閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋

三閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋【學(xué)習(xí)目標(biāo)］節(jié)次考試內(nèi)容考核要求考試屬性閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋①反饋的含義必考+加試b②簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)運(yùn)行的主要干擾因素c③閉環(huán)控制系統(tǒng)中反饋環(huán)節(jié)的作用b④閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程b⑤功能模擬方法和黑箱方法a知識(shí)梳理 要點(diǎn)講般陳層突破一、干擾因素定義: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。干擾不僅是外界對(duì)控制系統(tǒng)的影響，同時(shí)也包括控制系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)控制的影響。來(lái)源問題。有的干擾因素是由于坯境造成的，如影響自行車行駛速度變化的自然風(fēng)等；有的干擾因素是人為原因所致。數(shù)量問題。在控制系統(tǒng)中，干擾因素可能有一個(gè)，也可能有若干個(gè)。處理問題?？刂葡到y(tǒng)在工作過程中必須克服干擾，使被控量穩(wěn)定。利用問題。在一般控制系統(tǒng)中，干擾因素是需要克服的。而在有些情況下卻可以利用干擾因素實(shí)現(xiàn)某種目的。二、反饋反饋的含義自動(dòng)控制系統(tǒng)中，將輸出量通過適當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過程稱為反饋。反饋方法：利用反饋來(lái)分析和處理被控對(duì)象，通過系統(tǒng)的輸出來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的行為，使系統(tǒng)沿著預(yù)期的目標(biāo)運(yùn)行的方法。閉環(huán)控制系統(tǒng)中反饋環(huán)節(jié)的作用將輸出量通過適當(dāng)?shù)臋z測(cè)裝置，返回到輸入端并與輸入量（給定值）進(jìn)行比較，從而減少輸出量的偏差，使系統(tǒng)的被控量控制在給定值附近。系統(tǒng)的輸出量返回輸入端參與整個(gè)控制過程，即系統(tǒng)的輸出端與輸入端之間存在反饋回路，其核心是通過反饋減少輸出量的偏差。4．閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程當(dāng)干擾因素作用在閉環(huán)控制系統(tǒng)上時(shí)，會(huì)引起系統(tǒng)輸出量（被控量）偏離給定值；此時(shí)閉環(huán)控制系統(tǒng)中的檢測(cè)裝置能及時(shí)檢測(cè)出被控量的值，并迅速反饋到輸入端，與給定值進(jìn)行比較；然后控制器根據(jù)比較得到偏差信號(hào)控制執(zhí)行器工作，執(zhí)行器得到指令后直接控制被控對(duì)象進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使系統(tǒng)的被控量接近給定值，達(dá)到精確控制的目的。5．開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)能否自動(dòng)調(diào)整和補(bǔ)償不能能控制精度相對(duì)低相對(duì)高結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單相對(duì)復(fù)雜適用場(chǎng)合控制精度要求不咼而系統(tǒng)本身的元件又比較穩(wěn)定的場(chǎng)合要求咼精度和咼可靠性的場(chǎng)合三、功能模擬方法功能模擬方法就是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。