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1、4.3 4.3 干扰与反馈干扰与反馈1、干扰因素：、干扰因素：有的干扰因素是由于有的干扰因素是由于环境环境造成的，造成的，如影响如影响自行车行驶速度的变化的自然风等；自行车行驶速度的变化的自然风等；有的干扰有的干扰因素是因素是人为原因人为原因所致，所致，如影响飞机导航信号的如影响飞机导航信号的手机信号等。手机信号等。在控制系统中，除输入量（给定值）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以外，引起被控量变化的各种因素克服干扰克服干扰 控制系统在工作过程中必须克服干扰，控制系统在工作过程中必须克服干扰，使被控量稳定。使被控量稳定。空调器的温度控制系统是闭环控制系统，它能空调
2、器的温度控制系统是闭环控制系统，它能克服室外温度变化这一干扰，当室外温度升高时，克服室外温度变化这一干扰，当室外温度升高时，空调器监测出干扰引起的室内温度变化，通过启动空调器监测出干扰引起的室内温度变化，通过启动压缩机降温来克服这一干扰，使室温保持稳定。压缩机降温来克服这一干扰，使室温保持稳定。马上行动马上行动电冰箱的温度控制系统，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下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素开电冰箱门开电冰箱门 电冰箱所在房间的温度从电冰箱所在房间的温度从2020度变到度变到3232度度 把热菜热饭放入电冰箱中把热菜热饭放入电冰箱中 在电冰箱外放一盆冷
3、水在电冰箱外放一盆冷水 是是是是是是否否控制系统控制系统干扰因素干扰因素自动扶梯的升降控制系统自动扶梯的升降控制系统利用滑轮组提升重物的控制装利用滑轮组提升重物的控制装置置蔬菜大棚的温度控制蔬菜大棚的温度控制下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？扶梯承载的重力、电机输出电压的波动、扶梯承载的重力、电机输出电压的波动、齿轮间的摩擦力等齿轮间的摩擦力等滑轮组的摩擦力、电机电源的波动等、绳滑轮组的摩擦力、电机电源的波动等、绳子和滑轮，重物的重力子和滑轮，重物的重力外部环境
4、温度的变化、大棚保温材料的保温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，温性能产生变化等、植物排放的二氧化碳，温室效应室效应2 2、克服干扰的基本方法：、克服干扰的基本方法：A.A.消除干扰消除干扰在飞机上不能使用通信工具在飞机上不能使用通信工具B.B.减弱干扰减弱干扰电器在使用时远离其它电子设备电器在使用时远离其它电子设备C.C.提高控制系统性能提高控制系统性能采用闭环控制系统采用闭环控制系统干扰因素是否一无是处？干扰因素是否一无是处？干扰因素有时要干扰因素有时要克服克服，有时还，有时还可可利用利用；如在军事中，可利用一定频率的电磁如在军事中，可利用一定频率的
5、电磁波对对方的信息指挥系统进行干扰。波对对方的信息指挥系统进行干扰。手机来手机来电闪，电闪，根据电根据电磁波干磁波干扰原理扰原理 游戏游戏：在黑板上画两张大脸，请同学在黑板上画两张大脸，请同学上来上来“填填”五官：五官：1 1、闭着眼睛画；、闭着眼睛画；2 2、睁着眼睛画；、睁着眼睛画；有什么不同？有什么不同？控制过程中，控制过程中，没有反馈环节，不能对控制结没有反馈环节，不能对控制结果加以修正、调节果加以修正、调节，是个，是个单程的控制流向单程的控制流向。这。这是是开环控制开环控制。1 1）闭着眼睛画：）闭着眼睛画：人脑控制手画：人脑人脑控制手画：人脑手手眼睛；眼睛；2 2）睁着眼睛画：）睁
