干擾與反饋、控制的框圖

1、第四章第四章 控制與設(shè)計(jì)控制與設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的干擾與反饋、控制系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)的干擾與反饋、控制系統(tǒng)框圖一）什么是干擾因素：一）什么是干擾因素：1.1.干擾因素的概念：干擾因素的概念： 在控制系統(tǒng)中，除輸入量（給定在控制系統(tǒng)中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因值）以外，引起被控量變化的各種因素稱為素稱為干擾（干擾（interferenceinterference）因素）因素。一、干擾與反饋案例一：逆風(fēng)中騎自行車(chē)。案例一：逆風(fēng)中騎自行車(chē)。腳踩的力腳踩的力自行車(chē)自行車(chē)行使的速度行使的速度風(fēng)風(fēng)逆風(fēng)、順風(fēng)、上坡路逆風(fēng)、順風(fēng)、上坡路案例二：飛機(jī)飛行。案例二：飛機(jī)飛行。結(jié)論：結(jié)論：在控制系統(tǒng)中

2、，干擾因素一定在控制系統(tǒng)中，干擾因素一定有，可能有一個(gè)，也可能有若干個(gè)。有，可能有一個(gè)，也可能有若干個(gè)。討論：討論： 生活中還有哪些例子說(shuō)明生活中還有哪些例子說(shuō)明“控控制系統(tǒng)的干擾是存在的，是不可避制系統(tǒng)的干擾是存在的，是不可避免的免的”？馬上行動(dòng)：馬上行動(dòng)： 在電冰箱的溫度控制系統(tǒng)中，下列情況是否屬于影響其溫度控制的干擾因素？（1）開(kāi)電冰箱門(mén)。 外面熱氣進(jìn)入冰箱將會(huì)引起箱內(nèi)溫度變化，屬于干擾因素。（2）電冰箱所在房間的溫度從20變到32屬于干擾因素。（3）把熱菜或熱飯放入電冰箱中。屬于干擾因素。（4）在冰箱外放一盆冷水。 嚴(yán)格說(shuō)這也會(huì)引起環(huán)境溫度的變化，但這種變化一般有利于冰箱實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，不屬

3、于干擾因素。思考：在下表所列控制系統(tǒng)中，可能存在哪些干擾因素？控制系統(tǒng)干擾因素 自動(dòng)扶梯的升降控制系統(tǒng) 利用滑輪組提升重物的控制系統(tǒng) 蔬菜大棚的溫度控制 扶梯承載的重力、電機(jī)輸出電壓的扶梯承載的重力、電機(jī)輸出電壓的波動(dòng)、齒輪間的摩擦力等。波動(dòng)、齒輪間的摩擦力等?；喗M的摩擦力、電機(jī)電源的波動(dòng)等、滑輪組的摩擦力、電機(jī)電源的波動(dòng)等、繩子和滑輪，重物的重力。繩子和滑輪，重物的重力。外部環(huán)境溫度的變化、大棚保溫材料外部環(huán)境溫度的變化、大棚保溫材料的保溫性能產(chǎn)生變化等、植物排放的的保溫性能產(chǎn)生變化等、植物排放的二氧化碳，溫室效應(yīng)。二氧化碳，溫室效應(yīng)。案例分析：案例分析： 電視機(jī)的工作。 電視機(jī)出現(xiàn)畫(huà)面紊

4、亂的現(xiàn)象往往是由于受到外界磁場(chǎng)干擾。比如：近距離擺放的電冰箱、空調(diào)器、電風(fēng)扇、日光燈等等。他們就是電視機(jī)正常工作的干擾因素。 克服這些干擾的辦法就是將家用電器遠(yuǎn)離電視機(jī)放置。 2.克服干擾的基本方法：A、消除干擾 在飛機(jī)上不能使用通信工具B、減弱干擾 電器在使用時(shí)遠(yuǎn)離其它電子設(shè)備C、提高控制系統(tǒng)性能 采用閉環(huán)控制系統(tǒng)3.3.干擾因素的特點(diǎn)：干擾因素的特點(diǎn)：（1 1）干擾既存在于閉環(huán)控制中，也存）干擾既存在于閉環(huán)控制中，也存在于開(kāi)環(huán)控制中。在于開(kāi)環(huán)控制中。 聲控?zé)糸_(kāi)環(huán)控制，除輸入的聲音聲控?zé)糸_(kāi)環(huán)控制，除輸入的聲音外，其他聲音就是其干擾因素；外，其他聲音就是其干擾因素；空調(diào)房的溫度控制屬于閉環(huán)控制

