闭环控制系统的干扰与反馈
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三《闭环控制系统的干扰与反馈》.ppt
抽水马桶就是典型的案例：
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
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
干扰因素的含义： 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。
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。
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
控制论
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。
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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在电冰箱外放一盆冷水
干扰因素
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 自动扶梯的升降控制系统 利用滑轮组提升重物的控 制装置 蔬菜大棚的温度控制 干扰因素 扶梯承载的重量、电 机输出电压的波动等 滑轮组的摩擦力等 棚外的温度变化、保温 材料的保温性能改变等
干扰因素
我们在上课学习的过程中， 会受到哪些因素的干扰呢？
给定值
执行器
反馈环节
被控 对象
被控量
干扰因素
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。
雨天交通
病毒攻击
手机干扰飞机
干扰因素
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）。 例子：空调和风扇的使用选择
干扰
给定 水位
比较器
电气 控制
水流量
阀门
水箱
水箱中 的水位
浮球
反馈
案例分析：
②加热炉的温 度自动控制系 统 炉温的调节过程： 干扰 给定 温度
比较器
微机 控制
加热 器 热电偶
热量
加热炉
炉内 温度
反馈
• 闭环控制系统的工作过程 • 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。 干扰 比较器
第四章 控制与设计
第三节 闭环控制系统的干扰与反馈
回顾上节内容:
1. 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。
控制系统
输入
控制器
执行器 被控对象
输出
回顾上节内容:
2. 什么是开环控制系统？ 控 制 器 执 行 器
控制量
输入量
被 控 对 象
设定位移值 伺服装置 检测装置 机床
• （2）实际位移量与设定位移量的 比较是由 ▲② 完成的(从①检测 装置；②数控装置；③输入装置； ④伺服装置中选择一项，将序号 填在“ ▲”处)。
练习
• （2012年3月浙江高考）下列方法中不属 于黑箱方法的是 • A、用仪器测试集成电路输出信号判断集 成电路的功能 • B、通过脑电波检查诊断病人大脑的状况 • C、列车司机用锤子敲击车轮，通过声音 判断有无故障 • D、通过胃镜检查诊断病人的胃部疾病
系统的输入
控制 系统
系统的输出
黑箱方法
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
输 入
输 出
需要了解的情况
判断生熟鸡蛋 中医诊断病情
B超探测胎儿性别
了解计算机的基本性能
摇、转、看
望、闻、问、切
生或熟
是否健康
旋转速度
气色、舌苔、 脉搏等
B型超声波 胎儿性别
运行应用 程序 计算机的 反应
超声图象
障碍物 直线向前行进
机器人
行进方向的改变 保持直线行进
干扰因素
在飞机上，我们能使用 手机吗？
手机信号 GPS信号 改变了的航线 原始航线
飞机导航系统
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 电冰箱所在房间的温度从20 度变到32度
是
是 是 否
把热菜热饭放入电冰箱中
总结：
闭环控制系统与开环控制系统的比较
开环控制系统
能否自动调 整和补偿 控制精度
不能 相对低 相对简单
闭环控制系 统
能 高 相对复杂
结构
适用场合
控制精度要求不高 而系统本身的元件 要求高精度和 又比较稳定的场合 可靠性的场合
功能模拟方法
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。
• 功能模拟方法和黑箱方法：
– ⑴ 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。闭环控制系统设计就是一种功 能模拟法，模拟人的控制功能。 – ⑵ 黑箱方法：把系统看作黑箱，通过对系统输入与输出关系的 研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法。例如：医学B 超检测。
输出
什么是反馈呢？ 干扰的利用
反馈
二、反馈的含义
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
例如：投篮
工作过程：
给定量
（篮圈的位置）
+
控制器
（大脑）
执行器
（手）
被控对象
（篮球）
被控对象
（篮球实际投 掷的位置）
-
检测装置
（眼睛）
反馈
二、反馈的含义
思考：
还有哪些控制系统中存在反馈？
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。 • 功能模拟方法是由美国数学家维纳提 出的，他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。 •
黑箱方法
• 你是怎样挑选西瓜的？
计算机基本性 能的好坏
黑箱方法
• 黑箱方法便于研究那些既不能打开又不能 从外部直接观察其内部状态的系统；便于 研究规模庞大，结构复杂，因素繁多，功 能错综的系统。如生态系统，经济系统， 社会系统等。 • 黑箱方法从综合的角度为人们提供了一条 认识事物的重要途径。
小结：
• 干扰因素：除输入量（给定量）以外，引起被控量变化的各 种因素
输出量
X
