4·3-4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.課件

4·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.4·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.4·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.第四章控制與設(shè)計(jì)第三節(jié)簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.555第三節(jié)簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念p119控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)的一個(gè)特例，所以我們在前面學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)基本原則仍然適用。第一步：確定控制的目的。

例如速度控制系統(tǒng)時(shí)為了達(dá)到一個(gè)理想的速度；溫度控制系統(tǒng)是為了獲得一個(gè)合適的溫度等第二步：確定系統(tǒng)的被控量，即控制系統(tǒng)要控制什么？

一般情況系統(tǒng)的控制目的就是這個(gè)系統(tǒng)的被控量，如速度控制系統(tǒng)的被控量就是速度。4·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.666第三步：擬定設(shè)計(jì)規(guī)范，以明確系統(tǒng)被控量應(yīng)達(dá)到的精度指標(biāo)。如速度要多快、溫度要多高，允許的誤差是多少等。第四步：選定控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

我們知道控制系統(tǒng)有開環(huán)和閉環(huán)之分，系統(tǒng)的指標(biāo)（如控制的精度、造價(jià)等）將指導(dǎo)我們選擇控制系統(tǒng)的類型及閉環(huán)控制系統(tǒng)中對反饋環(huán)節(jié)的要求。

系統(tǒng)的執(zhí)行器一般在這時(shí)選定。被控對象確定后，就應(yīng)該選擇能有效調(diào)節(jié)被控對象工作的裝置作為執(zhí)行器。第五步：建立系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的模型。

大型、復(fù)雜控制系統(tǒng)的分析和仿真都依賴于模型的建立。4·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.777第六步：確定待調(diào)參數(shù)。

不管是對模型進(jìn)行仿真還是進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)際實(shí)驗(yàn)，我們都要指出最能影響系統(tǒng)性能的一些參數(shù)作為仿真或?qū)嶒?yàn)時(shí)觀察、調(diào)整的對象，通過對它們的調(diào)整，使系統(tǒng)達(dá)到最佳的性能。最后一步：分析、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的性能。

如果通過調(diào)節(jié)待調(diào)參數(shù)系統(tǒng)達(dá)到了期望的性能，設(shè)計(jì)工作就告結(jié)束。否則，就要修改設(shè)計(jì)，包括改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)甚至放寬指標(biāo)要求等。4·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.888※

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本過程：確定控制目的確定被控量擬定控制要求（設(shè)計(jì)指標(biāo)）確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建立控制器、被控對象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋環(huán)節(jié)的模型確定待調(diào)參數(shù)分析、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)性能若滿足規(guī)范要求，設(shè)計(jì)工作結(jié)束。若性能不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，重新確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、部件性能等指標(biāo)4·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.999二、設(shè)計(jì)實(shí)例（一）明確設(shè)計(jì)目的

在很多大型運(yùn)動場的周邊，我們會經(jīng)?？吹綍〞r(shí)翻轉(zhuǎn)的廣告牌（如圖4-27）?，F(xiàn)在，來設(shè)計(jì)一個(gè)會翻轉(zhuǎn)的廣告牌。4·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.10（二）確定被控量及設(shè)計(jì)指標(biāo)（三）確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)104·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.11（四）選擇實(shí)現(xiàn)方法114·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.12（五）部件模型及主要參數(shù)的確定（六）驗(yàn)證、完成你的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能做到：（1）用計(jì)算機(jī)繪制各部分的原理及安裝圖。（2）設(shè)計(jì)系統(tǒng)制作的工作流程。（3）協(xié)同工作，共同完成整個(gè)設(shè)計(jì)。124·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.13（七）評估你的設(shè)計(jì)

當(dāng)你完成設(shè)計(jì)后，它是否達(dá)到了你的預(yù)期目的，你可能要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行評估：1、系統(tǒng)是否安全、可靠？能否按設(shè)計(jì)的要求工作？2、其他人對你的設(shè)計(jì)有什么看法？3、整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)是多少？4、如果你有更多的時(shí)間，你將會對設(shè)計(jì)做哪些改進(jìn)？5、為你的設(shè)計(jì)寫一份使用說明書。134·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.14第三節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的過程

小結(jié)：一、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念。

二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的過程。

第一步：確定控制的目的。

第二步：確定系統(tǒng)的被控量，即控制系統(tǒng)要控制什么？

第三步：擬定設(shè)計(jì)規(guī)范，一明確系統(tǒng)被控量應(yīng)達(dá)到的精度指標(biāo)。

第四步：選定控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

第五步：建立系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的模型。

第六步：確定待調(diào)參數(shù)。

最后一步：分析、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的性能。4·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.15一、干擾對控制功能的影響p125

在日常生活中，干擾是時(shí)常存在的。例如，人在逆風(fēng)中騎自行車，逆風(fēng)對自行車的速度構(gòu)成干擾，要保持速度不變，人就需要用力蹬車，以克服這一干擾.自行車風(fēng)應(yīng)保持的速度行車速度第四節(jié)

