闭环控制系统的干扰与反馈

三闭环控制系统的干扰与反馈【学习目标］节次考试内容考核要求考试属性闭环控制系统的干扰与反馈①反馈的含义必考+加试b②简单控制系统运行的主要干扰因素c③闭环控制系统中反馈环节的作用b④闭环控制系统的工作过程b⑤功能模拟方法和黑箱方法a知识梳理 要点讲般陳层突破一、干扰因素定义: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。干扰不仅是外界对控制系统的影响，同时也包括控制系统内部对控制的影响。来源问题。有的干扰因素是由于坯境造成的，如影响自行车行驶速度变化的自然风等；有的干扰因素是人为原因所致。数量问题。在控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个。处理问题。控制系统在工作过程中必须克服干扰，使被控量稳定。利用问题。在一般控制系统中，干扰因素是需要克服的。而在有些情况下却可以利用干扰因素实现某种目的。二、反馈反馈的含义自动控制系统中，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称为反馈。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。闭环控制系统中反馈环节的作用将输出量通过适当的检测装置，返回到输入端并与输入量（给定值）进行比较，从而减少输出量的偏差，使系统的被控量控制在给定值附近。系统的输出量返回输入端参与整个控制过程，即系统的输出端与输入端之间存在反馈回路，其核心是通过反馈减少输出量的偏差。4．闭环控制系统的工作过程当干扰因素作用在闭环控制系统上时，会引起系统输出量（被控量）偏离给定值；此时闭环控制系统中的检测装置能及时检测出被控量的值，并迅速反馈到输入端，与给定值进行比较；然后控制器根据比较得到偏差信号控制执行器工作，执行器得到指令后直接控制被控对象进行调节，从而使系统的被控量接近给定值，达到精确控制的目的。5．开环控制系统与闭环控制系统的比较开环控制系统闭环控制系统能否自动调整和补偿不能能控制精度相对低相对高结构相对简单相对复杂适用场合控制精度要求不咼而系统本身的元件又比较稳定的场合要求咼精度和咼可靠性的场合三、功能模拟方法功能模拟方法就是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。四、黑箱方法把将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，讲而推断出系统内部结构及其功能的方法。典型例题董点难点昔*宪破【例1】恒温式燃气热水器的温度控制系统为闭环控制。下列因素中，不属于该温度控制系统干扰因素的是（ ）燃气的流量B.进水的流量C.进水的温度D.出水的温度答案D解析本题考查控制系统的干扰因素。在控制系统中，除了输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素，而答案D出水的温度是被控量，并且燃气的流量、进水的流量、进水的温度都会造成燃气热水器出水温度的变化。所以D出水的温度不属于该温度控制系统的干扰因素。【例2小强用恒温箱进行实验时，发现恒温箱的温度持续升高，无法自动控制。为了弄清原因，小强通过多次设定不同温度，观察温度是否都会持续升高。经检查，恒温箱的控制器没有故障。参照图1，下列分析正确的是（ ）图1只可能是热敏电阻出现故障只可能是温度设定装置出现故障热敏电阻和温度设定装置都可能出现故障可能是加热器出现故障答案C解析本题考查黑箱方法，黑箱方法把将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。设定不同温度为系统输入，温度是否会持续升高为系统输出，所以为黑箱方法。如控制器没有出现问题，则有可能是执行器或温度设定装置出现问题，具体就是热敏电阻或温度设定装置出现故障。【例3太阳能热水器是利用太阳的能量将水加热的装置，由集热管、水箱、支架及相关附件组成。太阳能热水箱一般都带有水位自动控制系统，当水箱水位低于设定水位时，能够自动加水。如果发现太阳能热水器一直处于加水状态，你认为不可能的原因是（）水箱漏水 B.出水管漏水C.集热管底部有异物沉积 D.控制器坏了答案C解析本题考查控制系统运行的干扰因素及闭环控制系统的工作过程。