四、黑箱方法把將要研究的系統(tǒng)作為黑箱，通過對(duì)系統(tǒng)輸入與輸出關(guān)系的研究，講而推斷出系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能的方法。典型例題董點(diǎn)難點(diǎn)昔*憲破【例1】恒溫式燃?xì)鉄崴鞯臏囟瓤刂葡到y(tǒng)為閉環(huán)控制。下列因素中，不屬于該溫度控制系統(tǒng)干擾因素的是（ ）燃?xì)獾牧髁緽.進(jìn)水的流量C.進(jìn)水的溫度D.出水的溫度答案D解析本題考查控制系統(tǒng)的干擾因素。在控制系統(tǒng)中，除了輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素稱為干擾因素，而答案D出水的溫度是被控量，并且燃?xì)獾牧髁?、進(jìn)水的流量、進(jìn)水的溫度都會(huì)造成燃?xì)鉄崴鞒鏊疁囟鹊淖兓?。所以D出水的溫度不屬于該溫度控制系統(tǒng)的干擾因素?！纠?小強(qiáng)用恒溫箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)恒溫箱的溫度持續(xù)升高，無(wú)法自動(dòng)控制。為了弄清原因，小強(qiáng)通過多次設(shè)定不同溫度，觀察溫度是否都會(huì)持續(xù)升高。經(jīng)檢查，恒溫箱的控制器沒有故障。參照?qǐng)D1，下列分析正確的是（ ）圖1只可能是熱敏電阻出現(xiàn)故障只可能是溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障熱敏電阻和溫度設(shè)定裝置都可能出現(xiàn)故障可能是加熱器出現(xiàn)故障答案C解析本題考查黑箱方法，黑箱方法把將要研究的系統(tǒng)作為黑箱，通過對(duì)系統(tǒng)輸入與輸出關(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。設(shè)定不同溫度為系統(tǒng)輸入，溫度是否會(huì)持續(xù)升高為系統(tǒng)輸出，所以為黑箱方法。如控制器沒有出現(xiàn)問題，則有可能是執(zhí)行器或溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)問題，具體就是熱敏電阻或溫度設(shè)定裝置出現(xiàn)故障?！纠?太陽(yáng)能熱水器是利用太陽(yáng)的能量將水加熱的裝置，由集熱管、水箱、支架及相關(guān)附件組成。太陽(yáng)能熱水箱一般都帶有水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，當(dāng)水箱水位低于設(shè)定水位時(shí)，能夠自動(dòng)加水。如果發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水器一直處于加水狀態(tài)，你認(rèn)為不可能的原因是（）水箱漏水 B.出水管漏水C.集熱管底部有異物沉積 D.控制器壞了答案C解析本題考查控制系統(tǒng)運(yùn)行的干擾因素及閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程。干擾因素可能存在于控制系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，如作用于被控對(duì)象（水箱或水箱里的水）的干擾因素有水箱漏水、出水管漏水，也可以作用于執(zhí)行器（如進(jìn)水閥門工作異常）、控制器（如控制器壞了）、檢測(cè)裝置（如水位檢測(cè)裝置無(wú)法正常檢測(cè)實(shí)際水位等，所以選項(xiàng)A,B,D都有可能使熱水器一直處于加水狀態(tài)。而選項(xiàng)C集熱管底部有異物沉積導(dǎo)致的是集熱管里總水量的減少，但并不影響熱水器內(nèi)的加水狀態(tài)?！纠?（2014.浙江）如圖2所示是液體原料定量控制系統(tǒng)。其工作過程是：流量計(jì)檢測(cè)到流出的液體原料流量值，把信號(hào)反饋給控制器，與設(shè)定的流量值進(jìn)行比較，達(dá)到設(shè)定的流量值時(shí)控制器控制桶泵關(guān)閉。