的机器人 人的开关 敏传感器 将其扑灭
电冰箱
温控器设 温度传
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生活中的反馈：
反馈控制是一种在计划执行一段 时间或结束后进行的事后控制，主要 为下一步计划的实施总结经验，但它 却常常是管理控制工作的主要形式。 例如投诉与反馈、留言反馈、意见反 馈、环境反馈、教学活动、超市反馈 调查表、市场信息反馈系统、工作总 结、 产品性能检验、现代酒店控制 方法等。
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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
风 逆风、顺风、上坡路……
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案例二：飞机飞行。
结论：在控制系统中，干扰因素一定 有，可能有一个，也可能有若干个。6
扩展讨论：
生活中还有哪些例子说明“闭 环控制系统的干扰是存在的，是不 可避免的”？
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马上行动：
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？
控制
二氧化碳，温室效应。
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案例分析： 电视机的工作。
电视机出现画面紊乱的现象往往 是由于受到外界磁场干扰。
比如：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。
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2.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
（3）通常，干扰因素不止一个。如 自行车速度控制的干扰因素除逆风 外，还可能有路面状况（斜坡、粗 糙度）。
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（4）在进行控制系统设计时，必须 对可能存在的干扰进行全面的调查和 分析，如果干扰比较经常和严重，对 控制目标影响产生严重的后果，就必 须考虑抗干扰措施，保证控制系统的 正常工作；如果可能存在的干扰不是 很严重，对系统正常工作影响不大， 就可以忽略。因为任何抗干扰措施的 实现，都意味着系统结构的复杂和成 本的增加。
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二）反馈 1.什么是反馈（feedback）？
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设定 +
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)
电冰箱 工作温 度
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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（feedback）。
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3.干扰因素的特点：
（1）干扰既存在于闭环控制中，也存 在于开环控制中。
声控灯开环控制，除输入的声音 外，其他声音就是其干扰因素；空调 房的温度控制属于闭环控制，室外环 境温度的变化就是它的干扰因素。
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（2）通常，干扰因素都是作用在控 制对象上，其作用是破坏控制系统 的平衡——使被控量偏离平衡值。
从上面的例子可以看出，由（负）反馈形成的
偏差是人准确完成拿杯子动作的关键。如果这
个差值不能得到的话，整个动作也就没有办法
完成了。这就是眼睛失明的人不能拿到杯子的
缘故。
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3.闭环控制系统的工作过程
闭环控制系统就是系统的输出端与输 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。
闭环控制系统是通过反馈环节克服干 扰因素而使系统达到稳定。
（1）开电冰箱门。
外面热气进入冰箱将会引起箱内 温度变化，属于干扰因素。
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（2）电冰箱所在房间的温度从20℃ 变到32℃
属于干扰因素。
（3）把热菜或热饭放入电冰箱中。
属于干扰因素。
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（4）在冰箱外放一盆冷水。 严格说这也会引起环境温度的
变化，但这种变化一般有利于冰箱 实现目标，不属于干扰因素。
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思考：在下表所列控制系统中，可能 存在哪些干扰因素？
控制系统
干扰因素
自动扶梯的升降 扶梯承载的重力、电机输出电压的
控制系统
波动、齿轮间的摩擦力等。
利用滑轮组提升 重物的控制系统
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。
蔬菜大棚的温度
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
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2.睁着眼睛画： 人脑控制手画眼睛，在此过程中，
眼睛可以把手的位置及画的效果及时 反馈给大脑，使得大脑准确精细的控 制手去画好眼睛。控制过程中有反馈 环节可以把控制结果反馈给人脑，控 制流向形成了闭合回路。这是闭环控 制。
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[阅读]p110：汽车速度控制
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。
定温度
感器
制冷后冰箱 内温度
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[演示]：
反馈的工作过程：当人打算要拿桌子上的水杯
时，人首先要看到自己的手与杯子之间的距离，
然后确定自己手的移动方向，手始向水杯移动。
同时人的眼睛不停观察手与杯子的距离（该距
离就是输入与输出的差值），而人脑（控制器）
的作用就是不停控制手移动，以消除这个差值。
直到手拿到杯子为止，整个过程也就结束了。