控制中的干擾154·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.16在控制系統(tǒng)中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素成為干擾因素

有的干擾因素是由于環(huán)境造成的，如影響自行車行駛速度的變化的自然風(fēng)、雨水等；有的干擾因素是人為原因所致，如影響飛機(jī)導(dǎo)航信號的手機(jī)信號等。16要點(diǎn)：系統(tǒng)行為、被控量量值變化；引起變化的各種因素。4·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.17

控制系統(tǒng)中，干擾因素可能有一個(gè)，也可能有若干個(gè)。如戰(zhàn)士在大風(fēng)大雨中進(jìn)行射擊練習(xí)，風(fēng)和雨都是子彈命中準(zhǔn)確度的干擾因素。

控制系統(tǒng)在工作過程中必須克服干擾，使被控量穩(wěn)定。空調(diào)器的溫度控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，它能克服室外溫度變化這一干擾，當(dāng)室外溫度升高時(shí)，空調(diào)器監(jiān)測出干擾引起的室內(nèi)溫度變化，通過啟動壓縮機(jī)降溫來克服這一干擾，使室溫保持穩(wěn)定。174·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.1818

在大海中航行的輪船，由于波浪的影響會產(chǎn)生晃動（如圖4-44）。據(jù)資料介紹，如果不采取措施，即使在正常的海浪下，搖晃的幅度也可高達(dá)18°。波浪的影響就是作用在船上的干擾。

軋鋼廠的軋輥機(jī)的速度控制系統(tǒng)，如圖4-45所示，當(dāng)鋼板通過軋輥機(jī)時(shí)，將產(chǎn)生巨大的負(fù)載變化或干擾，使軋輥的速度變慢。4·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.19思考在下表所列控制系統(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載人的多少摩擦力，重物的質(zhì)量外界溫度194·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.20

電視機(jī)有時(shí)在正常工作時(shí)，突然出現(xiàn)圖像閃爍厲害或畫面紊亂等情況，這是由于它受到外界磁場干擾所導(dǎo)致的現(xiàn)象。如果在電視機(jī)周圍放置一臺電冰箱，當(dāng)電冰箱啟動工作時(shí)，會形成一定范圍的磁場，將對電視機(jī)的圖像造成干擾，使其畫面紊亂。又如，空調(diào)器在工作時(shí)也會向周圍空間發(fā)射大量的電磁波，如果電視機(jī)與空調(diào)器的距離很近，電磁波將對電視機(jī)圖像造成干擾。此外，電風(fēng)扇、日光燈等電器也會對電視機(jī)產(chǎn)生不同程度的磁場干擾，從而導(dǎo)致電視機(jī)的圖像出現(xiàn)抖動，波紋等現(xiàn)象。

案例分析

電視機(jī)最忌磁場干擾，這些近距離的家用電器所形成的磁場，就是電視機(jī)正常工作時(shí)的干擾因素。克服這些干擾因素的辦法就是將家用電器遠(yuǎn)離電視機(jī)放置。204·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.21

在一般控制系統(tǒng)中，干擾因素是需要克服的。而在有些情況下，卻可以利用干擾因素實(shí)現(xiàn)某種目的。如在軍事演習(xí)中，紅方利用一定頻率的電磁波對藍(lán)方的信息指揮系統(tǒng)進(jìn)行干擾，使之不能正常工作。但在生產(chǎn)生活中，我們需要以謹(jǐn)慎、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對待干擾因素的利用。214·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.22（2）舉出一些由于干擾而使控制系統(tǒng)受到影響的例子。思考與分析（1）在出現(xiàn)干擾的情況下，開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)哪種受干擾的影響小？為什么？答案：閉環(huán)控制系統(tǒng)受影響較小，因?yàn)殚]環(huán)控制系統(tǒng)能不斷修正控制效果。答案：雨天交通病毒攻擊手機(jī)干擾飛機(jī)恭喜答對了！4·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.2323二、克服干擾的基本方法p126

就干擾的性質(zhì)來說，有些干擾是可以避免的，而有些干擾是不可以避免的。例如：風(fēng)對飛行中的飛機(jī)、導(dǎo)彈的干擾是不可避免的。對于這類干擾，我們只能在提高控制系統(tǒng)的性能上多下功夫。

對于有些干擾，可以采取消除、減弱的辦法。如在室內(nèi)進(jìn)行投擲飛鏢活動，就可消除或減弱風(fēng)對飛鏢飛行的干擾。

一些化學(xué)反應(yīng)容易受到溫度變化的影響，我們可以使它們在恒溫環(huán)境中進(jìn)行。4·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.243、提高控制系統(tǒng)性能克服干擾的基本方法：就是要分析干擾的性質(zhì)，然后對癥下藥。1、消除干擾2、減弱干擾4·3—4·4控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾.25第四節(jié)小結(jié)一