闭环控制系统的干扰与反馈

第四章控制与设计

第三节闭环控制系统干扰与反馈闭环控制系统的干扰与反馈第1页回顾上节内容:任何一个控制实现，都要经过若干个步骤，这些步骤就组成了一个系统，称为控制系统。控制器被控对象执行器控制系统输入输出1.什么是控制系统？闭环控制系统的干扰与反馈第2页回顾上节内容:2.什么是开环控制系统？控制系统输出量不对系统控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统输入量输出量控制器被控对象执行器控制量X闭环控制系统的干扰与反馈第3页回顾上节内容:系统输出量返回到输入端并对控制过程产生影响控制系统称为闭环控制系统输出量输入量被控对象控制器执行器控制量×检测装置比较器3.什么是闭环控制系统？闭环控制系统的干扰与反馈第4页干扰原因出现杂色线闭环控制系统的干扰与反馈第5页干扰原因外界光线对投影效果干扰闭环控制系统的干扰与反馈第6页干扰原因在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引发被控量改变各种原因称为干扰原因控制系统输入量产生改变输出量一、什么是干扰（interference）？干扰原因闭环控制系统的干扰与反馈第7页干扰原因自行车应保持速度行车速度骑自行车时所受到干扰风、雪改变了速度闭环控制系统的干扰与反馈第8页干扰原因机器人直线向前行进障碍物保持直线行进直线行进机器人受到干扰行进方向改变闭环控制系统的干扰与反馈第9页干扰原因飞机导航系统GPS信号在飞机上，我们能使用手机吗？手机信号原始航线改变了航线闭环控制系统的干扰与反馈第10页干扰原因电冰箱温度控制系统，以下情况是否属于影响其温度控制干扰原因开电冰箱门

电冰箱所在房间温度从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

是是是否马上行动闭环控制系统的干扰与反馈第11页干扰原因思索在下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰原因？控制系统干扰原因自动扶梯升降控制系统利用滑轮组提升重物控制装置蔬菜大棚温度控制扶梯承载重量、电机输出电压波动等滑轮组摩擦力等棚外温度改变、保温材料保温性能改变等闭环控制系统的干扰与反馈第12页干扰原因我们在上课学习过程中，会受到哪些原因干扰呢？走廊里脚步声、早自修包子气味等校外汽车喇叭声、夏天34℃高温等环境干扰原因：人为干扰原因：闭环控制系统的干扰与反馈第13页干扰原因科学试验证实，假如人长时间处于没有声音，没有外界环境干扰，人听觉会失常，饥渴，并可能造成人失语状态，甚至会让人发疯，就像噪音能让人发狂一样。思索：假如没有干扰，行不行？思索闭环控制系统的干扰与反馈第14页干扰原因干扰利用干扰利用信息战中，利用电磁波对敌方信息系统进行干扰利用基因干扰疗法治疗顽固疾病闭环控制系统的干扰与反馈第15页干扰原因在普通控制系统中，干扰原因是需要克服，而在有些情况下，却能够利用干扰原因实现某种目标。电子干扰战闭环控制系统的干扰与反馈第16页干扰原因控制器执行器被控对象给定值被控量干扰反馈步骤控制器执行器被控对象给定值被控量干扰比较器干扰对控制功效影响闭环控制系统的干扰与反馈第17页干扰原因思索与分析

在出现干扰情况下，开环控制系统和闭环控制系统哪种受干扰影响小？为何？

闭环控制系统受影响较小，因为闭环控制系统能不停修正控制效果。雨天交通病毒攻击手机干扰飞机闭环控制系统的干扰与反馈第18页干扰原因综合分析

闭环控制系统比开环控制系统含有更加好抗干扰能力，那么是否都应该用闭环控制代替开环控制？

是否采取闭环控制主要看对控制系统要求（如成本、控制要求）。

例子：空调和风扇使用选择闭环控制系统的干扰与反馈第19页干扰原因克服基本方法：电视信号传输过程中往往采取铁壳屏蔽分支器找出干扰源，切断干扰1、消除干扰2、减弱干扰飞机导航系统手机信号GPS信号航线X闭环控制系统的干扰与反馈第20页干扰原因3.我们也能够加强控制系统性能来提升抗干扰能力。比较惯用就是在控制系统中引入反馈。控制系统控制器被控对象执行器输入输出检测装置干扰利用什么是反馈呢？克服基本方法：闭环控制系统的干扰与反馈第21页反馈控制系统中，将输出量经过适当检测装置返回到输入端并与输入量进行比较过程，就是反馈比如：投篮工作过程：给定量（篮圈位置）控制器（大脑）执行器（手）被控对象（篮球）+被控对象（篮球实际投掷位置）检测装置（眼睛）-二、反馈含义闭环控制系统的干扰与反馈第22页反馈二、反馈含义反馈在我们控制系统中是普遍存在，闭环控制中必定存在反馈思索：还有哪些控制系统中存在反馈？控制系统有没有反馈定时红绿灯无电饭煲恒温温室有有闭环控制系统的干扰与反馈第23页反馈马上行动事例输入检测装置输出投掷飞镖线位置线与针孔对准人眼睛人眼睛靶位置(期望值)人眼睛飞镖实际投掷位置篮圈位置篮球实际投掷位置投篮“穿针引线”花房恒温自动控制设定温度温度检测装置花房温度闭环控制系统的干扰与反馈第24页反馈闭环控制系统工作过程

