第二課 控制及設(shè)計(jì)

第四節(jié)控制系統(tǒng)的干擾

每天上學(xué)騎自行車的感受？乘車的感受等？

在送乘飛機(jī)出行時(shí)，為什么不能說祝你一路順風(fēng)?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……案例分析案例二：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)。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(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。（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(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。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。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。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)。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。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.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。（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）。（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。（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?；鹋?。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）？被控量閉環(huán)控制系統(tǒng)被控對(duì)象控制量給定量控制器執(zhí)行器檢測(cè)裝置比較器+-在自動(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，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(duì)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(dá)到穩(wěn)定。[核心]：通過反饋來減少被控量(輸出量)的偏差?；貞浺幌卤豢貙?duì)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(nèi)、外擾動(dòng)對(duì)被量產(chǎn)生的影響。精度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)、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(dòng)性較差。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、成本低。在精度要求不高或擾動(dòng)影響較小的情況下，這種控制方式還有一定的實(shí)用價(jià)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(dòng)調(diào)整和補(bǔ)償

控制精度

結(jié)構(gòu)

適用場(chǎng)合

否低高是簡(jiǎn)單復(fù)雜精度要求低、穩(wěn)定精度要求高、高可靠性馬上行動(dòng)：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(shè)計(jì)一個(gè)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǎng)合。閉環(huán)控制系統(tǒng)控制精度高，麻煩，復(fù)雜，用于要求高精度和高可靠性的場(chǎng)合。第五節(jié)控制系統(tǒng)方案的初步設(shè)計(jì)自行車—發(fā)電—電視機(jī)有一位科學(xué)家，為了促使迷上看電視的女兒堅(jiān)持鍛煉，專門設(shè)計(jì)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(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)給電視機(jī)供電，想偷懶就看不到電視.人眼人腦自行車電視機(jī)屏幕開閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖自行車—發(fā)電—電視機(jī)屏幕開/關(guān)復(fù)習(xí):技術(shù)設(shè)計(jì)的一般過程發(fā)現(xiàn)與明確問題制定設(shè)計(jì)方案模型或原型制作方案優(yōu)化一、形成初步的控制設(shè)計(jì)方案聲控?zé)粝到y(tǒng)聲控?zé)粼砺暱責(zé)粢呀?jīng)廣泛應(yīng)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?zé)綦娐分袔缀醵际褂昧思呻娐?并且直接使用220V的交流電源。雖然這樣做簡(jiǎn)化了電路,但對(duì)于初學(xué)者來說他們理解電路有一定的困難,調(diào)試電路也具有一定的危險(xiǎn)性。這里介紹一個(gè)簡(jiǎn)單的聲控?zé)綦娐?采用了三極管等分立元件和低壓電源,不僅適合初學(xué)者的學(xué)習(xí),而且通過電路中的繼電器也可以控制其它電器進(jìn)行工作。當(dāng)你對(duì)著聲控電路拍手或喊叫時(shí),電路中的繼電器會(huì)動(dòng)作,如果用它控制小燈,可以使小燈工作幾秒鐘,然后自動(dòng)關(guān)閉。聲控?zé)艚M成聲傳感器控制器常開接點(diǎn)燈泡了解被控對(duì)象的基本特性常規(guī)燈開----有電流，燈亮關(guān)----無(wú)電流，燈滅聲控?zé)粲新?---有電流，燈亮無(wú)聲----無(wú)電流，燈滅正常情況下，輸入和輸出之間的關(guān)系，輸出與干擾之間的關(guān)系，叫被控對(duì)象的基本特性確定被控量與控制量被控對(duì)象-----燈泡被控量--------電流控制量--------接點(diǎn)的通與不通輸入量--------聲響確定系統(tǒng)的構(gòu)成方案不需反饋開環(huán)控制系統(tǒng)構(gòu)成：聲傳感器/控制器/常開接點(diǎn)繪制系統(tǒng)框圖輸入（聲響）

傳感器控制器常開接點(diǎn)（執(zhí)行器）電燈（對(duì)象）輸出（亮/滅）案例:棚室溫度控制系統(tǒng)了解被控對(duì)象的基本特性輸出量---棚室溫度：c(t)輸入量---棚室設(shè)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(gòu)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(shè)計(jì)方法1、從分析入手2、首先關(guān)注:傳感器/控制器/執(zhí)行器/對(duì)象/反饋3、了解對(duì)象的基本特性4、變量：輸入/控制/被控