干擾因素的概念在控制系統(tǒng)中課件

第四單元控制與設(shè)計(jì)第三節(jié)控制系統(tǒng)的干擾及設(shè)計(jì)第四單元控制與設(shè)計(jì)1一）什么是干擾因素：1.干擾因素的概念：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素稱為干擾因素。一）什么是干擾因素：1.干擾因素的概念：在控制系統(tǒng)中2案例一：逆風(fēng)中騎自行車。腳踩的力自行車行使的速度風(fēng)給定量被控量逆風(fēng)、順風(fēng)、上坡路……案例一：逆風(fēng)中騎自行車。腳踩的力自行車行使的速度風(fēng)給定量被控3案例二：飛機(jī)飛行。結(jié)論：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)。案例二：飛機(jī)飛行。結(jié)論：在控制系統(tǒng)中，干擾因素一定有，可能有4擴(kuò)展討論：生活中還有哪些例子說明“控制系統(tǒng)的干擾是存在的，是不可避免的”？擴(kuò)展討論：生活中還有哪些例子說明“控制系統(tǒng)的干擾是存5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）開電冰箱門。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。馬上行動(dòng)：在電冰箱的溫度控制系統(tǒng)中，下列情況是6（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。（2）電冰箱所在房間的溫度從20℃變到32℃屬于干擾因素。（7嚴(yán)格說這也會(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)，不屬于干擾因素。（4）在冰箱外放一盆冷水。嚴(yán)格說這也會(huì)引起環(huán)境溫度的變化，但這種變化一般8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、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)。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9案例分析：

電視機(jī)的工作。電視機(jī)出現(xiàn)畫面紊亂的現(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?？朔@些干擾的辦法就是將家用電器遠(yuǎn)離電視機(jī)放置。案例分析：電視機(jī)出現(xiàn)畫面紊亂的現(xiàn)象往往是由于受102.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)2.克服干擾的基本方法：A、消除干擾113.干擾因素的特點(diǎn)：（1）干擾既存在于閉環(huán)控制中，也存在于開環(huán)控制中。聲控?zé)糸_環(huán)控制，除輸入的聲音外，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，室外環(huán)境溫度的變化就是它的干擾因素。3.干擾因素的特點(diǎn)：（1）干擾既存在于閉環(huán)控制中，也存在于開12（2）通常，干擾因素都是作用在控制對(duì)象上，其作用是破壞控制系統(tǒng)的平衡——使被控量偏離平衡值。（3）通常，干擾因素不止一個(gè)。如自行車速度控制的干擾因素除逆風(fēng)外，還可能有路面狀況（斜坡、粗糙度）。（2）通常，干擾因素都是作用在控制對(duì)象上，其作用是破壞控制系13（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嚴(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。（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)14（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。（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15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？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16[思考設(shè)計(jì)]：家用抽水馬桶是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)的水位控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn):1）系統(tǒng)輸出量對(duì)控制作用有直接影響。2）有反饋環(huán)節(jié)，并應(yīng)用反饋減小誤差。3）當(dāng)出現(xiàn)干擾時(shí)，可以自動(dòng)減弱其影響。[思考設(shè)計(jì)]：家用抽水馬桶是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)的水位控制17

在加熱鍋爐的溫度控制系統(tǒng)中，可能有那些干擾因素，系統(tǒng)如何克服干擾使?fàn)t溫穩(wěn)定在給定范圍內(nèi)？干擾因素有加熱爐外的環(huán)境溫度變化、加熱器的電壓波動(dòng)、爐壁自身溫度、爐內(nèi)空氣溫度等。[圖片展示]：烘箱（飲水機(jī)）P113思考：在加熱鍋爐的溫度控制系統(tǒng)中，可能有那些干擾因18首先用熱電偶來代替溫度計(jì)來測(cè)量溫度的值，然后對(duì)溫度的比較，當(dāng)小于恒溫箱給定時(shí)，就增大加熱裝置的電流；相反當(dāng)大于恒溫箱給定時(shí)，就減小電流。這樣恒溫箱就能保持給定的溫度。加熱爐的溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖：首先用熱電偶來代替溫度計(jì)來測(cè)量溫度的值，然后對(duì)溫度的比19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？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20三）控制系統(tǒng)的分析方法1.功能模型法請(qǐng)大家觀察下面圖1、圖2,對(duì)比人工恒溫箱控制系統(tǒng)與自動(dòng)恒溫箱控制系統(tǒng)的方框圖，我們發(fā)現(xiàn)：兩者的控制器、執(zhí)行器及檢測(cè)裝置的具體結(jié)構(gòu)不同，但兩者在功能和行為是相似的，都能實(shí)現(xiàn)恒溫箱的恒溫控制。三）控制系統(tǒng)的分析方法1.功能模型法請(qǐng)大家觀察21實(shí)際溫度給定溫度大腦肌體恒溫箱+-眼睛圖1人工恒溫箱控制系統(tǒng)方框圖實(shí)際溫度給定溫度比較電路電機(jī)恒溫箱+-熱電偶圖2自動(dòng)恒溫箱控制系統(tǒng)方框圖