闭环控制系统是指在系统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控制系统。

闭环控制系统关键是经过反馈来降低被控量（输出量）偏差。闭环控制系统的干扰与反馈第25页反馈案例分析：水位自动调整过程：水箱水箱中水位给定水位电气控制阀门水流量浮球比较器干扰①供水水箱水位自动控制系统闭环控制系统的干扰与反馈第26页反馈案例分析：炉温调整过程：加热炉炉内温度给定温度微机控制加热器热量热电偶比较器干扰②加热炉温度自动控制系统闭环控制系统的干扰与反馈第27页反馈闭环控制系统工作过程闭环控制系统关键是经过反馈来降低被控量（输出量）偏差。所以一个闭环控制系统，能够克服外界干扰，使被控量控制在给定值附近。反馈步骤控制器执行器被控对象给定值被控量干扰比较器闭环控制系统的干扰与反馈第28页总结：开环控制系统与闭环控制系统区分1、信号传输通道差异：开环控制系统：只有正向传输通道，闭环控制系统：有正向通道和反馈通道。2、系统结构差异：开环控制系统：给定步骤闭环控制系统：给定步骤、比较步骤、检测步骤。3、控制方式差异:

开环控制系统：有偏差靠人工控制闭环控制系统：对被控对象进行自动控制。闭环控制系统的干扰与反馈第29页总结：闭环控制系统与开环控制系统比较开环控制系统闭环控制系统能否自动调整和赔偿控制精度结构适用场所不能能相对低高相对简单相对复杂控制精度要求不高而系统本身元件又比较稳定场所要求高精度和可靠性场所闭环控制系统的干扰与反馈第30页功效模拟方法功效模拟法：以功效和行为相同性为基础，用“模型”模拟“原型”功效和行为方法。闭环控制系统的干扰与反馈第31页功效模拟方法以功效和行为相同性为基础，用“模型”模拟“原型”功效和行为方法，就是功效模拟法。功效模拟方法是由美国数学家维纳提出，他揭示了机器中通信和控制机能与人神经、感觉机能共同规律。功效模拟法为仿生学、人工智能等学科提供了科学方法。闭环控制系统的干扰与反馈第32页黑箱方法你是怎样挑选西瓜？西瓜看、听、拍生或熟闭环控制系统的干扰与反馈第33页黑箱方法

在生活中，有时我们需要认识对象内部无法打开或不便打开，这时，能够经过观察和考查它输入与输出关系来推测其内部特征和功效。黑箱方法就是经过观察黑箱外部输入信息（外界对黑箱影响）和输出信息（黑箱对外界反应），以研究和认识其功效、特征、结构、机理科学方法。控制系统系统输入系统输出闭环控制系统的干扰与反馈第34页黑箱方法列举黑箱方法应用例子，并填写下表。黑箱方法应用例子输入输出需要了解情况判断生熟鸡蛋摇、转、看生或熟旋转速度中医诊疗病情望、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基本性能运行应用程序计算机反应计算机基本性能好坏闭环控制系统的干扰与反馈第35页黑箱方法黑箱方法便于研究那些既不能打开又不能从外部直接观察其内部状态系统；便于研究规模庞大，结构复杂，原因繁多，功效错综系统。如生态系统，经济系统，社会系统等。黑箱方法从综合角度为人们提供了一条认识事物主要路径。闭环控制系统的干扰与反馈第36页干扰原因：除输入量（给定量）以外，引发被控量改变各种原因干扰有坏处，也有好处。干扰来自环境，也可能来自人为；系统各个步骤都可能被干扰；开环、闭环系统都存在干扰。反馈：将输出量经过适当检测装置返回到输入端并与输入量进行比较过程。闭环控制系统存在反馈，开环控制系统没有反馈。闭环控制系统工作过程闭环控制系统关键闭环控制系统关键是：经过反馈来降低被控量（输出量）偏差。一个闭环控制系统，能够克服外界干扰，使控制量控制在给定值附近。功效模拟方法和黑箱方法：⑴功效模拟法：以功效和行为相同性为基础，用“模型”模拟“原型”功效和行为方法。闭环控制系统设计就是一个功效模拟法，模拟人控制功效。⑵黑箱方法：把系统看作黑箱，经过对系统输入与输出关系研究，进而推断出系统内部结构及其功效方法。比如：医学B超检测。小结：闭环控制系统的干扰与反馈第37页（3月浙江高考）监控摄像系统（如图所表示）被广泛用于统计道路交通实时图像信息。对于监控摄像系统，以下环境原因中不属于干扰原因是（）A噪声B浓雾C闪电D沙尘练习答案：A闭环控制系统的干扰与反馈第38页如图所表示是数控机床位置控制系统示意图。检测装置检测机床工作台实际位移，并将该位移值传输给数控装置与设定位移量进行比较，数控装置依据比较偏差值控制伺服装置运动，驱动机床工作台抵达指定位置。（1）依据示意图及其描述，在控制系统框图中“▲”处填写对应内容。（2）实际位移量与设定位移量比较是由▲完成(从①检测装置；②数控装置；③输入装置；④伺服装置中选择一项，将序号填在“▲”处)。练习设定位移值伺服装置机床实际位移值②9月浙江省高考检测装置闭环控制系统的干扰与反馈第39页（3月浙江高考）以下方法中不属于黑箱方法是A、用仪器测试集成电路输出信号判断集成电路功效B、