4.3闭环控制系统的干扰与反馈

第四单元控制与设计第三节闭环控制系统的干扰与反馈海盐高级中学高新军重点：1.干扰因素2.反馈新课引入：在日常生活中，我们常常会遇到这样的问题：1.人们在逆风中骑自行车很难，顺风很容易，侧风也很难，其中的风起到了什么作用？2.你在背记英语单词时，旁边若有几个人在大声讲话，你就很难记住单词，别人的声音对你起到什么作用呢？3.飞机起飞和降落的时候，空乘工作人员会让乘客关掉手机和所有的电子产品,这样做其目的是什么？答：干扰作用答：干扰作用答：防止干扰应保持的速度自行车行使的速度风输入量被控量（输出量）逆风、顺风、雨水……一、干扰因素重点知识：1、定义：在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。干扰因素一、干扰因素2、干扰因素的类型环境因素：人为因素：如逆风行驶自行车时，风对自行车速度的干扰。如飞机飞行过程中，手机信号对飞机航向的干扰背诵单词时有人在旁边大声讲话。3、干扰因素的个数不确定，1个或多个重点知识：  提问：你还能举出有关干扰因素的例子吗？简要的说说怎样克服这些干扰因素？马上行动p108电冰箱的温度控制系统，下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素开电冰的箱门电冰箱所在房间的温度从20度变到32度把热菜热饭放入电冰箱中在电冰箱外放一盆冷水是是否否说明：当电冰箱的箱门关闭时，我们认为它受到外界的影响很少，可以忽略不记。【生活小常识】冰箱温度怎么调调节方法：温控旋钮一般有0、1……6、共7档，一般春秋天放到3档夏天打到1档或2档，冬天打到4档或5档。在下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？控制系统干扰因素自动扶梯的升降控制系统利用滑轮组提升重物的控制装置蔬菜大棚的温度控制承载重量、电压波动外界环境温度的变化、大棚材料的保温性能滑轮组的摩擦力4.生活中的干扰电视机电视机有时在正常工作时，突然出现图像闪烁厉害或画面紊乱等情况，这是由于什么原因导致的呢？电视机最忌磁场干扰，如果在电视机周围近距离放置冰箱、空调、电风扇等家用电器，会对电视机产生磁场干扰，从而导致电视机的图像出现抖动、波纹等现象。干扰因素所以说：我们在用电视机或者电脑时要注意磁场干扰。思考：干扰因素是否一无是处？1、在战场上，可利用一定频率的电磁波对敌人的信息指挥系统进行干扰。2、手机来电或收到短信时，会闪烁或震动并伴有音乐，从而提醒人们，其主要是根据电磁波干扰原理。合理的利用干扰因素，也会给我们的生活带来很多帮助。1.导弹依靠自身动力装置推进，在飞行中会遇到气流，使导弹偏离预设路线。导弹系统始终检测导弹的飞行路线与预设路线之间的偏差，据此不断调整其飞行路线并导向目标。这些气流可称为该控制系统的（　　）A．反馈B．干扰因素C．被控量D．控制量答案：B练一练：2．如图所示为一款电冰箱的温度设定/显示触摸屏，左边的“-16℃”为设定冷冻温度，右边的“8℃”为设定冷藏温度，在电冰箱的温度控制系统中，属于影响其冷藏温度控制的干扰因素的是（　　）A．把设定冷藏温度调整为5℃B．打开冷冻箱取出食物C．把设定冷冻温度调整为-10℃D．打开冷藏箱取出食物【答案】　D练一练：二、反馈（拼音：fǎnkuì）重点知识：【字典】泛指发出的事物返回发出的起始点并产生影响1.定义：在自动控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈。闭环控制系统方框图被控对象控制量给定量控制器执行器检测装置比较器+-输出量干扰反馈重点提醒：闭环中检测的是输出量。