干扰因素可能存在于控制系统的各个环节，如作用于被控对象（水箱或水箱里的水）的干扰因素有水箱漏水、出水管漏水，也可以作用于执行器（如进水阀门工作异常）、控制器（如控制器坏了）、检测装置（如水位检测装置无法正常检测实际水位等，所以选项A,B,D都有可能使热水器一直处于加水状态。而选项C集热管底部有异物沉积导致的是集热管里总水量的减少，但并不影响热水器内的加水状态。【例4（2014.浙江）如图2所示是液体原料定量控制系统。其工作过程是：流量计检测到流出的液体原料流量值，把信号反馈给控制器，与设定的流量值进行比较，达到设定的流量值时控制器控制桶泵关闭。请回答下列问题。图2该控制系统的检测装置与被控量分别是 、 (在“ ”处填写相应的内容)。该控制系统的流量计损坏，不可能造成 (在①桶泵运行不止；②计量不准确；③软管损坏中选择一项，将序号填写在“ ”处)。在桶泵停止运行后，由于软管中的原料具有惯性会继续流动，导致误差。为了提高计量精度,以下对该系统进行优化的措施中合适的是 (在①减小软管的直径；②提高流量计的计量精度；③在软管出口端加电磁阀与桶泵同步控制中选择一项 ，将序号填写在“ ”处)。答案(1)流量计实际流量值(2)③(3)③解析(1)本题考查控制系统的工作过程与方式和对反馈的理解。闭环控制系统中的反馈是通过检测装置把输出量(被控量)送回到输入端与输入量进行比较的过程。本题流量计检测到流出的液体原料流量值，把信号反馈给控制器，与设定的流量值进行比较，所以检测装置是流量计，而被控量就是流量值。在闭环控制系统中，比较器要能对给定量(输入量)和被控量(输出量)进行比较，它们必须是相同的物理量，只是给定量是设定的，而被控量是实际的。(2)本题考查工作过程分析，流量计损坏，意味着没有反馈，也就变成开环控制，所以只有③不可能发生。(3)本题考查系统优化分析，③中能起到同步关闭，从而减小误差。产思维启迪■ )有的开环控制系统也有检测装置。一般“恒值”控制都是属于闭环控制系统。能充分理解闭环控制系统的工作过程：当输出量和设定量接近时，闭环控制系统就处于一种平衡状态。由于干扰的存在，实际输出量会偏离设定值，检测装置检测到输出量的变化，并把它送到输入端，与设定值比较(反馈)，偏差信号被控制器处理，送出指令让执行器工作，把输出量拉回到设定值附近，从而使被控量保持在设定值附近，提高了控制的精度。控制过程一般都会在题干中清楚描述出来，一般都会结合示意图加以描述，所以做控制系统的大题，认真阅读题目就显得特别重要。被控对象往往是温度、位置、形态等发生变化的物体，而被控量往往是某种物理量或状态量或动作等。闭环控制系统的抗干扰能力也是有限的，假如对输出量控制精度要求不高，一般就采用开环控制系统，比较简单也便宜些。闭环控制方框图各环节如何确定：被控量是哪个物理量？——可以确定输入量、输出量和检测装置；被控量的位置(哪里的量)——可以确定被控对象；被控量是通过哪个部件工作直接变化的？——可以确定执行器；执行器受控于哪个装置？——可以确定控制器。达标检测 当堂检测讥固反情一、选择题1．下列关于干扰因素对控制系统的作用，说法正确的是( )干扰因素仅作用在被控量上干扰因素不会作用于开环控制系统闭环控制系统中干扰因素的作用都会反映在输出量的变化上干扰因素都是可以利用的答案C2．感应水龙头的出水控制系统为开环控制，当手靠近感应区域时，水就会自动流出。下列判断正确的是( )该控制系统有检测环节该控制系统有反馈环节该控制系统的控制器是水龙头该控制系统能保持出水量稳定答案A3.(2012.浙江)下列方法中不属于黑箱方法的是()用仪器测试集成电路输出信号判断集成电路的功能通过脑电波检查诊断病人大脑的状况列车司机用锤子敲击车轮，通过声音判断有无故障通过胃镜检查诊断病人的胃部疾病答案D4．城市路灯利用光控装置进行控制。在安装调试中，如果不慎把光敏电阻的感光面对着路灯的灯泡，则接通电源后，路灯可能出现的现象是( )白天一直亮，晚上一直灭白天一直灭，晚上一直亮白天一直灭，晚上亮灭交替白天一直亮，晚上亮灭交替答案C(2011•浙江)监控摄像系统(如图3所示)被广泛用于记录道路交通实时图像信息。对于监控摄像系统，下列环境因素中不属于干扰因素的是( )图3噪声 B.浓雾C.闪电 D.沙尘答案A(2010.