4.3控制系統(tǒng)的干擾與反饋

第一單元結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋干擾因素反饋功能模擬法、黑箱方法閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋想一想：在送乘飛機(jī)出行時(shí)，為什么不能說(shuō)祝你一路順風(fēng)?課堂導(dǎo)入閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋干擾因素這節(jié)課我們就研究研究閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋。閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋案例一：逆風(fēng)中騎自行車(chē)。腳踩的力自行車(chē)行使的速度風(fēng)給定量被控量逆風(fēng)、順風(fēng)、上坡路……閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋一）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(chēng)為干擾（interference）因素。閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋馬上行動(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(kāi)電冰箱門(mén)。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。閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋（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。閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋嚴(yán)格說(shuō)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。閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋思考：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)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋案例分析：

電視機(jī)的工作。電視機(jī)出現(xiàn)畫(huà)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。閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋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)閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋二）反饋1.什么是反饋（feedback）？控制系統(tǒng)中，將輸出量通過(guò)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(guò)程就是反饋（feedback）。閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋2.反饋的方式：反饋控制是一種在計(jì)劃執(zhí)行一段時(shí)間或結(jié)束后進(jìn)行的事后控制，主要為下一步計(jì)劃的實(shí)施總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，但它卻常常是管理控制工作的主要形式。例如投訴與反饋、留言反饋、意見(jiàn)反饋、環(huán)境反饋、教學(xué)活動(dòng)、超市反饋調(diào)查表、市場(chǎng)信息反饋系統(tǒng)、工作總結(jié)、產(chǎn)品性能檢驗(yàn)、現(xiàn)代酒店控制方法等。閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋[游戲]：在黑板上畫(huà)兩張大臉，“四官俱全”，沒(méi)有眼睛。然后請(qǐng)一個(gè)同學(xué)上來(lái)“填”眼睛，閉著眼睛畫(huà)，位置不對(duì),也不好看。睜著眼睛畫(huà)，漂亮。閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋控制過(guò)程中，沒(méi)有反饋環(huán)節(jié)，不能對(duì)控制結(jié)果加以修正、調(diào)節(jié)。是個(gè)單程的控制流向。這是開(kāi)環(huán)控制。1.閉著眼睛畫(huà)：人腦控制手畫(huà)眼睛：人腦——手——眼睛；閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋2.睜著眼睛畫(huà)：人腦控制手畫(huà)眼睛，在此過(guò)程中，眼睛可以把手的位置及畫(huà)的效果及時(shí)反饋給大腦，使得大腦準(zhǔn)確精細(xì)的控制手去畫(huà)好眼睛?？刂七^(guò)程中有反饋環(huán)節(jié)可以把控制結(jié)果反饋給人腦，控制流向形成了閉合回路。這是閉環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋馬上行動(dòng)：分析“穿針引線(xiàn)”的動(dòng)作過(guò)程，并補(bǔ)充一個(gè)適當(dāng)?shù)氖吕顚?xiě)下表。事例輸入檢測(cè)裝置輸出“穿針引線(xiàn)”

線(xiàn)的位置人的眼睛線(xiàn)與針孔對(duì)準(zhǔn)靶的位置(期望值)眼睛飛鏢實(shí)際投擲的位置投擲飛鏢能撲滅蠟燭的機(jī)器人打開(kāi)機(jī)器人的開(kāi)關(guān)光敏、力敏傳感器找到蠟燭、并將其撲滅電冰箱溫控器設(shè)定溫度溫度傳感器制冷后冰箱內(nèi)溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋反饋的工作過(guò)程：當(dāng)人打算要拿桌子上的水杯時(shí)，人首先要看到自己的手與杯子之間的距離，然后確定自己手的移動(dòng)方向，手始向水杯移動(dòng)。同時(shí)人的眼睛不停觀察手與杯子的距離（該距離就是輸入與輸出的差值），而人腦（控制器）的作用就是不?？刂剖忠苿?dòng)，以消除這個(gè)差值。直到手拿到杯子為止，整個(gè)過(guò)程也就結(jié)束了。從上面的例子可以看出，由（負(fù)）反饋形成的偏差是人準(zhǔn)確完成拿杯子動(dòng)作的關(guān)鍵。如果這個(gè)差值不能得到的話(huà)，整個(gè)動(dòng)作也就沒(méi)有辦法完成了。這就是眼睛失明的人不能拿到杯子的緣故。

