閉環(huán)控制系統(tǒng)的干擾與反饋素材

第四章限制與設(shè)計第三節(jié)閉環(huán)限制系統(tǒng)的干擾與反饋回顧上節(jié)內(nèi)容:任何一種限制的實現(xiàn)，都要通過若干個環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)就構(gòu)成了一個系統(tǒng)，稱為限制系統(tǒng)。控制器被控對象執(zhí)行器控制系統(tǒng)輸入輸出1.什么是限制系統(tǒng)？回顧上節(jié)內(nèi)容:2.什么是開環(huán)限制系統(tǒng)？限制系統(tǒng)的輸出量不對系統(tǒng)的限制產(chǎn)生任何影響，這種限制系統(tǒng)稱為開環(huán)限制系統(tǒng)輸入量輸出量控制器被控對象執(zhí)行器控制量X回顧上節(jié)內(nèi)容:系統(tǒng)的輸出量返回到輸入端并對限制過程產(chǎn)生影響的限制系統(tǒng)稱為閉環(huán)限制系統(tǒng)輸出量輸入量被控對象控制器執(zhí)行器控制量×檢測裝置比較器3.什么是閉環(huán)限制系統(tǒng)？干擾因素出現(xiàn)雜色的線干擾因素外界光線對投影效果的干擾干擾因素在限制系統(tǒng)中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變更的各種因素稱為干擾因素控制系統(tǒng)輸入量產(chǎn)生變化的輸出量一、什么是干擾（interference）？干擾因素干擾因素自行車應(yīng)保持的速度行車速度騎自行車時所受到的干擾風(fēng)、雪變更了的速度干擾因素機器人直線向前行進(jìn)障礙物保持直線行進(jìn)直線行進(jìn)機器人受到的干擾行進(jìn)方向的變更干擾因素飛機導(dǎo)航系統(tǒng)GPS信號在飛機上，我們能運用手機嗎？手機信號原始航線變更了的航線干擾因素電冰箱的溫度控制系統(tǒng)，下列情況是否屬于影響其溫度控制的干擾因素開電冰箱門