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种 控制系统称为开环控制系统
回顾上节内容:
3. 什么是闭环控制系统？ 输入量 比较器 控 × 制 器 执 行 器 控制量 被 输出量 控 对 象
检测装置
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
干扰因素
出现杂 色的线
人的眼睛 人的眼睛 人的眼睛
篮圈的位置
靶的位置 (期望值)
反馈
闭环控制系统的工作过程
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。
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。
反馈 水位自动调节过程：
干扰因素
外界光线对投影效果的干扰
干扰因素
一、什么是干扰（interference） ？
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
产生变化的输出量
控制系统
干扰因素
骑自行车时所受到的干扰
风、雪
应保持的速度
自行车
改变了的速度 行车速度
干扰因素
直线行进机器人受到的干扰
干扰的利用 干扰的利用
信息战中，利用电磁波对 敌方信息系统进行干扰
利用基因干扰疗法治疗顽固疾病
干扰因素
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。
电 子 干 扰 战
干扰因素
干扰对控制功能的影响
干扰
给定值
控制器 比较器 控制器
执行器
被控 对象
干扰
被控量
答案：D
黑箱方法是通过对系统输入与输出关系的研究， 进而推断出系统内部结构及其功能的方法，不 需要直接考查其内部结构
练习
• （2012年3月浙江高考）下列选项中 不属于功能摸拟法的是
答案：D
功能模拟法是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。
谢谢
干扰因素
克服的基本方法：
1、消除干扰
手机信号 找出干扰源，切断干扰 GPS信号
X
航线
飞机导航系统
2、减弱干扰
电视信号传输过程中往往采用 铁壳屏蔽的分支器
干扰因素
克服的基本方法：
3. 我们也可以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。
控制系统
输入
控制器 执行器 被控对象 检测装置
练习
• （2011年3月浙江高考）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 （ ） • A噪声 • B浓雾 • C闪电 • D沙尘 答案：A
练习
2011年9月浙江省高考
• 如图所示是数控机床的位置控制系统示意图。检测装置检 测机床工作台的实际位移，并将该位移值传输给数控装置 与设定位移量进行比较，数控装置根据比较的偏差值控制 伺服装置运动，驱动机床工作台到达指定的位置。 • （1）根据示意图及其描述，在控制系统框图中“▲”处 填写相应的内容。 实际位移值
– 干扰有坏处，也有好处。干扰来自环境，也可能来自人为；系统 的各个环节都可能被干扰；开环、闭环系统都存在干扰。
• 反馈：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。闭环控制系统存在反馈，开环控制系统 没有反馈。 • 闭环控制系统的工作过程
– 闭环控制系统的核心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。 – 一个闭环控制系统，能够克服外界干扰，使控制量控制在给定值 附近。
控制系统
定时红绿灯 电饭煲 恒温温室
有无反馈
无 有 有
反馈在我们控制系统中是普遍存在的，闭环控制中必定存在反馈
反馈
马上行动
事 例 输 入 检测装置 温度检测 装置 输 出
干扰因素
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 自动扶梯的升降控制系统 利用滑轮组提升重物的控 制装置 蔬菜大棚的温度控制 干扰因素 扶梯承载的重量、电 机输出电压的波动等 滑轮组的摩擦力等 棚外的温度变化、保温 材料的保温性能改变等
干扰因素
我们在上课学习的过程中， 会受到哪些因素的干扰呢？
给定值
执行器
反馈环节
被控 对象
被控量
干扰因素
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。
雨天交通
病毒攻击
手机干扰飞机
干扰因素
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）。 例子：空调和风扇的使用选择
干扰
给定 水位
比较器
电气 控制
水流量
阀门
水箱
水箱中 的水位
浮球
反馈
案例分析：
②加热炉的温 度自动控制系 统 炉温的调节过程： 干扰 给定 温度
比较器
微机 控制
加热 器 热电偶
热量
加热炉
炉内 温度
反馈
• 闭环控制系统的工作过程 • 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。 干扰 比较器
第四章 控制与设计
第三节 闭环控制系统的干扰与反馈
回顾上节内容:
1. 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。
控制系统
输入
控制器
执行器 被控对象
输出
回顾上节内容:
2. 什么是开环控制系统？ 控 制 器 执 行 器
控制量
输入量
被 控 对 象
设定位移值 伺服装置 检测装置 机床
• （2）实际位移量与设定位移量的 比较是由 ▲② 完成的(从①检测 装置；②数控装置；③输入装置； ④伺服装置中选择一项，将序号 填在“ ▲”处)。
练习
• （2012年3月浙江高考）下列方法中不属 于黑箱方法的是 • A、用仪器测试集成电路输出信号判断集 成电路的功能 • B、通过脑电波检查诊断病人大脑的状况 • C、列车司机用锤子敲击车轮，通过声音 判断有无故障 • D、通过胃镜检查诊断病人的胃部疾病
系统的输入
控制 系统
系统的输出
黑箱方法
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
输 入
输 出
需要了解的情况
判断生熟鸡蛋 中医诊断病情
B超探测胎儿性别
了解计算机的基本性能
摇、转、看
望、闻、问、切
生或熟
是否健康
旋转速度
气色、舌苔、 脉搏等
B型超声波 胎儿性别
