資源簡介

(共14張PPT)
三 閉環(huán)控制系統
的干擾和反饋
學習目標
能結合案例找出影響簡單控制系統運行的主要干擾因素，并作分析。
熟悉閉環(huán)控制系統中反饋環(huán)節(jié)的作用。
熟悉閉環(huán)控制系統的工作過程。
了解功能模擬方法和黑箱方法在控制系統中的應用。
1 干擾因素
在日常生活中，干擾是時常存在的。例如，人在逆風中騎自行車，逆風對自行車的速度構成干擾，要保持速度不變，人就需要用力蹬車，以克服這一干擾；在飛機飛行過程中，手機信號對導航信號構成干擾，直接影響飛行安全，所以乘客必須關閉手機。
在控制系統中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素稱為干擾因素。
有的干擾因素是由于環(huán)境造成的，有的干擾因素是人為原因所致。
控制系統中，干擾因素可能有一個，也可能有若干個。如戰(zhàn)士在大風大雨中進行射擊練習，風和雨都是子彈命中準確度的干擾因素。
控制系統在工作過程中必須克服干擾，使被控量穩(wěn)定。空調器的溫度控制系統是閉環(huán)控制系統，它能克服室外溫度變化這一干擾，當室外溫度升高時，空調器監(jiān)測出干擾引起的室內溫度變化，通過啟動壓縮機降溫來克服這一干擾，使室溫保持穩(wěn)定。
在電冰箱的溫度控制系統中，下列情況是否屬于影響其溫度控制的干擾因素？
控制系統 干擾因素
自動扶梯的升降控制系統
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、電機輸入電壓的波動等
重物的重量、滑輪組的摩擦力等
大棚外的環(huán)境溫度變化、大棚保溫材料的保溫性能改變等
電視機
在一般控制系統中，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現某種目的。如在軍事演習中，紅方利用一定頻率的電磁波對藍方的信息指揮系統進行干擾，使之不能正常工作。但在生產生活中，我們需要以謹慎、嚴謹的態(tài)度對待干擾因素的利用。
生活中哪些干擾因素是可以利用的？如何進行利用？
如何看待控制系統中的干擾因素，請進行一下辯論。
正方：干擾因素都是需要克服的。
反方：干擾因素有時也可以被利用。
問題思考：
在控制系統中怎么克服或利用干擾因素？
需要通過什么過程來克服或利用？
2 反饋
控制系統中，將輸出量通過適當的檢測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋。
投籃
×
控制器（大腦）
執(zhí)行器（手）
被控對象（籃球）
籃球實際投擲的位置
監(jiān)測裝置（眼睛）
籃圈的位置
+
-
（1）什么是反饋
人在駕車時，要使運行中的騎車保持40km/h的速度不變，司機需要目視速度計（監(jiān)測裝置），然后與給定值（40km/h）進行比較、運算，若與給定值有偏差，就通過調節(jié)加速器或制動器（即踩油門或踩剎車）來增減速度。因此，反饋使駕駛工作過程形成了一個閉環(huán)：檢測－－比較－－運算－－操作－－監(jiān)測，如此反復，直到被控量的值與給定值一致為止。
利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統的輸出來調整系統的行為，使系統沿著預期的目標運行的方法，稱為反饋方法。
自
動
電
水
壺
分析“穿針引線”的動作過程，并補充一個適當的事例填寫下表。
事 例 輸 入 檢測裝置 輸 出
“穿針引線”
線的位置
人的眼睛
線與針孔對準
能撲滅蠟燭
的機器人
打開機器
人的開關
光敏、力敏
傳感器
找到蠟燭，
并將其撲滅
視力保護提醒器報警試驗
試驗目的：
試驗準備：
試驗過程：
試驗總結：
從反饋來看，閉環(huán)控制系統就是指在系統的輸出端與輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過程產生影響的控制系統。閉環(huán)控制系統的核心是通過反饋來減少被控量（輸出量）的偏差。
由于某種干擾因素的存在，系統的被控量偏離給定值時，閉環(huán)控制系統中的反饋環(huán)節(jié)能及時檢測出被控量的值，并迅速反饋到輸入端，與給定值進行比較，控制器根據比較得到的偏差信號進行調節(jié)，從而使系統的被控量接近給定值，達到精確控制的目的。所以，一個閉環(huán)控制系統，能夠克服外界干擾，使被控量控制在給定值附近。
