反饋控制系統(tǒng)的特性

第三章反饋控制系統(tǒng)的特性精選課件自行車的速度控制腳踩的力腳蹬曲柄鏈輪中軸鏈條飛輪行使的速度（輸入）（輸出）一定范圍內(nèi)輸入的力與輸出的速度是成正比的。精選課件電風(fēng)扇的風(fēng)速控制電風(fēng)扇風(fēng)速的擋位電風(fēng)扇的風(fēng)速（輸入）（輸出）選擇不同的擋位輸入，輸出的風(fēng)速不同，一個(gè)擋位對(duì)應(yīng)著一個(gè)風(fēng)速。電機(jī)扇葉精選課件一、控制系統(tǒng)什么是控制系統(tǒng)任何一種控制的實(shí)現(xiàn)，都應(yīng)通過若干個(gè)環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)就構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng)---控制系統(tǒng)。為了分析的方便，我們一般用框圖的形式描述一個(gè)控制系統(tǒng)，這種圖稱為控制系統(tǒng)方框圖?？刂葡到y(tǒng)方框圖的輸入和輸出之間是有一定的關(guān)系的。控制系統(tǒng)通常又分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。精選課件輸入輸出電飯煲脫粒機(jī)紅外線自動(dòng)水龍頭接通電源的電信號(hào)鍋內(nèi)的溫度脫粒機(jī)脫粒的量紅外裝置檢測到人手發(fā)出的信號(hào)出水量接通電源的電信號(hào)精選課件一、開環(huán)控制系統(tǒng)1、什么是開環(huán)控制系統(tǒng)定義：控制系統(tǒng)的輸出量不對(duì)系統(tǒng)的控制產(chǎn)生任何影響。

精選課件游泳池注水1一般情況下，一池水需要很長的時(shí)間才能灌滿，如果由人工控制整個(gè)注水過程，很費(fèi)時(shí)間。如果進(jìn)水管的進(jìn)水量是均勻的，游泳池中的水位高度與進(jìn)水的時(shí)間是一一對(duì)應(yīng)的。我們可以在注水口處裝一個(gè)定時(shí)器，通過定時(shí)器來控制注水過程（時(shí)間）。設(shè)定注入時(shí)間定時(shí)器游泳池的水位（輸入）（輸出）進(jìn)水閥游泳池流水量精選課件開環(huán)控制系統(tǒng)的例子紅外自動(dòng)門精選課件紅外線自動(dòng)門紅外線控制人靠近門打開門電動(dòng)機(jī)門旋轉(zhuǎn)量精選課件2、開環(huán)控制系統(tǒng)的組成方框圖

輸入被控對(duì)象輸出控制器執(zhí)行器控制量抓罪犯公安局法院罪犯依法判刑控制器：對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理并發(fā)出控制命令的裝置或元件，如控制電路。執(zhí)行器：直接對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的裝置或元件。精選課件《一千零一夜》里的一個(gè)故事：阿里巴巴和四十大盜的故事

精選課件請(qǐng)寫出“芝麻開門”聲控開門系統(tǒng)的控制方框圖，有興趣的同學(xué)課后可以制作模型，把神話變成現(xiàn)實(shí)。誰不懂寫，請(qǐng)舉手。當(dāng)你明確“芝麻開門”聲控開門系統(tǒng)是開環(huán)控制系統(tǒng)之后方框圖你可以把開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖拿出來，想一想，控制器、執(zhí)行器、被控對(duì)象分別是什么？精選課件1、普通家用電飯煲的煮飯控制。精選課件2、公共汽車車門的開關(guān)控制。精選課件小試驗(yàn):閉上眼睛寫“控制系統(tǒng)”