電冰箱所在房間的溫度從20度變到32度

把熱菜熱飯放入電冰箱中

在電冰箱外放一盆冷水

是是是否立刻行動干擾因素思索在下表所列限制系統(tǒng)中，可能存在哪些干擾因素？控制系統(tǒng)干擾因素自動扶梯的升降控制系統(tǒng)利用滑輪組提升重物的控制裝置蔬菜大棚的溫度控制扶梯承載的重量、電機輸出電壓的波動等滑輪組的摩擦力等棚外的溫度變更、保溫材料的保溫性能變更等干擾因素我們在上課學(xué)習(xí)的過程中，會受到哪些因素的干擾呢？走廊里的腳步聲、早自修包子的氣味等校外汽車的喇叭聲、夏天34℃高溫等環(huán)境干擾因素：人為干擾因素：干擾因素科學(xué)試驗證明，假如人長時間處在沒有聲音，沒有外界環(huán)境的干擾，人聽覺會失常，饑渴，并可能造成人的失語狀態(tài)，甚至?xí)屓税l(fā)瘋，就像噪音能讓人發(fā)狂一樣。思考：如果沒有干擾，行不行？思考干擾因素干擾的利用干擾的利用信息戰(zhàn)中，利用電磁波對敵方信息系統(tǒng)進(jìn)行干擾利用基因干擾療法治療頑固疾病干擾因素在一般限制系統(tǒng)中，干擾因素是須要克服的，而在有些狀況下，卻可以利用干擾因素實現(xiàn)某種目的。電子干擾戰(zhàn)干擾因素限制器執(zhí)行器被控對象給定值被控量干擾反饋環(huán)節(jié)限制器執(zhí)行器被控對象給定值被控量干擾比較器干擾對限制功能的影響干擾因素思索與分析在出現(xiàn)干擾的狀況下，開環(huán)限制系統(tǒng)和閉環(huán)限制系統(tǒng)哪種受干擾的影響小？為什么？閉環(huán)限制系統(tǒng)受影響較小，因為閉環(huán)限制系統(tǒng)能不斷修正限制效果。雨天交通病毒攻擊手機干擾飛機干擾因素綜合分析閉環(huán)限制系統(tǒng)比開環(huán)限制系統(tǒng)具有更好的抗干擾實力，那么是否都應(yīng)當(dāng)用閉環(huán)限制代替開環(huán)限制？是否接受閉環(huán)限制主要看對限制系統(tǒng)的要求（如成本、限制要求）。例子：空調(diào)和風(fēng)扇的運用選擇干擾因素克服的基本方法：電視信號傳輸過程中往往接受鐵殼屏蔽的分支器找出干擾源，切斷干擾1、消退干擾2、減弱干擾飛機導(dǎo)航系統(tǒng)手機信號GPS信號航線X干擾因素3.我們也可以加強限制系統(tǒng)的性能來提高抗干擾實力。比較常用的就是在限制系統(tǒng)中引入反饋?？刂葡到y(tǒng)控制器被控對象執(zhí)行器輸入輸出檢測裝置干擾的利用什么是反饋呢？克服的基本方法：反饋限制系統(tǒng)中，將輸出量通過適當(dāng)?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過程，就是反饋例如：投籃工作過程：給定量（籃圈的位置）控制器（大腦）執(zhí)行器（手）被控對象（籃球）+被控對象（籃球?qū)嶋H投擲的位置）檢測裝置（眼睛）-二、反饋的含義反饋二、反饋的含義反饋在我們限制系統(tǒng)中是普遍存在的，閉環(huán)限制中必定存在反饋思索：還有哪些限制系統(tǒng)中存在反饋？控制系統(tǒng)有無反饋定時紅綠燈無電飯煲恒溫溫室有有反饋立刻行動事例輸入檢測裝置輸出投擲飛鏢線的位置線與針孔對準(zhǔn)人的眼睛人的眼睛靶的位置(期望值)人的眼睛飛鏢實際投擲的位置籃圈的位置籃球?qū)嶋H投擲的位置投籃“穿針引線”花房恒溫自動限制設(shè)定的溫度溫度檢測裝置花房溫度反饋閉環(huán)限制系統(tǒng)的工作過程閉環(huán)限制系統(tǒng)是指在系統(tǒng)的輸出端與輸入端之間存在反饋回路，輸出量對限制過程產(chǎn)生影響的限制系統(tǒng)。閉環(huán)限制系統(tǒng)的核心是通過反饋來削減被控量（輸出量）的偏差。反饋案例分析：水位自動調(diào)整過程：水箱水箱中的水位給定水位電氣控制閥門水流量浮球比較器干擾①供水水箱的水位自動限制系統(tǒng)反饋案例分析：爐溫的調(diào)整過程：加熱爐爐內(nèi)溫度給定溫度微機控制加熱器熱量熱電偶比較器干擾②加熱爐的溫度自動限制系統(tǒng)反饋閉環(huán)限制系統(tǒng)的工作過程閉環(huán)限制系統(tǒng)的核心是通過反饋來削減被控量（輸出量）的偏差。所以一個閉環(huán)限制系統(tǒng)，能夠克服外界干擾，使被控量限制在給定值旁邊。反饋環(huán)節(jié)限制器執(zhí)行器被控對象給定值被控量干擾比較器總結(jié)：開環(huán)限制系統(tǒng)與閉環(huán)限制系統(tǒng)區(qū)分1、信號傳輸通道的差別：開環(huán)限制系統(tǒng)：只有正向傳輸通道，閉環(huán)限制系統(tǒng)：有正向通道和反饋通道。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的差別：開環(huán)限制系統(tǒng)：給定環(huán)節(jié)閉環(huán)限制系統(tǒng)：給定環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、檢測環(huán)節(jié)。