浙江)如图4所示为中科院研发的一款智能机器人，能模仿人唱歌、跳舞等。这种用机器人模仿人的功能和行为的方法属于( )图4黑箱方法B.移植方法C.虚拟方法D.功能模拟方法答案D下列事例不属于功能模拟方法的是( )A.电H沾人丁棋氏机船人洗衣服匕在电脑匕画图A.电H沾人丁棋氏机船人洗衣服匕在电脑匕画图答案C8．下列行为不属于黑箱方法的是( )A.中廣把肚 TL听拍打虫挑两血A.中廣把肚 TL听拍打虫挑两血仁地下管逍听逡D.口腔檢杳答案D9．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 的一种具体应用。( )A.功能模拟方法B.黑箱方法C.反馈方法D.控制方法答案B10.如图5所示是某家庭用抽水马桶的水箱结构示意图，为了提高抽水马桶水箱内水位的高度，适宜采取的措施是( )连秆浮子世水阀进水U适宜采取的措施是( )连秆浮子世水阀进水U出水口祖水口图5往水箱放一些石头缩短连杆的长度增大浮球的直径增加连杆的长度答案B如图6所示是消防管网的水压控制系统工作示意图。当消防管网压力降至压力下限时，水泵启动，使压力上升；当消防管网压力达到上限时，水泵停止运行，使消防管网压力保持在设定的范围内。据此回答第11〜12题。图6TOC\o"1-5"\h\z11．该控制系统的执行器是( )A.水压检测装置B.电控单元C.压力罐D.水泵答案D电压、温度等变化会影响输出量的稳定，这些影响被称为该控制系统的( )A.反馈B.干扰C.被控量D.控制量答案B打开房间窗户属于空调房间空调温度自动控制的干扰因素，是由于( )打开房间窗户会引起房间设定温度的变化打开房间窗户会引起房间实际温度的变化打开房间窗户会损坏空调，带来安全隐患打开房间窗户会使压缩机工作，增加能耗答案B如图7所示是小刘同学设计的花盆土壤湿度控制系统示意图。其工作原理是：控制电路将探头测得的湿度值与设定值比较，根据偏差值控制电磁阀门打开或关闭，使土壤湿度值达到设定值。据此回答第14〜15题。图7判定该控制系统属于闭环控制方式的理由是( )探头能检测土壤湿度控制电路能发出控制命令阀门参与水流控制探头参与反馈过程答案D电磁阀门属于该控制系统的( )

A.反馈元件B.输入元件C.执行器D.控制器答案C如图8所示公共场所的消防报警控制系统能够在火灾初期将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制模块，经其处理后确定是否启动报警系统。如果在安装消防报警控制系统时损坏了烟雾传感器，那么下列情况不可能发生的是( )么下列情况不可能发生的是( )图8A.场所内有明火则启动报警系统B•场所内有浓烟则启动报警系统C.场所内温度升高则启动报警系统D.控制系统失去部分报警功能答案B二、非选择题17．在实验室中常用“水浴器”来保持物体处于恒温状态。如图9甲所示，水浴器通过温度选择器来设定所需要的水温。通过电子线路实现对加热器的控制。通过温度传感器检测水温，并以电子信号形式传递给控制端，控制装置将这个信号与来自温度选择器的信号进行比较，从而使水浴器保持恒温。比较韬—®-电子控制执行器③披控址从而使水浴器保持恒温。比较韬—®-电子控制执行器③披控址鲨陆温度图9根据控制系统原理图及其描述，完成控制系统方框图乙。① ② ③ ④ ⑤ 控制过程中，通过温度传感器检测水温，并以电子信号形式传递给控制端，控制装置将这个信号与来自温度选择器的信号进行比较。这个过程为 。答案(1)①给定温度②控制器③加热器④水浴器内箱⑤温度传感器(2)反馈18.(2015・浙江)如图10所示是自动变速扶梯系统控制过程示意图。无乘客时，扶梯缓慢运行；当乘客进入检测传感器的检测范围时，控制器接收到传感器的检测信号，控制电动机和传动装置加速转动，扶梯正常运行。请回答下列各题：也动机 转曲装ii检测特感器装置加速转动，扶梯正常运行。请回答下列各题：也动机 转曲装ii检测特感器f控制器图10(1)根据示意图及描述，分析自动扶梯系统控制过程，在方框图中“ ”处填写相应的内容：控制器② I控制器② I一|③ 匡=为防止扶梯加速使乘客站立不稳，检测传感器的安装位置应在 (①乘客进入扶梯踏步前；②乘客进入扶梯踏步后中选择一项，将序号填写在“ ”处)；该系统在运行时需要解决下面的问题，当乘客进入检测传感器检测范围时，扶梯正常运行，当乘客随着扶梯运行离开检测范围后，