請(qǐng)回答下列問題。圖2該控制系統(tǒng)的檢測(cè)裝置與被控量分別是 、 (在“ ”處填寫相應(yīng)的內(nèi)容)。該控制系統(tǒng)的流量計(jì)損壞，不可能造成 (在①桶泵運(yùn)行不止；②計(jì)量不準(zhǔn)確；③軟管損壞中選擇一項(xiàng)，將序號(hào)填寫在“ ”處)。在桶泵停止運(yùn)行后，由于軟管中的原料具有慣性會(huì)繼續(xù)流動(dòng)，導(dǎo)致誤差。為了提高計(jì)量精度,以下對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的措施中合適的是 (在①減小軟管的直徑；②提高流量計(jì)的計(jì)量精度；③在軟管出口端加電磁閥與桶泵同步控制中選擇一項(xiàng) ，將序號(hào)填寫在“ ”處)。答案(1)流量計(jì)實(shí)際流量值(2)③(3)③解析(1)本題考查控制系統(tǒng)的工作過程與方式和對(duì)反饋的理解。閉環(huán)控制系統(tǒng)中的反饋是通過檢測(cè)裝置把輸出量(被控量)送回到輸入端與輸入量進(jìn)行比較的過程。本題流量計(jì)檢測(cè)到流出的液體原料流量值，把信號(hào)反饋給控制器，與設(shè)定的流量值進(jìn)行比較，所以檢測(cè)裝置是流量計(jì)，而被控量就是流量值。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，比較器要能對(duì)給定量(輸入量)和被控量(輸出量)進(jìn)行比較，它們必須是相同的物理量，只是給定量是設(shè)定的，而被控量是實(shí)際的。(2)本題考查工作過程分析，流量計(jì)損壞，意味著沒有反饋，也就變成開環(huán)控制，所以只有③不可能發(fā)生。(3)本題考查系統(tǒng)優(yōu)化分析，③中能起到同步關(guān)閉，從而減小誤差。產(chǎn)思維啟迪■ )有的開環(huán)控制系統(tǒng)也有檢測(cè)裝置。一般“恒值”控制都是屬于閉環(huán)控制系統(tǒng)。能充分理解閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程：當(dāng)輸出量和設(shè)定量接近時(shí)，閉環(huán)控制系統(tǒng)就處于一種平衡狀態(tài)。由于干擾的存在，實(shí)際輸出量會(huì)偏離設(shè)定值，檢測(cè)裝置檢測(cè)到輸出量的變化，并把它送到輸入端，與設(shè)定值比較(反饋)，偏差信號(hào)被控制器處理，送出指令讓執(zhí)行器工作，把輸出量拉回到設(shè)定值附近，從而使被控量保持在設(shè)定值附近，提高了控制的精度?？刂七^程一般都會(huì)在題干中清楚描述出來(lái)，一般都會(huì)結(jié)合示意圖加以描述，所以做控制系統(tǒng)的大題，認(rèn)真閱讀題目就顯得特別重要。被控對(duì)象往往是溫度、位置、形態(tài)等發(fā)生變化的物體，而被控量往往是某種物理量或狀態(tài)量或動(dòng)作等。閉環(huán)控制系統(tǒng)的抗干擾能力也是有限的，假如對(duì)輸出量控制精度要求不高，一般就采用開環(huán)控制系統(tǒng)，比較簡(jiǎn)單也便宜些。閉環(huán)控制方框圖各環(huán)節(jié)如何確定：被控量是哪個(gè)物理量？——可以確定輸入量、輸出量和檢測(cè)裝置；被控量的位置(哪里的量)——可以確定被控對(duì)象；被控量是通過哪個(gè)部件工作直接變化的？——可以確定執(zhí)行器；執(zhí)行器受控于哪個(gè)裝置？——可以確定控制器。達(dá)標(biāo)檢測(cè) 當(dāng)堂檢測(cè)譏固反情一、選擇題1．下列關(guān)于干擾因素對(duì)控制系統(tǒng)的作用，說(shuō)法正確的是( )干擾因素僅作用在被控量上干擾因素不會(huì)作用于開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)中干擾因素的作用都會(huì)反映在輸出量的變化上干擾因素都是可以利用的答案C2．