干扰与反馈、控制的框图

1、第四章第四章 控制与设计控制与设计控制系统的干扰与反馈、控制系统框图控制系统的干扰与反馈、控制系统框图一）什么是干扰因素：一）什么是干扰因素：1.1.干扰因素的概念：干扰因素的概念： 在控制系统中，除输入量（给定在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因值）以外，引起被控量变化的各种因素称为素称为干扰（干扰（interferenceinterference）因素）因素。一、干扰与反馈案例一：逆风中骑自行车。案例一：逆风中骑自行车。脚踩的力脚踩的力自行车自行车行使的速度行使的速度风风逆风、顺风、上坡路逆风、顺风、上坡路案例二：飞机飞行。案例二：飞机飞行。结论：结论：在控制系统中

2、，干扰因素一定在控制系统中，干扰因素一定有，可能有一个，也可能有若干个。有，可能有一个，也可能有若干个。讨论：讨论： 生活中还有哪些例子说明生活中还有哪些例子说明“控控制系统的干扰是存在的，是不可避制系统的干扰是存在的，是不可避免的免的”？马上行动：马上行动： 在电冰箱的温度控制系统中，下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素？（1）开电冰箱门。 外面热气进入冰箱将会引起箱内温度变化，属于干扰因素。（2）电冰箱所在房间的温度从20变到32属于干扰因素。（3）把热菜或热饭放入电冰箱中。属于干扰因素。（4）在冰箱外放一盆冷水。 严格说这也会引起环境温度的变化，但这种变化一般有利于冰箱实现目标，不属

3、于干扰因素。思考：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系统 蔬菜大棚的温度控制 扶梯承载的重力、电机输出电压的扶梯承载的重力、电机输出电压的波动、齿轮间的摩擦力等。波动、齿轮间的摩擦力等。滑轮组的摩擦力、电机电源的波动等、滑轮组的摩擦力、电机电源的波动等、绳子和滑轮，重物的重力。绳子和滑轮，重物的重力。外部环境温度的变化、大棚保温材料外部环境温度的变化、大棚保温材料的保温性能产生变化等、植物排放的的保温性能产生变化等、植物排放的二氧化碳，温室效应。二氧化碳，温室效应。案例分析：案例分析： 电视机的工作。 电视机出现画面紊

4、乱的现象往往是由于受到外界磁场干扰。比如：近距离摆放的电冰箱、空调器、电风扇、日光灯等等。他们就是电视机正常工作的干扰因素。 克服这些干扰的办法就是将家用电器远离电视机放置。 2.克服干扰的基本方法：A、消除干扰 在飞机上不能使用通信工具B、减弱干扰 电器在使用时远离其它电子设备C、提高控制系统性能 采用闭环控制系统3.3.干扰因素的特点：干扰因素的特点：（1 1）干扰既存在于闭环控制中，也存）干扰既存在于闭环控制中，也存在于开环控制中。在于开环控制中。 声控灯开环控制，除输入的声音声控灯开环控制，除输入的声音外，其他声音就是其干扰因素；外，其他声音就是其干扰因素；空调房的温度控制属于闭环控制

5、，室空调房的温度控制属于闭环控制，室外环境温度的变化就是它的干扰因素。外环境温度的变化就是它的干扰因素。（2 2）通常，干扰因素都是作用在）通常，干扰因素都是作用在控控制对象制对象上，其作用是破坏控制系统上，其作用是破坏控制系统的平衡的平衡使被控量偏离平衡值。使被控量偏离平衡值。 （3 3）通常，干扰因素不止一个。如）通常，干扰因素不止一个。如自行车速度控制的干扰因素除逆风自行车速度控制的干扰因素除逆风外，还可能有路面状况（斜坡、粗外，还可能有路面状况（斜坡、粗糙度）。糙度）。（4）在进行控制系统设计时，必须对可能存在的干扰进行全面的调查和分析. 如果干扰比较经常和严重，对控制目标影响产生严重

6、的后果，就必须考虑抗干扰措施，保证控制系统的正常工作； 如果可能存在的干扰不是很严重，对系统正常工作影响不大，就可以忽略。 因为任何抗干扰措施的实现，都意味着系统结构的复杂和成本的增加。（5）对干扰的利用，是指有意对控制系统施加干扰，使控制系统无法达到控制的目标，而不是控制系统本身需要干扰。例如：打狂犬疫苗、军事演习中对敌方信息指挥系统进行电磁波干扰。 火盆。冬天冷了，可以在室内放火盆，这样可以使室内温度升高。 马上行动： 生活中哪些干扰因素是可以利用的？如何进行利用？二）反馈1.什么是反馈（feedback）？ 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

