干扰与反馈:闭环控制系统的干扰与反馈
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。
通用技术知识整理(考前用)

通用技术知识(考前复习)第一章 走进技术世界(技术的价值与性质)一、“综合性”1、技术的五个性质之一:是指技术涉及“跨学科、多方面知识或多种技术(综合性≠多功能、多特点)” (技术五性:目的性、创新性、综合性、两面性、专利性)2、系统分析三原则之一:是指“存在若干个目标,将目标排出优先次序,综合分析,统筹兼顾;或综合若干方案的优点(如中西医结合)” 注意:系统的特性中没有综合性 (系统分析三原则:整体性原则、科学性原则、综合性原则) 二、“整体性”1、系统的五个特性之一:系统的整体性是指“要素制约整体;整体的功能大于各要素功能之和;整体的功能是各要素不具备的。
”(系统的五个特性:整体性、相关性、目的性、动态性、环境的适应性)2、系统分析三原则之一:整体性原则是指系统分析时“先整体后部分,先全局后局部,先长远后当前” 三、人机关系1、要实现的目标:物品与使用者之间的相互关系高效:使用方便,提高效率健康:以人为本,保护健康(长期影响) 舒适:自然和谐,身心愉悦安全:生理保护,消除危险(立刻直接危害生理) 2、实现合理的人机关系,需考虑:普通人群与特殊人群;静态人与动态人;生理需求与心理需求;信息交互(声音、语音、颜色、震动、灯光等)四、发现问题的三种途径与方法 1、观察日常生活(偶然)2、收集和分析信息(对文献、网络、媒体信息的收集、检索和分析,问卷、访谈等)3、技术研究与技术试验五、尺寸与标注(图中标的尺寸,都是实际的尺寸哦,跟比例无关) 1、准确、规范:(1)尺寸线:两端带实心箭头的细实线。
单独画出,不能与其他图线重合。
(2)尺寸数字:尺寸线竖直的,数字写在左侧,且字头向左;其它情况,数字在上方。
半圆或不足半圆的圆弧标注半径R ,同一尺寸一般只标注一次,能计算得到的尺寸不标注。
以mm 为单位时,不注写。
2、不遗漏:依次确定长、宽、高、角弧、内部结构定位。
例如长:若共有n (n >1)条(含总长),则需要标注n -1个尺寸长数字。
闭环控制系统的干扰与反馈.pptx

1
控制论的技术思想和方法:
1.反馈方法 2.功能模拟方法 3.黑箱方法
2
是通过对输出的检测来调整过程,从而 获得更为理想结果的思想和方法。
举例
Байду номын сангаас
手动驾驶汽车
3
设定车的行驶方向
大脑
手 眼睛
方向盘 车的实际行驶方向
根据车的实际方向调整车的实际位置,从而 使车朝预定方向行驶。
4
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。
判断生熟鸡蛋 摇、转、看 生或熟 旋转速度
中医诊断病情
望、闻、问、切 是否健康
气色、舌苔、 脉搏等
B超探测胎儿性别
了解计算机的 基本性能
B型超声波
运行应用 程序
胎儿性别
计算机的 反应
超声图象
计算机基本 性能的好坏
15
控制论的技术思想和方法:
反馈方法
是通过对结果的检测来调整过程从而获得更为理想 结果的思想和方法。
7
驾驶控制系统方框图
设定车的行驶方向
大脑
手
方向盘 车的实际行驶方向
眼睛
手动驾驶
设定车的行驶方向
控制器
执行器 检测装置
自动驾驶
方向盘 车的实际行驶方向
8
判别下列案例是否涉及到功能模拟方法:
会骑自行车的机器人
会拉提琴的机器人
机器人保姆
9
危险环境中要人实现一些特殊操作,但特危险怎么办?
10
黑箱方法
功能、行为
模型 (相似性)
原型
5
功能模拟方法
比较加热炉温度自动控制系统与手动控制系统,我们发现, 控制器代替人脑实现了温度控制的功能,执行器代替人手实现 了调压的功能,检测装置代替了人眼实现了检测温度值的功能。
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 。
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。
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:
(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。
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干扰因素 正确 坐姿 + 坐姿提醒器 人 实际 坐姿
案例分析:电冰箱的温度控制
系统控制的 目的 输入量 输出量
控制温度
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。
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
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。
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( ) A、增加反馈环节 B、提高压缩机的制冷量 C、提高箱体的隔热性能 D、说明书上建议用户将冰箱远离其他家 用电器放置。
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。 思考:是不是控制系统本身需要干扰?
控制系统在工作过程中必须克服干扰, 使被控量稳定
• 克服干扰的基本方法:
X
方法1:消除干扰
克服干扰的基本方法:
【案例分析】:电视机 电视机克服磁场干 扰的方法是什么?
方法2:减弱干扰
克服干扰的基本方法:
给定 温度
+ -
主弹簧及 连接杆
(控制器)
活动触 点
(执行器)
电冰箱
(被控对象)
实际 温度
感温包、膜盒、 传动膜片 (检测、反馈)
反馈
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 。
消除干扰 利用 干扰 克服
减弱干扰
反馈
在进行控制系统设计时,必须对可 能存在的干扰因素进行全面的调查和 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性和 成本的增加。
干扰与反馈
闭环控制系统的干扰与反馈
电磁信号 (干扰因素) 频道 (输入) 相应的频 道的信息 (输出)Βιβλιοθήκη 收音机(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 外,引起被控量变化的各种因素称为干扰因 素。 干扰因素 输入量 (给定值) 输出量 (被控量)
被控对象
【马上行动】对于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。
【思考】:蔬菜大棚的温度控制可能存在哪些 干扰因素。
外部环境的变化、 大棚保温材料的保 温性能等
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。
【小试验】坐姿提醒器报警试验
试验目的:通过视力保护提醒器报警试 验理解反馈的原理。 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。
干扰因素 给定温度 电冰箱 实际温度
(1)开电冰箱门 √ 。 。 (2)电冰箱所在房间的温度从20 C变到32 C ; √ (3)把热菜或热饭放入电冰箱中;√ (4)在电冰箱外放一盆冷水 ×
在控制系统中干扰因素可能有一个, 也可能有若干个,有些干扰因素是由于环 境造成的,有的干扰因素是人为原因所致 的。
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。 反馈方法是通过对结果的检测来调 整过程从而获得更为理想结果的思想和 方法,它已经在很多领域得到了广泛的 应用。
普通电水壶将水加热至沸腾时,需要人工 关闭电源,而自动保温电水壶具有当水温达 到沸点时自动切换到保温状态的功能,这也 是运用反馈方法实现自动控制的结果。饮水 机、空调对于温度的控制亦是如此。
方法3:反馈
我们也可以通过加强控制系统的性 能来提高抗干扰能力,比较常用的就 是在控制系统中引入反馈。
(二)反馈
• 游戏:蒙着眼睛画鼻子
干扰因素
预期 位置
+ -
人
实际 位置
眼睛
(二)反馈
什么是反馈? 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( feedback)。