感應(yīng)水龍頭的出水控制系統(tǒng)為開環(huán)控制，當(dāng)手靠近感應(yīng)區(qū)域時(shí)，水就會(huì)自動(dòng)流出。下列判斷正確的是( )該控制系統(tǒng)有檢測(cè)環(huán)節(jié)該控制系統(tǒng)有反饋環(huán)節(jié)該控制系統(tǒng)的控制器是水龍頭該控制系統(tǒng)能保持出水量穩(wěn)定答案A3.(2012.浙江)下列方法中不屬于黑箱方法的是()用儀器測(cè)試集成電路輸出信號(hào)判斷集成電路的功能通過腦電波檢查診斷病人大腦的狀況列車司機(jī)用錘子敲擊車輪，通過聲音判斷有無(wú)故障通過胃鏡檢查診斷病人的胃部疾病答案D4．城市路燈利用光控裝置進(jìn)行控制。在安裝調(diào)試中，如果不慎把光敏電阻的感光面對(duì)著路燈的燈泡，則接通電源后，路燈可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是( )白天一直亮，晚上一直滅白天一直滅，晚上一直亮白天一直滅，晚上亮滅交替白天一直亮，晚上亮滅交替答案C(2011?浙江)監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)(如圖3所示)被廣泛用于記錄道路交通實(shí)時(shí)圖像信息。對(duì)于監(jiān)控?cái)z像系統(tǒng)，下列環(huán)境因素中不屬于干擾因素的是( )圖3噪聲 B.濃霧C.閃電 D.沙塵答案A(2010.浙江)如圖4所示為中科院研發(fā)的一款智能機(jī)器人，能模仿人唱歌、跳舞等。這種用機(jī)器人模仿人的功能和行為的方法屬于( )圖4黑箱方法B.移植方法C.虛擬方法D.功能模擬方法答案D下列事例不屬于功能模擬方法的是( )A.電H沾人丁棋氏機(jī)船人洗衣服匕在電腦匕畫圖A.電H沾人丁棋氏機(jī)船人洗衣服匕在電腦匕畫圖答案C8．下列行為不屬于黑箱方法的是( )A.中廣把肚 TL聽拍打蟲挑兩血A.中廣把肚 TL聽拍打蟲挑兩血仁地下管逍聽逡D.口腔檢杳答案D9．使用者雖然不一定懂得電視機(jī)內(nèi)部的構(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，從外部情況判斷簡(jiǎn)單的故障。這是 的一種具體應(yīng)用。( )A.功能模擬方法B.黑箱方法C.反饋方法D.控制方法答案B10.如圖5所示是某家庭用抽水馬桶的水箱結(jié)構(gòu)示意圖，為了提高抽水馬桶水箱內(nèi)水位的高度，適宜采取的措施是( )連稈浮子世水閥進(jìn)水U適宜采取的措施是( )連稈浮子世水閥進(jìn)水U出水口祖水口圖5往水箱放一些石頭縮短連桿的長(zhǎng)度增大浮球的直徑增加連桿的長(zhǎng)度答案B如圖6所示是消防管網(wǎng)的水壓控制系統(tǒng)工作示意圖。當(dāng)消防管網(wǎng)壓力降至壓力下限時(shí)，水泵啟動(dòng)，使壓力上升；當(dāng)消防管網(wǎng)壓力達(dá)到上限時(shí)，水泵停止運(yùn)行，使消防管網(wǎng)壓力保持在設(shè)定的范圍內(nèi)。據(jù)此回答第11?12題。圖6TOC\o"1-5"\h\z11．該控制系統(tǒng)的執(zhí)行器是( )A.水壓檢測(cè)裝置B.電控單元C.壓力罐D(zhuǎn).水泵答案D電壓、溫度等變化會(huì)影響輸出量的穩(wěn)定，這些影響被稱為該控制系統(tǒng)的( )A.反饋B.干擾C.被控量D.控制量答案B打開房間窗戶屬于空調(diào)房間空調(diào)溫度自動(dòng)控制的干擾因素，是由于( )打開房間窗戶會(huì)引起房間設(shè)定溫度的變化打開房間窗戶會(huì)引起房間實(shí)際溫度的變化打開房間窗戶會(huì)損壞空調(diào)，帶來(lái)安全隱患打開房間窗戶會(huì)使壓縮機(jī)工作，增加能耗答案B如圖7所示是小劉同學(xué)設(shè)計(jì)的花盆土壤濕度控制系統(tǒng)示意圖。其工作原理是：控制電路將探頭測(cè)得的濕度值與設(shè)定值比較，根據(jù)偏差值控制電磁閥門打開或關(guān)閉，使土壤濕度值達(dá)到設(shè)定值。據(jù)此回答第14?15題。圖7判定該控制系統(tǒng)屬于閉環(huán)控制方式的理由是( )探頭能檢測(cè)土壤濕度控制電路能發(fā)出控制命令閥門參與水流控制探頭參與反饋過程答案D電磁閥門屬于該控制系統(tǒng)的( )