這種以功能和行為的相似性為基礎(chǔ)，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法，就是功能模擬法。功能模擬方法是一種整體性研究方法，功能模擬法為仿生學(xué)、人工智能、價(jià)值工程提供了科學(xué)方法。你能列舉功能模擬法的案例嗎？實(shí)際溫度給定溫度大腦肌體恒溫箱+-眼睛圖1人工恒溫箱控制系22

可以通過模擬，進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)，從而使有些不易實(shí)現(xiàn)的技術(shù)設(shè)計(jì)得以設(shè)計(jì)成功。探究：功能模擬方法對(duì)技術(shù)設(shè)計(jì)有何意義？可以通過模擬，進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)，從而使有些23

黑箱方法：指的是當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清楚時(shí)，利用外部觀察和試驗(yàn)方法，獲得系統(tǒng)（即黑箱）的輸入——輸出特性；再根據(jù)這種信息，在不打開“黑箱”的情況下，研究其功能和屬性，探索其構(gòu)造和機(jī)理的一種科學(xué)方法。黑箱方法：指的是當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清楚時(shí)，利用外24

它是通過對(duì)系統(tǒng)的輸入與輸出的關(guān)系的研究，進(jìn)而推斷出系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能的方法。黑箱方法提供了一種不必打開黑箱就可以研究其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能的方法。它是通過對(duì)系統(tǒng)的輸入與輸出的關(guān)系的研究，25

黑箱方法的道理并不神秘，在我們的日常生活中，人們都在自覺或不自覺地運(yùn)用這種方法。人們雖然不懂得電視機(jī)內(nèi)部構(gòu)造和機(jī)理，卻知道按哪個(gè)開關(guān)打開它，調(diào)整哪些開關(guān)可以得到清晰穩(wěn)定的畫面效果等。這些都是我們運(yùn)用黑箱方法的具體體現(xiàn)。黑箱方法的道理并不神秘，在我們的日常生活中，人26黑箱方法最典型的應(yīng)用是中醫(yī)看病。中醫(yī)看病，主要是通過“望、聞、問、切”等外部觀察作出診斷，開方抓藥。有時(shí)遇到疑難雜癥沒有把握時(shí)，可以先投以試探性的藥物，觀察病人的反應(yīng)，并隨時(shí)增減藥物，觀其療效，一旦抓住病癥就大膽對(duì)癥下藥。這種從人體的輸入特征入手，實(shí)施“辯證論治”的方法正是黑箱方法的精髓所在。黑箱方法最典型的應(yīng)用是中醫(yī)看病。中醫(yī)看病，主要是通27你能舉出黑箱方法在生活中應(yīng)用的案例嗎？黑箱方法應(yīng)用的例子輸入輸出需要了解的情況望、聞、聽、切了解情況對(duì)病情作出判斷圖像、聲音、外殼清晰度、散熱的情況電視好壞看瓜形、瓜色，聽瓜聲、測(cè)彈性顏色深、聲音脆，彈性好好瓜運(yùn)行應(yīng)用程序計(jì)算機(jī)的反應(yīng)計(jì)算機(jī)的基本性能技術(shù)試驗(yàn)鋼的性能情況鋼的硬度視覺的傳遞分析腦電波的反應(yīng)圖像中醫(yī)看病選購(gòu)電視機(jī)買西瓜觀察計(jì)算機(jī)的基本性能測(cè)定鋼材的硬度研究人腦你能舉出黑箱方法在生活中應(yīng)用的案例嗎？黑箱方28教師小結(jié)控制論：新時(shí)代的科學(xué)技術(shù)革命構(gòu)筑了那一高聳入云的摩天大廈，而支撐這片大廈的擎天柱就是系統(tǒng)論、信息論和控制論，簡(jiǎn)稱為三論。

教師小結(jié)控制論：29

控制論研究的對(duì)象是包括人在內(nèi)的生物系統(tǒng)和各種非生