要求體驗(yàn)輸出、輸入、控制器、執(zhí)行器、被控對(duì)象分別是什么。

輸入量：老師的指令輸出量：所寫的字

分析：大腦——控制器，手——執(zhí)行器，筆——被控對(duì)象

輸入量：老師的指令輸出量：所寫的字

分析：大腦——控制器，手——執(zhí)行器，筆——被控對(duì)象

精選課件請(qǐng)同學(xué)們課后去試驗(yàn)：睜開眼睛寫“控制系統(tǒng)”四個(gè)字。思考：閉上眼睛寫字與睜開眼睛寫字的區(qū)別在哪里？為什么？以色列的“定點(diǎn)清除”，能夠把炮彈打到幾千公里以外的行駛的汽車，這是為什么？是不是炮彈長了“眼睛”？對(duì)了，正是炮彈長了“眼睛”，這不是普通炮彈，而是導(dǎo)彈。導(dǎo)彈打得準(zhǔn)是因?yàn)樗邆淞俗詣?dòng)修正的能力。睜開眼睛寫字是否具備自動(dòng)修正的能力？：在控制系統(tǒng)中如何才能具備自動(dòng)修正的能力？這就是我們下節(jié)課程要學(xué)習(xí)的閉環(huán)控制系統(tǒng)精選課件賓館、酒店的自動(dòng)叫醒服務(wù)是一個(gè)開環(huán)定時(shí)控制系統(tǒng)，畫出它的工作過程方框圖精選課件火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由火災(zāi)探測器、現(xiàn)場報(bào)警部件和報(bào)警控制器組成。火災(zāi)探測器包括感煙探測器和感溫探測器；現(xiàn)場報(bào)警部件包括警鈴、訊響器、報(bào)警門燈等；報(bào)警控制器按顯示方式的不同可分為數(shù)碼顯示和液晶漢顯兩種不同的類型。感煙探測器報(bào)警控制器報(bào)警部件煙霧信號(hào)報(bào)警信號(hào)精選課件閉環(huán)控制系統(tǒng)控制過程中有反饋環(huán)節(jié)可以把控制結(jié)果反饋回來與期望值進(jìn)行比較,并根據(jù)它們的誤差及時(shí)調(diào)整控制作用，控制流向形成了閉合回路特點(diǎn)實(shí)時(shí)的連續(xù)的反饋環(huán)節(jié)必須對(duì)控制作用產(chǎn)生影響比如空調(diào)房間溫度的控制，只要房間實(shí)際溫度和設(shè)定的溫度有誤差，它就要實(shí)施控制，直到實(shí)際溫度和設(shè)定的溫度相等，控制過程就結(jié)束。精選課件下列說法正確的是A、閉環(huán)控制都是自動(dòng)的控制系統(tǒng)

B、開環(huán)控制都是人工的控制系統(tǒng)

C、閉環(huán)控制一定比開環(huán)的好

D、按時(shí)間順序進(jìn)行的控制都是開環(huán)控制輸入量：作用于控制系統(tǒng)的物理量，可分為使系統(tǒng)具有預(yù)定功能的控制輸入量(簡稱控制量)和破壞系統(tǒng)控制輸入量和輸出量之間預(yù)定規(guī)律的干擾輸入量(簡稱干擾或擾動(dòng)量)。

