技术与设计2第四单元

在送乘飞机出行时，为什么不能 说祝你一路顺风?每天上学骑自行车的感受？乘 车的感受等？

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干扰因素这节课我们就研究研究闭环 控制系统的干扰与反馈。

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第四单元 第三节

控制与设计

闭环控制系统的干扰与反馈

长安一中

蒋建波

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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(interference)因素。

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案例一：逆风中骑自行车。脚踩的力给定量

自行车

行使的速度被控量

风 逆风、顺风、上坡路……

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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。

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扩展讨论： 生活中还有哪些例子说明“闭 环控制系统的干扰是存在的，是不 可避免的”?

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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。

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(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。

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(4)在冰箱外放一盆冷水。 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。

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思考：在下表所列控制系统中，可能 存在哪些干扰因素？控制系统自动扶梯的升降 控制系统

干扰因素扶梯承载的重力、电机输出电压的 波动、齿轮间的摩擦力等。

利用滑轮组提升 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。 重物的控制系统

蔬菜大棚的温度 控制

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。

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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。

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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

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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。

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(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)。

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(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。

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(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。

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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？

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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。

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二)反馈 1.什么是反馈(feedback)? 案例引入p110:投篮的工作过程 (1)请判断以上过程是开环，还 是闭环控制？

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(2)如果有风，请判断风可能对投 篮产生的影响，许宁可以怎样克服这 些影响？考虑可能的风向，及其影响。 顺向风： 许宁应减小投掷力量。 逆向风： 应增大投掷力量。 侧向风： 改变投掷角度。 在上例中：如果没有眼睛的观察和 检测，投篮的反馈就无法形成。

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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)。