[演示]：閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋1.我們學(xué)習(xí)了干擾與反饋，干擾因素的克服，但有些干擾因素是可以利用的，請(qǐng)查閱資料，了解這方面的情況。2.某花農(nóng)正在籌建一個(gè)小型花房，花房的溫度冬季一般控制在18攝氏度左右，夏季一般控制在25攝氏度左右，請(qǐng)畫(huà)出花房的溫度控制系統(tǒng)方框圖，簡(jiǎn)要說(shuō)明它的工作過(guò)程。作業(yè)第四單元控制與設(shè)計(jì)閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋干擾因素反饋功能模擬方法、黑箱方法功能模擬方法、黑箱方法課堂導(dǎo)入“斯坦利”無(wú)人自動(dòng)駕駛汽車(chē)手動(dòng)駕駛汽車(chē)眼睛大腦手方向盤(pán)車(chē)的實(shí)際行駛方向設(shè)定車(chē)的行駛方向檢測(cè)裝置控制器執(zhí)行器方向盤(pán)車(chē)的實(shí)際行駛方向設(shè)定車(chē)的行駛方向手動(dòng)駕駛自動(dòng)動(dòng)駕駛功能模擬方法、黑箱方法功能模擬方法、黑箱方法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。功能模擬方法功能模擬方法、黑箱方法據(jù)俄羅斯《莫斯科時(shí)報(bào)》6月10日?qǐng)?bào)道，俄羅斯總統(tǒng)的首席經(jīng)濟(jì)顧問(wèn)達(dá)瓦科維奇9日晚上戰(zhàn)平國(guó)際象棋機(jī)器人，比賽結(jié)果為1勝1負(fù)。達(dá)瓦科維奇同時(shí)也是俄羅斯國(guó)際象棋協(xié)會(huì)主席，他承認(rèn)這是他第一次有勇氣和機(jī)器人比賽。參賽機(jī)器人是俄羅斯工程師用最先進(jìn)的技術(shù)制作的，它能用一只長(zhǎng)約1米的手臂移動(dòng)象棋，并同時(shí)與3個(gè)人比賽。設(shè)計(jì)師很自信地說(shuō)，從理論上來(lái)說(shuō)它是無(wú)法被擊敗的。這次機(jī)器人同時(shí)與達(dá)瓦科維奇、國(guó)際象棋大師伊戈?duì)柡?歲的象棋女神童阿琳娜一起下5分鐘的快棋賽。達(dá)瓦科維奇賽前和現(xiàn)場(chǎng)的觀眾及記者說(shuō)：”這個(gè)機(jī)器看起來(lái)不像人類(lèi)，但棋下得比人好?！惫δ苣M方法、黑箱方法（2）判別下列案例是否涉及到功能模擬方法。

機(jī)器人保姆會(huì)拉提琴的機(jī)器人會(huì)騎自行車(chē)的機(jī)器人功能模擬方法、黑箱方法功能模擬方法、黑箱方法功能模擬方法、黑箱方法把將要研究的系統(tǒng)作為黑箱，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)輸入與輸出關(guān)系的研究，進(jìn)而推斷系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能的方法。黑箱方法功能模擬方法、黑箱方法椰子看、搖、拍嫩或老黑箱控制系統(tǒng)輸入輸出黑箱功能模擬方法、黑箱方法中醫(yī)看病功能模擬方法、黑箱方法（1）怎樣簡(jiǎn)單判斷一臺(tái)計(jì)算機(jī)的性能？功能模擬方法、黑箱方法（2）判別教室中的擴(kuò)音器的