5、，室空調(diào)房的溫度控制屬于閉環(huán)控制，室外環(huán)境溫度的變化就是它的干擾因素。外環(huán)境溫度的變化就是它的干擾因素。（2 2）通常，干擾因素都是作用在）通常，干擾因素都是作用在控控制對(duì)象制對(duì)象上，其作用是破壞控制系統(tǒng)上，其作用是破壞控制系統(tǒng)的平衡的平衡使被控量偏離平衡值。使被控量偏離平衡值。 （3 3）通常，干擾因素不止一個(gè)。如）通常，干擾因素不止一個(gè)。如自行車(chē)速度控制的干擾因素除逆風(fēng)自行車(chē)速度控制的干擾因素除逆風(fēng)外，還可能有路面狀況（斜坡、粗外，還可能有路面狀況（斜坡、粗糙度）。糙度）。（4）在進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)可能存在的干擾進(jìn)行全面的調(diào)查和分析. 如果干擾比較經(jīng)常和嚴(yán)重，對(duì)控制目標(biāo)影響產(chǎn)生嚴(yán)重

6、的后果，就必須考慮抗干擾措施，保證控制系統(tǒng)的正常工作； 如果可能存在的干擾不是很?chē)?yán)重，對(duì)系統(tǒng)正常工作影響不大，就可以忽略。 因?yàn)槿魏慰垢蓴_措施的實(shí)現(xiàn)，都意味著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜和成本的增加。（5）對(duì)干擾的利用，是指有意對(duì)控制系統(tǒng)施加干擾，使控制系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到控制的目標(biāo)，而不是控制系統(tǒng)本身需要干擾。例如：打狂犬疫苗、軍事演習(xí)中對(duì)敵方信息指揮系統(tǒng)進(jìn)行電磁波干擾。 火盆。冬天冷了，可以在室內(nèi)放火盆，這樣可以使室內(nèi)溫度升高。 馬上行動(dòng)： 生活中哪些干擾因素是可以利用的？如何進(jìn)行利用？二）反饋1.什么是反饋（feedback）？ 控制系統(tǒng)中，將輸出量通過(guò)適當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過(guò)程就是反

7、饋（feedback）。游戲：在黑板上畫(huà)兩張大臉，“四官俱全”，沒(méi)有鼻子。然后請(qǐng)一個(gè)同學(xué)上來(lái)“填”鼻子鼻子，閉著眼睛畫(huà)，位置不對(duì),也不好看。睜著眼睛畫(huà)，漂亮。 控制過(guò)程中，沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)，不能對(duì)控制結(jié)果加以修正、調(diào)節(jié)。 單向， 這是開(kāi)環(huán)控制。 閉著眼睛畫(huà)：睜著眼睛畫(huà)： 人腦控制手畫(huà)鼻子鼻子，在此過(guò)程中，眼睛可以把手的位置及畫(huà)的效果及時(shí)反饋給大腦，使得大腦準(zhǔn)確精細(xì)的控制手去畫(huà)好鼻子鼻子?？刂屏飨蛐纬闪碎]合回路。這是閉環(huán)控制。鼻子的鼻子的 位置位置 閉環(huán)控制系統(tǒng)受影響較小，因?yàn)殚]環(huán)控制系統(tǒng)能不斷修正控制效果。思考與分析 在出現(xiàn)干擾的情況下，開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)哪種受干擾的影響??？為什么？1.1

8、.繪制框圖的方法：繪制框圖的方法： 按下面的順序確定系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)按下面的順序確定系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié) a a 被控對(duì)象被控對(duì)象 b b 執(zhí)行器執(zhí)行器 c c 控制器控制器 d d 反饋環(huán)節(jié)（反饋環(huán)節(jié)（對(duì)閉環(huán)而言對(duì)閉環(huán)而言）二、控制系統(tǒng)框圖反饋環(huán)節(jié)控制器執(zhí)行器被控對(duì)象1.1.繪制框圖的方法：繪制框圖的方法： 確定被控量（輸出量）、控制量、確定被控量（輸出量）、控制量、輸入量、反饋量和偏差量。輸入量、反饋量和偏差量。 用帶箭頭的直線表示信息在系統(tǒng)用帶箭頭的直線表示信息在系統(tǒng)中流動(dòng)、傳遞的方向與過(guò)程。中流動(dòng)、傳遞的方向與過(guò)程。 加上比較環(huán)節(jié)（閉環(huán)）加上比較環(huán)節(jié)（閉環(huán)）二、控制系統(tǒng)框圖反饋環(huán)節(jié)控制器執(zhí)行器被控