运行应用 程序 计算机的 反应
超声图象
障碍物 直线向前行进
机器人
行进方向的改变 保持直线行进
干扰因素
在飞机上，我们能使用 手机吗？
手机信号 GPS信号 改变了的航线 原始航线
飞机导航系统
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 电冰箱所在房间的温度从20 度变到32度
是
是 是 否
把热菜热饭放入电冰箱中
总结：
闭环控制系统与开环控制系统的比较
开环控制系统
能否自动调 整和补偿 控制精度
不能 相对低 相对简单
闭环控制系 统
能 高 相对复杂
结构
适用场合
控制精度要求不高 而系统本身的元件 要求高精度和 又比较稳定的场合 可靠性的场合
功能模拟方法
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。
• 功能模拟方法和黑箱方法：
– ⑴ 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。闭环控制系统设计就是一种功 能模拟法，模拟人的控制功能。 – ⑵ 黑箱方法：把系统看作黑箱，通过对系统输入与输出关系的 研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法。例如：医学B 超检测。
输出
什么是反馈呢？ 干扰的利用
反馈
二、反馈的含义
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
例如：投篮
工作过程：
给定量
（篮圈的位置）
+
控制器
（大脑）
执行器
（手）
被控对象
（篮球）
被控对象
（篮球实际投 掷的位置）
-
检测装置
（眼睛）
反馈
二、反馈的含义
思考：
还有哪些控制系统中存在反馈？
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。 • 功能模拟方法是由美国数学家维纳提 出的，他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。 •
黑箱方法
• 你是怎样挑选西瓜的？
计算机基本性 能的好坏
黑箱方法
• 黑箱方法便于研究那些既不能打开又不能 从外部直接观察其内部状态的系统；便于 研究规模庞大，结构复杂，因素繁多，功 能错综的系统。如生态系统，经济系统， 社会系统等。 • 黑箱方法从综合的角度为人们提供了一条 认识事物的重要途径。
小结：
• 干扰因素：除输入量（给定量）以外，引起被控量变化的各 种因素
输出量
X
控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种 控制系统称为开环控制系统
回顾上节内容:
3. 什么是闭环控制系统？ 输入量 比较器 控 × 制 器 执 行 器 控制量 被 输出量 控 对 象
检测装置
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
干扰因素
出现杂 色的线
人的眼睛 人的眼睛 人的眼睛
篮圈的位置
靶的位置 (期望值)
反馈
闭环控制系统的工作过程
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。
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。
反馈 水位自动调节过程：
干扰因素
外界光线对投影效果的干扰
干扰因素
一、什么是干扰（interference） ？
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
产生变化的输出量
控制系统
干扰因素
骑自行车时所受到的干扰
风、雪
应保持的速度
自行车
改变了的速度 行车速度
干扰因素
直线行进机器人受到的干扰
干扰的利用 干扰的利用
信息战中，利用电磁波对 敌方信息系统进行干扰
利用基因干扰疗法治疗顽固疾病
干扰因素
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。
电 子 干 扰 战
干扰因素
干扰对控制功能的影响
干扰
给定值
控制器 比较器 控制器
执行器
被控 对象
干扰
被控量
答案：D
黑箱方法是通过对系统输入与输出关系的研究， 进而推断出系统内部结构及其功能的方法，不 需要直接考查其内部结构
练习
• （2012年3月浙江高考）下列选项中 不属于功能摸拟法的是
答案：D
功能模拟法是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。
谢谢
干扰因素
克服的基本方法：
1、消除干扰
手机信号 找出干扰源，切断干扰 GPS信号
X
航线
飞机导航系统
2、减弱干扰
电视信号传输过程中往往采用 铁壳屏蔽的分支器
干扰因素
克服的基本方法：
3. 我们也可以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。
控制系统
输入
控制器 执行器 被控对象 检测装置
练习
• （2011年3月浙江高考）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 （ ） • A噪声 • B浓雾 • C闪电 • D沙尘 答案：A
练习
2011年9月浙江省高考
• 如图所示是数控机床的位置控制系统示意图。检测装置检 测机床工作台的实际位移，并将该位移值传输给数控装置 与设定位移量进行比较，数控装置根据比较的偏差值控制 伺服装置运动，驱动机床工作台到达指定的位置。 • （1）根据示意图及其描述，在控制系统框图中“▲”处 填写相应的内容。 实际位移值
– 干扰有坏处，也有好处。干扰来自环境，也可能来自人为；系统 的各个环节都可能被干扰；开环、闭环系统都存在干扰。
• 反馈：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。闭环控制系统存在反馈，开环控制系统 没有反馈。 • 闭环控制系统的工作过程
– 闭环控制系统的核心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。 – 一个闭环控制系统，能够克服外界干扰，使控制量控制在给定值 附近。
控制系统
定时红绿灯 电饭煲 恒温温室
有无反馈
无 有 有
反馈在我们控制系统中是普遍存在的，闭环控制中必定存在反馈
反馈
马上行动
事 例 输 入 检测装置 温度检测 装置 输 出