3、限制方式的差別:開環(huán)限制系統(tǒng)：有偏差靠人工限制閉環(huán)限制系統(tǒng)：對被控對象進(jìn)行自動限制?？偨Y(jié)：閉環(huán)限制系統(tǒng)與開環(huán)限制系統(tǒng)的比較開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)能否自動調(diào)整和補償控制精度結(jié)構(gòu)適用場合不能能相對低高相對簡潔相對困難限制精度要求不高而系統(tǒng)本身的元件又比較穩(wěn)定的場合要求高精度和牢靠性的場合功能模擬方法功能模擬法：以功能和行為的相像性為基礎(chǔ)，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法。功能模擬方法以功能和行為的相像性為基礎(chǔ)，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法，就是功能模擬法。功能模擬方法是由美國數(shù)學(xué)家維納提出的，他揭示了機器中的通信和限制機能與人的神經(jīng)、感覺機能的共同規(guī)律。功能模擬法為仿生學(xué)、人工智能等學(xué)科供應(yīng)了科學(xué)方法。黑箱方法你是怎樣選擇西瓜的？西瓜看、聽、拍生或熟黑箱方法在生活中，有時我們須要相識對象的內(nèi)部無法打開或不便打開，這時，可以通過觀測和考察它的輸入與輸出的關(guān)系來推想其內(nèi)部的特性和功能。黑箱方法就是通過觀測黑箱外部輸入信息（外界對黑箱的影響）和輸出信息（黑箱對外界的反應(yīng)），以探討和相識其功能、特性、結(jié)構(gòu)、機理的科學(xué)方法。限制系統(tǒng)系統(tǒng)的輸入系統(tǒng)的輸出黑箱方法列舉黑箱方法應(yīng)用的例子，并填寫下表。黑箱方法應(yīng)用的例子輸入輸出需要了解的情況推斷生熟雞蛋搖、轉(zhuǎn)、看生或熟旋轉(zhuǎn)速度中醫(yī)診斷病情望、聞、問、切是否健康氣色、舌苔、脈搏等B超探測胎兒性別B型超聲波超聲圖象胎兒性別了解計算機的基本性能運行應(yīng)用程序計算機的反應(yīng)計算機基本性能的好壞黑箱方法黑箱方法便于探討那些既不能打開又不能從外部干脆視察其內(nèi)部狀態(tài)的系統(tǒng)；便于探討規(guī)模浩大，結(jié)構(gòu)困難，因素繁多，功能錯綜的系統(tǒng)。如生態(tài)系統(tǒng)，經(jīng)濟系統(tǒng)，社會系統(tǒng)等。黑箱方法從綜合的角度為人們供應(yīng)了一條相識事物的重要途徑。干擾因素：除輸入量（給定量）以外，引起被控量變更的各種因素干擾有壞處，也有好處。干擾來自環(huán)境，也可能來自人為；系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)都可能被干擾；開環(huán)、閉環(huán)系統(tǒng)都存在干擾。反饋：將輸出量通過適當(dāng)?shù)臋z測裝置返回到輸入端并與輸入量進(jìn)行比較的過程。閉環(huán)限制系統(tǒng)存在反饋，開環(huán)限制系統(tǒng)沒有反饋。閉環(huán)限制系統(tǒng)的工作過程閉環(huán)限制系統(tǒng)的核心閉環(huán)限制系統(tǒng)的核心是：通過反饋來削減被控量（輸出量）的偏差。一個閉環(huán)限制系統(tǒng)，能夠克服外界干擾，使限制量限制在給定值旁邊。功能模擬方法和黑箱方法：⑴功能模擬法：以功能和行為的相像性為基礎(chǔ)，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法。閉環(huán)限制系統(tǒng)設(shè)計就是一種功能模擬法，模擬人的限制功能。⑵黑箱方法：把系統(tǒng)看作黑箱，通過對系統(tǒng)輸入與輸出關(guān)系的探討，進(jìn)而推斷出系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能的方法。例如：醫(yī)學(xué)B超檢測。小結(jié)：（2011年3月浙江高考）監(jiān)控攝像系統(tǒng)（如圖所示）被廣泛用于記錄道路交通實時圖像信息。對于監(jiān)控攝像系統(tǒng)，下列環(huán)境因素中不屬于干擾因素的是（）A噪聲B濃霧C閃電D沙塵練習(xí)答案：A如圖所示是數(shù)控機床的位置限制系統(tǒng)示意圖。檢測裝置檢測機床工作臺的實際位移，并將該位移值傳輸給數(shù)控裝置與設(shè)定位移量進(jìn)行比較，數(shù)控裝置依據(jù)比較的偏差值限制伺服裝置運動，驅(qū)動機床工作臺到達(dá)指定的位置。（1）依據(jù)示意圖及其描述，在限制系統(tǒng)框圖中“▲”處填寫相應(yīng)的內(nèi)容。（2）實際位移量與設(shè)定位移量的比較是由▲完成的(從①檢測裝置；②數(shù)控裝置；③輸入裝置；④伺服裝置中選擇一項，將序號填在“▲”處)。練習(xí)設(shè)定位移值伺服裝置機床實際位移值②2011年9月浙江省高考檢測裝置（2012年3月浙江高考）下列方法中不屬于黑箱方法的是A、用儀器測試集成電路輸出信號推斷集成