資源簡介

(共35張PPT)
干擾因素
反饋
功能模擬方法
黑箱方法
3、熟悉閉環控制系統的工作過程
4、了解功能模擬方法和黑箱方法在控制系統中的應用
2、熟悉閉環控制系統中反饋環節的作用。
1、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。
第三節 閉環控制系統中的干擾與反饋
　　西安警方摧毀一用高科技手段
作案的犯罪團伙。這個盜竊團伙在
西安盜竊機動車價值達300余萬元。
據交代，作案用的“干擾器”是花了
5000元買回來的。這種干擾器使用
很簡單，當車主遙控鎖門時，對著
汽車按住干擾器按鈕，干擾器就會
發射一種電磁波，干擾遙控鑰匙的
電子信號，使車門無法上鎖。
事件一：
出現雜色的線
說說你知道的干擾現象
家用壓力鍋在使用過程中，如果操作不當，會發生爆炸。
因為在壓力鍋控制系統中存在著相應的干擾，這些干擾
會影響正常的使用，例如，出氣孔堵塞。
航空公司在飛機飛行過程中對乘客有哪些規定
不能使用電子設備，更不能撥打和接聽手機。
【補充材料】在飛機上，使用電子裝置會干擾飛機的通信、
導航、操縱系統．會干擾飛機與地面的無線電信號聯系尤其在飛機起飛和降落時干擾更大．即使這些干擾只造
成飛機很小角度的航向偏離，也可能導致機毀人亡的后果。所以這是威脅飛行安全的“殺手” 。
以手機為例。
手機不僅在撥打過程中會發射電磁波信號，在待機狀態下也不停地和地面基站聯系。雖然每次發射信號的時間很短，但具有很強的連續性。
飛機在平穩飛行時，距地面6000～12000m，此時手機根本接收不到信號，但在起飛和降落過程中，手機可能與地面基站取得聯系，在這時開啟或使用手機對飛機的導航系統干擾最嚴重。例如1999年7月11日，某航班準備在廣州白云機場降落時，出現了約80的航道偏離現象機長發現這一情況后，立即通知乘務員檢查客艙。結果發現有四五位旅客正在使用移動電話。在乘務員上前制止后。飛機才在著陸前恢復了正常航道。因此，在飛機上不能使用手機及其他電子類產品。
“空調溫度控制系統”中，空調房間的門窗，對控制系統有什么影響
會影響室內溫度，起干擾作用。但空調溫度控制系統是一個閉環控制系統，可自動調控溫度的變化。
1、干擾因素
通俗地講：干擾就是對控制系統的行為造
　　　　　成影響的有害的信號及擾動。　
　在控制系統中，除輸入量（給定的值）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境造成的，如影響自行車行駛速度的變化的自然風等；
有的干擾因素是人為原因所致，如影響飛機導航信號的手機信號等。
控制系統中，干擾因素可能有一個，也可能有若干個。如戰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，使被控量穩定。空調器的溫度控制系統是閉環控制系統，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？
馬上行動：P108
⑴開電冰箱門； ⑵電冰箱所在房間的溫度從20℃變到32℃； ⑶把熱菜或熱飯放入電冰箱中； ⑷在電冰箱外放一盆冷水。
是
是
是
非
思考 P109
說說下列控制系統中，可能存在哪些干擾因素，如何克服？
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
自動扶梯的承載量，電梯輸入電壓的波動
大棚外的環境溫度變化，大棚保溫材料的保溫性能發生改變
滑輪組的摩擦力
我們在上課學習的過程中，會受到哪些因素的干擾呢？
走廊里的腳步聲、小食品的氣味等
校外汽車的喇叭聲、夏天34℃ 高溫等
環境干擾因素：
人為干擾因素：
科學實驗證明，如果人長時間處在沒有聲音，沒有外界環境的干擾，人聽覺會失常，饑渴，并可能造成人的失語狀態，甚至會讓人發瘋，就像噪音能讓人發狂一樣。
干擾的利用
信息戰中，利用電磁波對敵方信息系統進行干擾
利用基因干擾療法治療頑固疾病
思考：如果沒有干擾，行不行？