輸出量：控制系統(tǒng)或被控對(duì)象的需要進(jìn)行控制的物理量。精選課件

開環(huán)控制與閉環(huán)控制的區(qū)別精選課件“開環(huán)控制”與“閉環(huán)控制”的區(qū)別就在于控制系統(tǒng)中有無反饋環(huán)節(jié)，所謂閉環(huán)控制就是存在反饋環(huán)節(jié)的控制。這樣的系統(tǒng)能夠適時(shí)地檢測控制的輸出結(jié)果，并將檢測到的信息通過反饋環(huán)節(jié)反映到輸入端，調(diào)整輸入量，達(dá)到修正控制誤差、提高控制精確度的目的。反饋技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各種需要精確控制的系統(tǒng)中，尤其是電子控制系統(tǒng)，比如：各種放大電路中的增益控制；環(huán)境的溫度、濕度、水位、壓力的控制；機(jī)械結(jié)構(gòu)的位置控制、速度控制等等。因此常常使人覺得：閉環(huán)控制是復(fù)雜的、精確的、自動(dòng)的控制方式，而開環(huán)控制相對(duì)的簡單、粗糙和非自動(dòng)。這種感覺常常造成初學(xué)者在分析系統(tǒng)時(shí)的誤判，需要特別注意。精選課件以普通家用壓力鍋的溫度控制過程為例，在密閉狀態(tài)下，鍋內(nèi)的溫度與壓力呈對(duì)應(yīng)關(guān)系。加熱鍋體，鍋內(nèi)溫度逐步升高，鍋內(nèi)壓力也隨之升高；當(dāng)鍋內(nèi)的壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，高壓將頂開壓在排氣閥上的重錘，排出蒸汽，使鍋內(nèi)壓力降低，壓力的降低又造成溫度的降低。由于重錘的重量是恒定，因此當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值之后，加熱量和排氣量將呈動(dòng)態(tài)平衡，鍋內(nèi)壓力保持在高于大氣壓力的一個(gè)恒定值上，鍋內(nèi)溫度也保持在高于常壓水的沸點(diǎn)溫度的一個(gè)恒定值上（一般為110℃左右），不再繼續(xù)升高。過程如下圖所示：精選課件精選課件分析這樣一個(gè)控制問題，首先要界定所考察的系統(tǒng)范圍。從整體效果上看，該控制過程的輸入量是加熱鍋體，加熱鍋體導(dǎo)致的三個(gè)結(jié)果：鍋體升溫、鍋內(nèi)升壓以及排氣孔排氣，都是輸出量，而輸出量并未反饋回來影響輸入量，因此它是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。而更細(xì)致的分析，應(yīng)該把升溫過程與恒壓/恒溫過程分別進(jìn)行分析。分析時(shí)考察的系統(tǒng)范圍不同，結(jié)論也不同。①壓力鍋的加熱、升溫、升壓過程把加熱爐具與壓力鍋看成一個(gè)系統(tǒng)，壓力鍋體因外部加熱而升溫，分析加熱的過程。輸入量——接通電源或點(diǎn)火，輸出量——鍋體升溫、鍋內(nèi)升壓以及排氣孔排氣?？刂七^程如下圖所示，與用爐火加熱普通鍋體的過程相同，屬于開環(huán)自動(dòng)控制。精選課件②壓力鍋的恒壓、恒溫控制過程壓力鍋能夠保持鍋內(nèi)壓力與溫度恒定，主要是依靠了壓在排氣閥上的重錘的作用，因此還可以分析重錘對(duì)鍋內(nèi)壓力的控制過程。輸入量——重錘的重量，輸出量——鍋內(nèi)氣體的壓力（溫度），在輸入端重錘重力與鍋內(nèi)壓力（反饋量）進(jìn)行比較，力的差值通過重錘控制排氣孔的排氣量，該過程屬于閉環(huán)自動(dòng)控制過程。