二、反馈（拼音：fǎnkuì）重点知识：案例分析：p110电冰箱的温度控制提问：在本案例中，哪些是电冰箱温度自动控制系统的检测反馈装置？答：感温包、膜盒和传动膜片。反馈方法：利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法，称为反馈方法。马上行动:P111分析花房控制系统工作过程，并且补一个闭环自动控制事例事例输入量检测装置输出量花房恒温自动控制设定的温度　温度检测装置水箱水位自动控制设定水位水位检测装置水箱水位花房的温度二、反馈（拼音：fǎnkuì）2.闭环控制系统的工作过程从反馈来看，闭环控制系统就是指在系统的输出端与输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生影响的控制系统。其核心是通过反馈来减少被控量（输出量）的偏差。闭环控制系统方框图被控对象控制量给定量控制器执行器检测装置（反馈）比较器+-输出量干扰重点知识：二、反馈（拼音：fǎnkuì）供水水箱的水位自动控制系统被控对象：水箱被控量：水箱中的水位执行器：阀门控制器：机械或电气检测器：浮球给定水位（设定值）浮球（检测装置）电气控制（控制器）阀门（执行器）水箱（被控对象）干扰比较器水箱的水位（被控量）水箱自动控制方框图3、闭环控制系统与开环控制系统的比较类别性能特点开环控制系统闭环控制系统自动调节被控量的偏差控制精度结构与成本适用场合不能能较低高简单、成本较底复杂、成本较高组成元件较稳定，外界干扰较小精度要求高、可靠性高另外：闭环控制系统比开环控制系统多了一个由检测装置组成的反馈环节。重点知识：二、反馈（拼音：fǎnkuì）3．比较闭环控制系统和开环控制系统，下列说法正确的是（　　）A．开环控制系统是人工控制，闭环控制系统是自动控制B．由干扰因素的影响使得控制系统的输出量产生偏差，开环控制系统不能自动纠正这种偏差，而闭环控制系统则能C．由于闭环控制比开环控制的精度要高，所以设计一个控制系统要尽可能的使用闭环控制系统D．只要有检测装置存在就一定是闭环控制系统。【答案】　B练一练：特别注意：有检测装置的系统不一定是闭环控制系统。例如：自动门，当人走进自动门时，红外线装置检测到人体红外线信号，然后通过处理电路，启动电机的正转和反转，实现开门和关门，此处检测的是输入量，并且没有反馈。红外线检测执行器被控对象给定值（体温）输出量（门开闭）开环控制系统开环与闭环的主要区别是看检测装置检测到的信号是输入量还是输出量，也就是看是否存在反馈。4．由于干扰因素的影响，孵化室的温度随时都可能变化。对此下列说法正确的是（　　）A．凡是能影响到孵化室温度的各种因素都是干扰因素B．干扰因素仅作用于闭环控制系统C．因为孵化室的温度变化被控制在指定范围内，所以说该系统能自动的消除干扰D．闭环控制系统能自动的克服干扰因素所产生的影响，开环则不能【答案】　D练一练：1．如图所示是某家庭用抽水马桶水箱结构示意图，为了提高抽水马桶水箱水位的高度，适宜采取的措施是（　　）A．往水箱放一些石头B．缩短连杆的长度C．增大浮球的直径D．增加连杆的长度【答案】　B四、课堂练习2.「2014.9浙江统一考试」要设计水箱水位的闭环控制系统，下列器材中，适合用作检测装置的是（　　）【解析】本题较简单，考查对检测装置的选择要求熟悉各种常用电器元件尤其是传感器的功能。【答案】　D四、课堂练习练一练：　　某花农正在筹建一个小型花房，花房的温度冬季一般控制在18℃左右，夏季一般控制在25℃左右。请画出花房的温度控制系统的方框图，简要说明它的工作过程。给定量＋控制器温度调控系统花房花房内温度检测装置（反馈）－干扰比较器一、干扰因素：1.定义2.类型3.个数4.生活中的干扰因素二、反馈：1.