第四節(jié)控制系統(tǒng)的干擾

每天上學騎自行車的感受？乘車的感受等？

在送乘飛機出行時，為什么不能說祝你一路順風?案例一：逆風中騎自行車。腳踩的力自行車行使的速度風給定量被控量逆風、順風、上坡路……案例分析案例二：飛機飛行。結論：在控制系統(tǒng)中，干擾因素一定有，可能有一個，也可能有若干個。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。馬上行動：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。外面熱氣進入冰箱將會引起箱內溫度變化。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。嚴格說這也會引起環(huán)境溫度的變化，但這種變化一般有利于冰箱實現(xiàn)目標，不屬于干擾因素。（4）在冰箱外放一盆冷水。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、電機輸出電壓的波動、齒輪間的摩擦力等。滑輪組的摩擦力、電機電源的波動等、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。案例分析：

電視機的工作。電視機出現(xiàn)畫面紊亂的現(xiàn)象往往是由于受到外界磁場干擾。比如：近距離擺放的電冰箱、空調器、電風扇、日光燈等等。他們就是電視機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離電視機放置。2.克服干擾的基本方法：A.消除干擾在飛機上不能使用通信工具B.減弱干擾電器在使用時遠離其它電子設備C.提高控制系統(tǒng)性能采用閉環(huán)控制系統(tǒng)3.干擾因素的特點：（1）干擾既存在于閉環(huán)控制中，也存在于開環(huán)控制中。聲控燈開環(huán)控制，除輸入的聲音外，其他聲音就是其干擾因素；空調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。（2）通常，干擾因素都是作用在控制對象上，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。如自行車速度控制的干擾因素除逆風外，還可能有路面狀況（斜坡、粗糙度）。（4）在進行控制系統(tǒng)設計時，必須對可能存在的干擾進行全面的調查和分析，如果干擾比較經(jīng)常和嚴重，對控制目標影響產(chǎn)生嚴重的后果，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重，對系統(tǒng)正常工作影響不大，就可以忽略。因為任何抗干擾措施的實現(xiàn)，都意味著系統(tǒng)結構的復雜和成本的增加。（5）對干擾的利用，是指有意對控制系統(tǒng)施加干擾，使控制系統(tǒng)無法達到控制的目標，而不是控制系統(tǒng)本身需要干擾。例如：打狂犬疫苗、軍事演習中對敵方信息指揮系統(tǒng)進行電磁波干擾。火盆。冬天冷了，可以在室內放火盆，這樣可以使室內溫度升高。馬上行動：生活中哪些干擾因素是可以利用的？如何進行利用？二）反饋1.什么是反饋（feedback）？被控量閉環(huán)控制系統(tǒng)被控對象控制量給定量控制器執(zhí)行器檢測裝置比較器+-在自動控制系統(tǒng)中，將輸出量通過適當?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋（feedback）。閉環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程

閉環(huán)控制系統(tǒng)就是系統(tǒng)的輸出端與輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過程產(chǎn)生影響的控制系統(tǒng)。

閉環(huán)控制系統(tǒng)是通過反饋環(huán)節(jié)克服干擾因素而使系統(tǒng)達到穩(wěn)定。[核心]：通過反饋來減少被控量(輸出量)的偏差。回憶一下被控對象給定值干擾反饋環(huán)節(jié)控制器執(zhí)行器比較器干擾干擾干擾被控量2.閉環(huán)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較：閉環(huán)控制：反饋控制，偏差控制，可以抑制內、外擾動對被量產(chǎn)生的影響。精度高、結構復雜，設計、分析麻煩。開環(huán)控制：順向作用，沒有反向的聯(lián)系，沒有修正偏差能力，抗擾動性較差。結構簡單、調整方便、成本低。在精度要求不高或擾動影響較小的情況下，這種控制方式還有一定的實用價值。[提問回答]：

開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)能否自動調整和補償

控制精度

結構

適用場合

否低高是簡單復雜精度要求低、穩(wěn)定精度要求高、高可靠性馬上行動：就開環(huán)控制系統(tǒng)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的聯(lián)系與區(qū)別，設計一個圖表。聯(lián)系區(qū)別開環(huán)控制系統(tǒng)都用于控制控制精度低、結構簡單，用于控制精度要求不高而系統(tǒng)本身的元件又比較穩(wěn)定的場合。閉環(huán)控制系統(tǒng)控制精度高，麻煩，復雜，用于要求高精度和高可靠性的場合。第五節(jié)控制系統(tǒng)方案的初步設計自行車—發(fā)電—電視機有一位科學家，為了促使迷上看電視的女兒堅持鍛煉，專門設計了一輛有趣的“自行車”，女兒必須騎在車上不停地踩腳蹬，才能驅動發(fā)電機給電視機供電，想偷懶就看不到電視.人眼人腦自行車電視機屏幕開閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖自行車—發(fā)電—電視機屏幕開/關復習:技術設計的一般過程發(fā)現(xiàn)與明確問題制定設計方案模型或原型制作方案優(yōu)化一、形成初步的控制設計方案聲控燈系統(tǒng)聲控燈原理聲控燈已經(jīng)廣泛應用在居民樓的樓道中,它給人們的生活帶來很多的方便。這些聲控燈電路中幾乎都使用了集成電路,并且直接使用220V的交流電源。雖然這樣做簡化了電路,但對于初學者來說他們理解電路有一定的困難,調試電路也具有一定的危險性。這里介紹一個簡單的聲控燈電路,采用了三極管等分立元件和低壓電源,不僅適合初學者的學習,而且通過電路中的繼電器也可以控制其它電器進行工作。當你對著聲控電路拍手或喊叫時,電路中的繼電器會動作,如果用它控制小燈,可以使小燈工作幾秒鐘,然后自動關閉。聲控燈組成聲傳感器控制器常開接點燈泡了解被控對象的基本特性常規(guī)燈開----有電流，燈亮關----無電流，燈滅聲控燈有聲----有電流，燈亮無聲----無電流，燈滅正常情況下，輸入和輸出之間的關系，輸出與干擾之間的關系，叫被控對象的基本特性確定被控量與控制量被控對象-----燈泡被控量--------電流控制量--------接點的通與不通輸入量--------聲響確定系統(tǒng)的構成方案不需反饋開環(huán)控制系統(tǒng)構成：聲傳感器/控制器/常開接點繪制系統(tǒng)框圖輸入（聲響）

傳感器控制器常開接點（執(zhí)行器）電燈（對象）輸出（亮/滅）案例:棚室溫度控制系統(tǒng)了解被控對象的基本特性輸出量---棚室溫度：c(t)輸入量---棚室設定溫度：r(t)干擾---室外冷環(huán)境：f(t)確定被控量與控制量被控量----室溫控制量----電磁閥的開度x(t)確定系統(tǒng)的構成方案感溫元件----反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)r(t)繼電器電磁閥散熱器——棚室感溫元件c(t)e(t)x(t)f(t)r(t)-輸入c(t)-輸出e(t)-偏差x(t)-控制f(t)-干擾繪制系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)方案初步設計方法1、從分析入手2、首先關注:傳感器/控制器/執(zhí)行器/對象/反饋3、了解對象的基本特性4、變量：輸入/控制/被控