6、着眼睛画：人脑控制手画眼睛，在此过程中，眼睛可以把手的人脑控制手画眼睛，在此过程中，眼睛可以把手的位置及画的效果及时位置及画的效果及时反馈反馈给大脑，使得大脑准确精细的给大脑，使得大脑准确精细的控制手去画好眼睛。控制过程中有控制手去画好眼睛。控制过程中有反馈环节反馈环节可以把可以把控制控制结果反馈给人脑结果反馈给人脑，控制流向形成了闭合回路控制流向形成了闭合回路，这是，这是闭环闭环控制系统。控制系统。3、什么是反馈？、什么是反馈？控制系统中，将输出量通过适当的控制系统中，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检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程就是行比较的过程就是反馈（反馈
7、（feedbackfeedback）。）。马上行动马上行动:事例事例输入量输入量检测装置检测装置输出量输出量花房恒温自花房恒温自动控制动控制设定的温度设定的温度温度检测装置温度检测装置射击射击靶心的位置靶心的位置眼睛眼睛子弹射击位置子弹射击位置花房的温度花房的温度闭环控制系统的闭环控制系统的核心核心是是通过反馈来减少被控量（输出通过反馈来减少被控量（输出量）的偏差量）的偏差。所以一个闭环控制系统，能够克服外界干。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。扰，使被控量控制在给定值附近。被控对被控对象象给定值给定值给定值给定值被控量被控量被控量被控量干扰干扰干扰干扰反馈环节
8、反馈环节控制器控制器执行器执行器比较器比较器闭环控制系统的工作过程闭环控制系统的工作过程干扰干扰干扰干扰干扰干扰干扰干扰干扰干扰干扰干扰浮球浮球控制器控制器阀门阀门水箱水箱预设预设水位水位进水量进水量比较器比较器供水水箱的水位自动控制系统供水水箱的水位自动控制系统水位水位热电偶热电偶控制器控制器加热器加热器加热炉加热炉设定温度设定温度 比较器比较器加热炉的温度自动控制系统加热炉的温度自动控制系统热量热量闭环控制系统与开环控制系统的比较闭环控制系统与开环控制系统的比较闭环控制：闭环控制：反馈控制，偏差控制，可以抑制内、外扰动对被控量产生的影响;精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。开环控制：开环控制
9、：单向作用，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。闭环控制系统与开环控制系统的比较闭环控制系统与开环控制系统的比较系统系统开环控制系统开环控制系统闭环控制系统闭环控制系统能否自动能否自动调节补偿调节补偿控制精度控制精度结结 构构适用场合适用场合否否低低高高是是简单简单复杂复杂精度要求低、稳定精度要求低、稳定 精度要求高、高可靠性精度要求高、高可靠性4、反馈方法：、反馈方法：利用反馈来分析和处理被控利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系
10、统沿着预期系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法，的目标运行的方法，称为反馈称为反馈方法。方法。1 1）功能模拟方法）功能模拟方法 以功能和行为的相似性为基础，用以功能和行为的相似性为基础，用“模型模型”模模拟拟“原型原型”的功能和行为，就是的功能和行为，就是功能模拟法功能模拟法功能模拟法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，控控制器代替人脑制器代替人脑实现了温度控制的功能，执行器代替人手执行器代替人手实现了调压的功能，检测装置代替了人眼检测装置代替了人眼实现了检测温度值的功能。历史上曾经有过能模拟人历史上曾经有过能模拟人的动作行为的各种模型，却没的动作行为的各种模
