第二课 控制及设计

第四节控制系统的干扰

每天上学骑自行车的感受？乘车的感受等？

在送乘飞机出行时，为什么不能说祝你一路顺风?案例一：逆风中骑自行车。脚踩的力自行车行使的速度风给定量被控量逆风、顺风、上坡路……案例分析案例二：飞机飞行。结论：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。一）什么是干扰因素：1.干扰因素的概念：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。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。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，不属于干扰因素。（4）在冰箱外放一盆冷水。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、绳子和滑轮，重物的重力。外部环境温度的变化、大棚保温材料的保温性能产生变化等、植物排放的二氧化碳，温室效应。案例分析：

电视机的工作。电视机出现画面紊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.干扰因素的特点：（1）干扰既存在于闭环控制中，也存在于开环控制中。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；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。（2）通常，干扰因素都是作用在控制对象上，其作用是破坏控制系统的平衡——使被控量偏离平衡值。（3）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外，还可能有路面状况（斜坡、粗糙度）。（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）？被控量闭环控制系统被控对象控制量给定量控制器执行器检测装置比较器+-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（feedback）。闭环控制系统的工作过程

闭环控制系统就是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。

闭环控制系统是通过反馈环节克服干扰因素而使系统达到稳定。[核心]：通过反馈来减少被控量(输出量)的偏差。回忆一下被控对象给定值干扰反馈环节控制器执行器比较器干扰干扰干扰被控量2.闭环与开环控制系统的比较：闭环控制：反馈控制，偏差控制，可以抑制内、外扰动对被量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。开环控制：顺向作用，没有反向的联系，没有修正偏差能力，抗扰动性较差。结构简单、调整方便、成本低。在精度要求不高或扰动影响较小的情况下，这种控制方式还有一定的实用价值。[提问回答]：

开环控制系统闭环控制系统能否自动调整和补偿

控制精度

结构

适用场合

否低高是简单复杂精度要求低、稳定精度要求高、高可靠性马上行动：就开环控制系统与闭环控制系统的联系与区别，设计一个图表。联系区别开环控制系统都用于控制控制精度低、结构简单，用于控制精度要求不高而系统本身的元件又比较稳定的场合。闭环控制系统控制精度高，麻烦，复杂，用于要求高精度和高可靠性的场合。第五节控制系统方案的初步设计自行车—发电—电视机有一位科学家，为了促使迷上看电视的女儿坚持锻炼，专门设计了一辆有趣的“自行车”，女儿必须骑在车上不停地踩脚蹬，才能驱动发电机给电视机供电，想偷懒就看不到电视.人眼人脑自行车电视机屏幕开闭环控制系统框图自行车—发电—电视机屏幕开/关复习:技术设计的一般过程发现与明确问题制定设计方案模型或原型制作方案优化一、形成初步的控制设计方案声控灯系统声控灯原理声控灯已经广泛应用在居民楼的楼道中,它给人们的生活带来很多的方便。这些声控灯电路中几乎都使用了集成电路,并且直接使用220V的交流电源。虽然这样做简化了电路,但对于初学者来说他们理解电路有一定的困难,调试电路也具有一定的危险性。这里介绍一个简单的声控灯电路,采用了三极管等分立元件和低压电源,不仅适合初学者的学习,而且通过电路中的继电器也可以控制其它电器进行工作。当你对着声控电路拍手或喊叫时,电路中的继电器会动作,如果用它控制小灯,可以使小灯工作几秒钟,然后自动关闭。声控灯组成声传感器控制器常开接点灯泡了解被控对象的基本特性常规灯开----有电流，灯亮关----无电流，灯灭声控灯有声----有电流，灯亮无声----无电流，灯灭正常情况下，输入和输出之间的关系，输出与干扰之间的关系，叫被控对象的基本特性确定被控量与控制量被控对象-----灯泡被控量--------电流控制量--------接点的通与不通输入量--------声响确定系统的构成方案不需反馈开环控制系统构成：声传感器/控制器/常开接点绘制系统框图输入（声响）

传感器控制器常开接点（执行器）电灯（对象）输出（亮/灭）案例:棚室温度控制系统了解被控对象的基本特性输出量---棚室温度：c(t)输入量---棚室设定温度：r(t)干扰---室外冷环境：f(t)确定被控量与控制量被控量----室温控制量----电磁阀的开度x(t)确定系统的构成方案感温元件----反馈闭环控制系统r(t)继电器电磁阀散热器——棚室感温元件c(t)e(t)x(t)f(t)r(t)-输入c(t)-输出e(t)-偏差x(t)-控制f(t)-干扰绘制系统框图控制系统方案初步设计方法1、从分析入手2、首先关注:传感器/控制器/执行器/对象/反馈3、了解对象的基本特性4、变量：输入/控制/被控