9、對(duì)象2.2.繪制技巧：繪制技巧：自右往左畫(huà)：先畫(huà)自右往左畫(huà)：先畫(huà)被控對(duì)象被控對(duì)象，再畫(huà)，再畫(huà)執(zhí)執(zhí)行器行器，接著畫(huà)，接著畫(huà)控制器、反饋環(huán)節(jié)控制器、反饋環(huán)節(jié)，最，最后畫(huà)后畫(huà) 。連線閉環(huán)，并標(biāo)注各量。連線閉環(huán)，并標(biāo)注各量。 二、控制系統(tǒng)框圖反饋環(huán)節(jié)控制器執(zhí)行器被控對(duì)象控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控被控對(duì)象對(duì)象反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控被控對(duì)象對(duì)象3、人工調(diào)節(jié)液面、人工調(diào)節(jié)液面4、希羅的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)、希羅的自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)浮球浮球控制器控制器閥門(mén)閥門(mén)水箱水箱熱電偶熱電偶控制器控制器加熱器加熱器加熱爐加熱爐眼睛眼睛大腦大腦手、手、閥門(mén)閥門(mén)容器容器連動(dòng)連動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)廟門(mén)廟門(mén) 白天或夜晚光線較

10、亮?xí)r，聲控部分不起作用。白天或夜晚光線較亮?xí)r，聲控部分不起作用。當(dāng)光線較暗時(shí)，負(fù)載電路的通斷受控于聲控部分。當(dāng)光線較暗時(shí)，負(fù)載電路的通斷受控于聲控部分。電路是否接通，取決于聲音信號(hào)的強(qiáng)度。當(dāng)聲音電路是否接通，取決于聲音信號(hào)的強(qiáng)度。當(dāng)聲音強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，電路自動(dòng)接通，點(diǎn)亮白熾強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，電路自動(dòng)接通，點(diǎn)亮白熾燈，并開(kāi)始延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到，開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)斷，燈，并開(kāi)始延時(shí)，延時(shí)時(shí)間到，開(kāi)關(guān)自動(dòng)關(guān)斷，等待下一次聲音信號(hào)觸發(fā)。這樣，通過(guò)對(duì)環(huán)境聲等待下一次聲音信號(hào)觸發(fā)。這樣，通過(guò)對(duì)環(huán)境聲光信號(hào)的檢測(cè)與處理，完成電路通斷的自動(dòng)開(kāi)關(guān)光信號(hào)的檢測(cè)與處理，完成電路通斷的自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制?？刂?。請(qǐng)畫(huà)出該控制系統(tǒng)

11、框圖。請(qǐng)畫(huà)出該控制系統(tǒng)框圖。走道路燈的聲光控制系統(tǒng)走道路燈的聲光控制系統(tǒng)聲 光信號(hào)聲光檢測(cè)控制裝置路燈燈亮/滅開(kāi)關(guān)練習(xí)練習(xí)2： 1、交通路口紅綠燈自動(dòng)控制（根據(jù)車(chē)流量大小改變交通路口紅綠燈自動(dòng)控制（根據(jù)車(chē)流量大小改變紅綠燈時(shí)間）系統(tǒng)紅綠燈時(shí)間）系統(tǒng). . 目前所用的交通路口的紅綠燈控制系統(tǒng)一般目前所用的交通路口的紅綠燈控制系統(tǒng)一般都是按給定的時(shí)序來(lái)控制的，因此應(yīng)該是開(kāi)環(huán)都是按給定的時(shí)序來(lái)控制的，因此應(yīng)該是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。對(duì)車(chē)流量因素的考慮，是在調(diào)查統(tǒng)控制系統(tǒng)。對(duì)車(chē)流量因素的考慮，是在調(diào)查統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上在設(shè)計(jì)給定時(shí)序時(shí)體現(xiàn)的。其參考計(jì)的基礎(chǔ)上在設(shè)計(jì)給定時(shí)序時(shí)體現(xiàn)的。其參考框圖如下：框圖如下：設(shè)定好亮/滅時(shí)序輸 出 亮 /滅時(shí)序時(shí)序控制裝置紅綠燈2.糧庫(kù)的濕度和溫度自動(dòng)控制，一般采用糧庫(kù)的濕度和溫度自動(dòng)控制，一般采用閉環(huán)控制