定义2.闭环系统中的反馈课堂小结：本节课我们都学习了哪些重要知识？在自动控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈。在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素课后作业祝大家学习愉快!1、基础能力训练2：P88－902、想想学习中的干扰因素有哪些，你是如何克服的？谢谢！飞机上能打手机　深航飞京沪线率先实行发表时间：2008-4-2210:16:42随着技术的进步，目前已能够通过在客舱装备特定的通讯系统，实现手机通讯信号首先通过机载卫星通讯设备传输到国际通讯卫星，卫星再将信号传输到地面基站，继而通过基站完成与地面通讯设备之间的数据交换。在此过程中，旅客手机只与飞机客舱内的专用网络建立联系，其发射能量很低，在飞机安全操作范围内。飞机飞行过程中为什么不能使用手机在飞机上，使用电子装置可能会干扰飞机的通信、导航、操纵系统，会干扰飞机与地面的无线信号联系，影响电子导航设备。尤其在飞机起飞、降落时干扰更大，即使这些干扰只造成飞机很小角度的航向偏离，也可能导致机毁人亡的后果，是威胁飞行安全的“杀手”。加热炉的温度自动控制系统被控对象：加热炉被控量：炉内温度执行器：炉内加热器检测器：热电偶控制器：一种电子、微机控制三、功能模拟方法1.定义：以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟“原型”的功能和行为的方法，就是功能模拟法比较加热炉温度自动控制系统与手动控制系统，我们发现，控制器代替人脑实现了温度控制的功能，执行器代替人手实现了调压的功能，检测装置代替了人眼实现了检测温度值的功能。重点知识：历史上有许多人想制作模型，模拟人的大脑进行思考，但都没有成功，因为人的大脑太复杂了。现在人们只要求模型在功能行为上与人脑相似。对人脑的模拟例如：在国际象棋对弈中，计算机与人脑类似的逻辑判断功能，能模拟棋手的思维与人下棋。三、功能模拟方法四、黑箱方法1.定义：把要研究的系统作为黑箱，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法叫黑箱方法。黑箱方法提供了一种不必打开黑箱就可以研究其内部结构和功能的方法。中医“望闻问切”重点知识：看、听、拍西瓜生或熟黑箱黑箱方法夏天到了，你是怎么挑选西瓜的？瓜蒂1、目测法：果皮坚硬光亮，花纹清晰、瓜脐部和果蒂向内收缩、凹陷，果柄上的绒毛大部分脱落，这些都可作为西瓜成熟的标志。2、拍打法：敲打或指弹瓜面时，若发出砰、砰、砰的低浊音多为熟瓜；相反，若发出咚、咚、咚坚实音的，则多属生瓜。瓜脐列举黑箱方法应用的例子，并填写下表。黑箱方法应用的例子输入输出需要了解的情况马上行动：P116判断生熟鸡蛋摇、转、看生或熟旋转速度中医诊断病情望、闻、问、切是否健康气色、舌苔、脉搏等B超探测胎儿性别B型超声波超声图象胎儿性别了解计算机的基本性能运行应用程序计算机的反应计算机基本性能的好坏5．下列医疗技术中不属于黑箱方法的是（　　）A．中医把脉　　　B．病理组织切片检查　　C．CT扫描　　　D．脑电波检查【答案】　B练一练：6．如图所示为一款汽车驾驶模拟器，通过操作该机器可以练习汽车驾驶技术，该模拟器模拟真实汽车驾驶的方法是（　　）A．黑箱方法B．功能模拟方法C．反馈方法D．虚拟试验方法【答案】　B练一练：1、使用者虽然不一定懂得电视机内部的构造和机理，却知道按哪个开关打开它，调整哪些开关可以得到清晰稳定的画面效果，从外部情况判断简单的故障。这是（　　）方法的一种具体应用。A．功能模拟法B．黑箱方法C．反馈方法D．控制方法【答案】　B四、课堂练习