精選課件類似的自動(dòng)控制例子還很多，比如：山地梯田中的水位控制，從山頭到山腳梯狀層疊的平面稻田，水流自上而下逐層灌溉著每一塊田地，稻田中水位的高低由田埂上的排水口的高度決定，每一塊稻田的水位都可以單獨(dú)的設(shè)定。只要山頭入水口的水流供給量保持在一定的范圍內(nèi)，無論蒸發(fā)量多或少，都能夠確保稻田中基本恒定的水位。幾千年來，勞動(dòng)人民就是依靠這樣一種簡單的梯田結(jié)構(gòu)，解決了稻田的自動(dòng)灌溉問題，從控制設(shè)計(jì)的角度來看，梯田灌溉的水位控制沒有使用任何反饋調(diào)節(jié)的環(huán)節(jié)，因此也屬于開環(huán)控制。精選課件簡單的開環(huán)控制，應(yīng)用得當(dāng)，通常能夠達(dá)到理想的自動(dòng)控制效果。反之，復(fù)雜的閉環(huán)控制也未必都屬于自動(dòng)控制。汽車的駕駛就是一個(gè)常見的實(shí)例：汽車沿著道路行駛，必須有人的操控，從控制的角度看，屬于人工控制，這時(shí)我們是將人與車作為一個(gè)整體，看成一個(gè)系統(tǒng)。駕駛員通過操控方向盤、油門、剎車等機(jī)構(gòu)，控制車輛行駛的狀態(tài)；同時(shí)，駕駛員還通過視覺，查看車輛與前方道路或障礙物的位置關(guān)系信息，根據(jù)這一信息不斷修正自己的操作，使車輛按照預(yù)定的路線軌跡行駛。在這一過程中，駕駛員通過視覺獲取的信息就是反饋量，因此屬于閉環(huán)控制。精選課件試說明如題圖1-6(a)所示液面自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理。若將系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改為如題圖1-6(b)所示，將對(duì)系統(tǒng)工作有何影響？精選課件答：（a）圖所示系統(tǒng)，當(dāng)出水閥門關(guān)閉時(shí)，浮子處于平衡狀態(tài)，當(dāng)出水閥門開啟，有水流出時(shí)，水槽中的水位下降，浮子也會(huì)下降，通過杠桿作用，進(jìn)水閥門開啟，水流進(jìn)水槽，浮子上升。（b）圖所示系統(tǒng)，假設(shè)當(dāng)前出水閥門關(guān)閉時(shí)，浮子處于平衡狀態(tài)，當(dāng)出水閥門開啟，有水流出時(shí)，水槽中的水位下降，浮子也會(huì)下降，通過杠桿作用，進(jìn)水閥門會(huì)隨著水的流出而逐漸關(guān)閉，直至水槽中的水全部流出。精選課件某倉庫大門自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理如題圖示，試說明自動(dòng)控制大門開啟和關(guān)閉的工作原理，并畫出系統(tǒng)方框圖。精選課件答：開門/關(guān)門狀精選課件如果希望開門，則將門當(dāng)前狀態(tài)對(duì)應(yīng)的電壓取出，與開門狀態(tài)參考電位比較（相減），然后送放大器，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，帶動(dòng)絞盤使門打開，直到門的狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的電壓與開門狀態(tài)參考電位相等時(shí)，放大器比較（相減）的結(jié)果為零，執(zhí)行元件不工作，門保持打開狀態(tài)不再題圖1-7倉庫大門自動(dòng)開閉控制系統(tǒng)(a)(b)題圖1-6液面自動(dòng)控制系統(tǒng)開門/關(guān)門狀態(tài)參考電位放大器絞盤門門實(shí)際狀態(tài)電位器式電阻傳感器伺服電機(jī)變化。如果希望關(guān)門，則將門當(dāng)前狀態(tài)對(duì)應(yīng)的電壓取出，與關(guān)門狀態(tài)參考電位比較（相減），然后送放大器，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，帶動(dòng)絞盤使門關(guān)閉，直到門的狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的電壓與關(guān)門狀態(tài)參考電位相等時(shí)，放大器比較（相減）的結(jié)果為零，執(zhí)行元件不工作，門保持關(guān)閉狀態(tài)不再變化。精選課件3.1開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)我們可以通過所得到控制系統(tǒng)各部件的數(shù)學(xué)模型，來對(duì)控制系統(tǒng)的特性進(jìn)行研究?？刂葡到y(tǒng)是由相互連接的控制部件組成的，能產(chǎn)生預(yù)期的系統(tǒng)響應(yīng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因?yàn)轭A(yù)期的系統(tǒng)響應(yīng)是已知的，于是可以得到與響應(yīng)的預(yù)期值