11、型，却没有解决从结构上模拟人的大脑有解决从结构上模拟人的大脑进行思考的问题，因为人的大进行思考的问题，因为人的大脑太复杂了。在没有彻底弄清脑太复杂了。在没有彻底弄清人脑内部结构和机理的情况下，人脑内部结构和机理的情况下，必须另辟一条新的模拟途径，这条途径必须另辟一条新的模拟途径，这条途径不要求从结构不要求从结构不要求从结构不要求从结构上去模拟人脑上去模拟人脑上去模拟人脑上去模拟人脑，而是，而是只要求模型在功能行为上与人脑只要求模型在功能行为上与人脑只要求模型在功能行为上与人脑只要求模型在功能行为上与人脑相似相似相似相似。也就是，仅仅根据模型和人脑在功能行为上的。也就是，仅仅根据模型和人脑在功能
12、行为上的相似，实现对相似，实现对人脑的模拟。人脑的模拟。对人脑的模拟 例如：在国际象棋的人机对弈中，计算机具有与人脑类似的逻辑判断例如：在国际象棋的人机对弈中，计算机具有与人脑类似的逻辑判断功能，能模拟棋手的思维与人下棋。功能，能模拟棋手的思维与人下棋。据俄罗斯据俄罗斯莫斯科时报莫斯科时报6 6月月1010日报道，日报道，俄罗斯总统的首席经济顾问达瓦科维奇俄罗斯总统的首席经济顾问达瓦科维奇9 9日日晚上战平国际象棋机器人，比赛结果为晚上战平国际象棋机器人，比赛结果为1 1胜胜1 1负。负。达瓦科维奇同时也是俄罗斯国际象达瓦科维奇同时也是俄罗斯国际象棋协会主席，他承认这是他第一次有勇气棋协会主席
13、，他承认这是他第一次有勇气和机器人比赛。参赛机器人是俄罗斯工程和机器人比赛。参赛机器人是俄罗斯工程师用最先进的技术制作的，它能用一只长师用最先进的技术制作的，它能用一只长约约1 1米的手臂移动象棋，并同时与米的手臂移动象棋，并同时与3 3个人比个人比赛。设计师很自信地说，从理论上来说它赛。设计师很自信地说，从理论上来说它是无法被击败的。是无法被击败的。这次机器人同时与达瓦科维奇、国这次机器人同时与达瓦科维奇、国际象棋大师伊戈尔和际象棋大师伊戈尔和7 7岁的象棋女神童阿琳岁的象棋女神童阿琳娜一起下娜一起下5 5分钟的快棋赛。达瓦科维奇赛前分钟的快棋赛。达瓦科维奇赛前和现场的观众及记者说：和现场的
14、观众及记者说：”这个机器看起这个机器看起来不像人类，但棋下得比人好。来不像人类，但棋下得比人好。”2 2）黑箱方法）黑箱方法 通过对系统的输入与输出的关系输入与输出的关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能系统内部结构及其功能的方法。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”挑西瓜列举黑箱方法应用的例子，并填写下表。列举黑箱方法应用的例子，并填写下表。黑箱方法应用的例黑箱方法应用的例子子输输 入入输输 出出需要了解的需要了解的情况情况马上行动：马上行动：判断生熟鸡蛋判断生熟鸡蛋摇、转、看摇、转、看生或熟生或熟旋转速度旋转速度中医诊断病情中医诊断病情望、闻
15、、问、切望、闻、问、切是否健康是否健康气色、舌苔、气色、舌苔、脉搏等脉搏等B B超探测胎儿性别超探测胎儿性别B B型超声波型超声波超声图象超声图象胎儿性别胎儿性别了解计算机的了解计算机的基本性能基本性能 运行应用运行应用程序程序 计算机的计算机的反应反应 计算机基本计算机基本性能的好坏性能的好坏 1 1、干扰的概念、干扰的概念 2 2、克服干扰的基本方法、克服干扰的基本方法 3 3、反馈、反馈 4 4、功能模拟法、功能模拟法 5 5、黑箱方法、黑箱方法 小小 结：结：练一练：练一练：某花农正在筹建一个小型花房，花房的温度冬季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一般控制在1818左右，夏季一般控制在左右，夏季一般控制在2525左右。请左右。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。作过程。给定量给定量控制器控制器温度调温度调控系统控系统花房花房花房内温度花房内温度检测装置检测装置（反馈）（反馈）干扰干扰比较器比较器