A.反饋元件B.輸入元件C.執(zhí)行器D.控制器答案C如圖8所示公共場(chǎng)所的消防報(bào)警控制系統(tǒng)能夠在火災(zāi)初期將燃燒產(chǎn)生的煙霧、熱量和光輻射等物理量，通過感溫、感煙和感光等火災(zāi)探測(cè)器變成電信號(hào)，傳輸?shù)交馂?zāi)報(bào)警控制模塊，經(jīng)其處理后確定是否啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。如果在安裝消防報(bào)警控制系統(tǒng)時(shí)損壞了煙霧傳感器，那么下列情況不可能發(fā)生的是( )么下列情況不可能發(fā)生的是( )圖8A.場(chǎng)所內(nèi)有明火則啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)B?場(chǎng)所內(nèi)有濃煙則啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)C.場(chǎng)所內(nèi)溫度升高則啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)D.控制系統(tǒng)失去部分報(bào)警功能答案B二、非選擇題17．在實(shí)驗(yàn)室中常用“水浴器”來(lái)保持物體處于恒溫狀態(tài)。如圖9甲所示，水浴器通過溫度選擇器來(lái)設(shè)定所需要的水溫。通過電子線路實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器的控制。通過溫度傳感器檢測(cè)水溫，并以電子信號(hào)形式傳遞給控制端，控制裝置將這個(gè)信號(hào)與來(lái)自溫度選擇器的信號(hào)進(jìn)行比較，從而使水浴器保持恒溫。比較韜—?-電子控制執(zhí)行器③披控址從而使水浴器保持恒溫。比較韜—?-電子控制執(zhí)行器③披控址鯊陸溫度圖9根據(jù)控制系統(tǒng)原理圖及其描述，完成控制系統(tǒng)方框圖乙。① ② ③ ④ ⑤ 控制過程中，通過溫度傳感器檢測(cè)水溫，并以電子信號(hào)形式傳遞給控制端，控制裝置將這個(gè)信號(hào)與來(lái)自溫度選擇器的信號(hào)進(jìn)行比較。這個(gè)過程為 。答案(1)①給定溫度②控制器③加熱器④水浴器內(nèi)箱⑤溫度傳感器(2)反饋18.(2015?浙江)如圖10所示是自動(dòng)變速扶梯系統(tǒng)控制過程示意圖。無(wú)乘客時(shí)，扶梯緩慢運(yùn)行；當(dāng)乘客進(jìn)入檢測(cè)傳感器的檢測(cè)范圍時(shí)，控制器接收到傳感器的檢測(cè)信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置加速轉(zhuǎn)動(dòng)，扶梯正常運(yùn)行。請(qǐng)回答下列各題：也動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)曲裝ii檢測(cè)特感器裝置加速轉(zhuǎn)動(dòng)，扶梯正常運(yùn)行。請(qǐng)回答下列各題：也動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)曲裝ii檢測(cè)特感器f控制器圖10(1)根據(jù)示意圖及描述，分析自動(dòng)扶梯系統(tǒng)控制過程，在方框圖中“ ”處填寫相應(yīng)的內(nèi)容：控制器② I控制器② I一|③ 匡=為防止扶梯加速使乘客站立不穩(wěn)，檢測(cè)傳感器的安裝位置應(yīng)在 (①乘客進(jìn)入扶梯踏步前；②乘客進(jìn)入扶梯踏步后中選擇一項(xiàng)，將序號(hào)填寫在“ ”處)；該系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)需要解決下面的問題，當(dāng)乘客進(jìn)入檢測(cè)傳感器檢測(cè)范圍時(shí)，扶梯正常運(yùn)行，當(dāng)乘客隨著扶梯運(yùn)行離開檢測(cè)范圍后，