7、馈（feedback）。游戏：在黑板上画两张大脸，“四官俱全”，没有鼻子。然后请一个同学上来“填”鼻子鼻子，闭着眼睛画，位置不对,也不好看。睁着眼睛画，漂亮。 控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结果加以修正、调节。 单向， 这是开环控制。 闭着眼睛画：睁着眼睛画： 人脑控制手画鼻子鼻子，在此过程中，眼睛可以把手的位置及画的效果及时反馈给大脑，使得大脑准确精细的控制手去画好鼻子鼻子。控制流向形成了闭合回路。这是闭环控制。鼻子的鼻子的 位置位置 闭环控制系统受影响较小，因为闭环控制系统能不断修正控制效果。思考与分析 在出现干扰的情况下，开环控制系统和闭环控制系统哪种受干扰的影响小？为什么？1.1

8、.绘制框图的方法：绘制框图的方法： 按下面的顺序确定系统各个环节按下面的顺序确定系统各个环节 a a 被控对象被控对象 b b 执行器执行器 c c 控制器控制器 d d 反馈环节（反馈环节（对闭环而言对闭环而言）二、控制系统框图反馈环节控制器执行器被控对象1.1.绘制框图的方法：绘制框图的方法： 确定被控量（输出量）、控制量、确定被控量（输出量）、控制量、输入量、反馈量和偏差量。输入量、反馈量和偏差量。 用带箭头的直线表示信息在系统用带箭头的直线表示信息在系统中流动、传递的方向与过程。中流动、传递的方向与过程。 加上比较环节（闭环）加上比较环节（闭环）二、控制系统框图反馈环节控制器执行器被控

9、对象2.2.绘制技巧：绘制技巧：自右往左画：先画自右往左画：先画被控对象被控对象，再画，再画执执行器行器，接着画，接着画控制器、反馈环节控制器、反馈环节，最，最后画后画 。连线闭环，并标注各量。连线闭环，并标注各量。 二、控制系统框图反馈环节控制器执行器被控对象控制器控制器执行器执行器被控被控对象对象反馈环节反馈环节控制器控制器执行器执行器被控被控对象对象3、人工调节液面、人工调节液面4、希罗的自动门控制系统、希罗的自动门控制系统浮球浮球控制器控制器阀门阀门水箱水箱热电偶热电偶控制器控制器加热器加热器加热炉加热炉眼睛眼睛大脑大脑手、手、阀门阀门容器容器连动连动系统系统庙门庙门 白天或夜晚光线较

10、亮时，声控部分不起作用。白天或夜晚光线较亮时，声控部分不起作用。当光线较暗时，负载电路的通断受控于声控部分。当光线较暗时，负载电路的通断受控于声控部分。电路是否接通，取决于声音信号的强度。当声音电路是否接通，取决于声音信号的强度。当声音强度达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽强度达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，等待下一次声音信号触发。这样，通过对环境声等待下一次声音信号触发。这样，通过对环境声光信号的检测与处理，完成电路通断的自动开关光信号的检测与处理，完成电路通断的自动开关控制。控制。请画出该控制系统

11、框图。请画出该控制系统框图。走道路灯的声光控制系统走道路灯的声光控制系统声 光信号声光检测控制装置路灯灯亮/灭开关练习练习2： 1、交通路口红绿灯自动控制（根据车流量大小改变交通路口红绿灯自动控制（根据车流量大小改变红绿灯时间）系统红绿灯时间）系统. . 目前所用的交通路口的红绿灯控制系统一般目前所用的交通路口的红绿灯控制系统一般都是按给定的时序来控制的，因此应该是开环都是按给定的时序来控制的，因此应该是开环控制系统。对车流量因素的考虑，是在调查统控制系统。对车流量因素的考虑，是在调查统计的基础上在设计给定时序时体现的。其参考计的基础上在设计给定时序时体现的。其参考框图如下：框图如下：设定好亮/灭时序输 出 亮 /灭时序时序控制装置红绿灯2.粮库的湿度和温度自动控制，一般采用粮库的湿度和温度自动控制，一般采用闭环控制