（2）閉環(huán)控制系統的工作過程
供水水箱的水位自動控制系統
加熱爐的溫度自動控制系統
（3）閉環(huán)控制系統與開環(huán)控制系統的比較
優(yōu)、特點 抗干擾因
素的能力 適用場合
開環(huán)
控制系統
閉環(huán)
控制系統
結構簡單，但控制精確度相對比較低
控制精度高,但設計較麻煩，結構較復雜，成本較高
較弱，沒有自動糾正的能力
較強，能對被控量的偏差進行調整和補償
控制精度要求不高而系統本身的元件又比較穩(wěn)定的場合
要求高精度和高可靠性的場合
3 功能模擬方法
以功能和行為的相似性為基礎，用“模型”模擬“原型”的功能和行為的方法，就是功能模擬法。
模擬醫(yī)院
歷史上曾經有過能模擬人的動作行為的各種模型，卻沒有解決從結構上模擬人的大腦進行思考的問題，因為人的大腦太復雜了。在沒有徹底弄清人腦內部結構和機理的情況下，必須另辟一條新的模擬途徑，這條途徑不要求從結構上去模擬人腦，而是只要求模型在功能行為上與人腦相似。也就是說，僅僅根據模型和人腦在功能行為上的相似，實現對人腦的模擬。
功能模擬方法的提出
功能模擬方法對技術設計有何意義？
4 黑箱方法
在生活中，有時我們需要認識的對象的內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和輸出的關系來推測其內部的特性和功能。例如，中醫(yī)看病通過“望、聞、問、切”來了解病人的病況，最后對病情作出判斷；夏天買西瓜，可以通過“看瓜形、看瓜色、聽瓜聲、測彈性”來判斷西瓜的成熟。這些事例都沒有打開事物直接觀看內部結構，而是通過觀察外部或試驗等方法來認識事物的。
這種把將要研究的系統作為黑箱，通過對系統輸入與輸出關系的研究，進而推斷出系統內部結構及其功能的方法，就是黑箱方法。
黑箱方法就是通過觀測黑箱外部輸入信息（外部對黑箱的影響）和輸出信息（黑箱對外界的反應），研究和認識其功能、特性、結構、機理。
列舉黑箱方法應用的例子
P116練習1、2、3荷蘭國際象棋人機對抗賽
艾爾文與Zap!Chess戰(zhàn)平
http:// 2007年03月09日17:52 新浪體育
　　新浪體育訊　在美國新澤西人機對抗賽進行的同時，在荷蘭東南部城市馬斯特里希特也上演了一場人機大戰(zhàn)。比賽的雙方是22歲的荷蘭特級大師拉米-艾爾文和曾獲2005計算機國際象棋世錦賽冠軍的美國計算機程序Zap!Chess。
　　和新澤西人機大賽相同的是，這個比賽的條件也稍稍向人類傾斜。但不同的是，荷蘭人機大賽中，雙方的子力相同，但擁有的思考時間不同。計算機程序Zap!Chess只有30分鐘，而且在輪到人類走棋時，不允許進行“思考”。而荷蘭特級大師艾爾文則有四個半小時的思考時間(前兩小時走30步棋，后面兩小時再走30步棋。此后15分鐘包干，但每步棋加15秒)。
　　比賽在當地時間3月7日和8日舉行。在首盤棋中，執(zhí)白先行的Zap!Chess拿出了蘇格蘭開局。艾爾文選擇了較為穩(wěn)健的變化。對局前20回合，計算機一直稍占主動。此后，艾爾文兌象將局面帶入車兵殘局。Zap!Chess在殘局中表現得不是很好，艾爾文曾一度擁有勝機，但遺憾的是艾爾文也出現了失誤，沒能贏下來，雙方在第68回合戰(zhàn)平。
　　第二盤棋中，雙方走成了后翼棄兵布局。最終經過45回合在車馬兵殘局中下和。艾爾文賽后表示自己這盤棋開局走得不理想，中局也出現了失誤，但殘局階段表現得不錯，能夠取得和棋還是比較滿意的。
　　Zap!Chess曾在2005年計算機國際象棋世錦賽上以11戰(zhàn)10.5分獲得冠軍。窗體頂端窗體底端
但在2006年都靈舉行的計算機窗體底端
國際象棋 ( http: / / www. / n k=%B9%FA%BC%CA%CF%F3%C6%E5" \o "國際象棋" \t "_blank )世錦賽則表現不佳。它的開發(fā)者今年又推出了新版本，據說比原版本等級分高出將近100分。據介紹，Zap!Chess沿用了當年“深藍”的“單步延伸”搜索算法，其戰(zhàn)術能力相當強。但局面對弈能力相對弱一些。
　　荷蘭特級大師艾爾文1985年出生，目前等級分為2594。為荷蘭的五號棋手。(塔爾）

展開更多......

收起↑