信息戰中，利用電磁波對敵方信息系統進行干擾
利用基因干擾療法治療頑固疾病
找出干擾源，
切斷干擾
但在一般的控制系統中，我們還是要想辦法克服干擾
克服干擾的基本方法：
1、消除干擾
2、減弱干擾
飛機導航系統
手機信號
GPS信號
航線
X
電視信號傳輸過程中往往采用鐵殼屏蔽的分支器
3、我們也可以加強控制系統的性能來提高抗干擾能力。
比較常用的就是在控制系統中引入反饋。
反饋
在自動控制系統中，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（feedback）。
什么是反饋
案例分析：投籃
投籃的工作過程的描述：
圈的位置
＋
大腦
手
圈圈
圈實際投
擲的位置
眼睛
－
反饋使工作過程形成閉環：
檢測
比較
運算
操作
檢測
如此反復
反饋方法：
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。
馬上行動:P111
事例 輸入 檢測裝置 輸出
花房恒溫自動控制
設定的溫度
　溫度檢測裝置
　射擊
靶心的位置
　眼睛
子彈擊中靶心
線與針孔對準
練一練：
控制
現象 輸入量 控制器 執行器 被控
對象 輸出量 檢測
裝置
人投
飛鏢
抽水馬
桶水箱
自動供
水過程
靶中心
位置
大腦
手
飛鏢
飛鏢投的實際位置
眼睛
設定的
水位
閥門
水箱
實際水位
浮球或
液位傳感器
機械控制部件
人投飛鏢的控制過程
靶心的
位置
大腦
手
飛鏢
飛鏢的
實際位置
眼睛
比較器
設定的
水位
機械控
制部件
閥門
水箱中
的水
實際水位
浮球或
液位傳感器
比較器
抽水馬桶水位自動控制系統工作過程
干擾
閉環控制系統的工作過程
核心：通過反饋來減少被控量(輸出量)的偏差，使
被控量控制在給定值的附近 。
檢測裝置
比較器
給定量
（輸入）
控制器
執行器
被控對象
被控量
（輸出）
干擾
要求（特點）： 1、輸出端與輸入端之間存在反饋回路；
2、輸出量對控制過程產生影響；
閉環系統的工作過程:
案例分析：供水水箱的水位自動控制系統
目的：使水箱中的水位保持在給定的高度。
給定量
＋
控制器
閥門
水箱
水箱的水位
檢測裝置
（反饋）
－
干擾
比較器
案例分析：加熱爐的溫度自動控制系統
給定量
＋
控制器
加熱器
加熱爐
爐內溫度
檢測裝置
（反饋）
－
干擾
比較器
思考：在加熱爐的溫度控制系統中，可能有哪些干擾因素，系統是如何克服干擾使爐溫穩定在給定范圍內的？
１、干擾因素：加熱爐外的環境溫度、加熱器電壓的波動等
２、通過檢測，比較，控制來克服干擾。
就開環控制系統和閉環控制系統的區別與聯系，設計一個圖表。
馬上行動：P114
開環控制系統 閉環控制系統
能否自動調整和補償 不能 能
控制精度 比較低 高
結 構 簡單 相對復雜
成 本 較低 較高
適用場合 控制精度要求不高而系統本身的元件又比較穩定的場合 要求高精度和高可靠性的場合
比較加熱爐溫度自動控制系 統與手動控制系統，我們發現，控制器代替人腦實現了溫度控制的功能，執行器代替人手實現了調壓的功能，檢測裝置代替了人眼實現了檢測溫度值的功能。
這種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。
功能模擬方法
左圖是加熱爐溫度手動控制系統示意圖。
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，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。
例如：在國際象棋的人機對弈中，計算機具有與人腦類似的邏輯判斷功能，能模擬棋手的思維與人下棋。
對人腦的模擬
在第二次世界大戰中，英美等國為了打破德國法西斯的空中優勢，集中了一批優秀的科學家和工程師，研究如何使高炮更有效的擊落敵機。根據實戰的需要，要求設計一種具有控制功能的告訴計算機，它可以根據外界的各種情況，控制高炮按照預測的位置發射炮彈，使炮彈與飛機正好在空中的某一點相遇。
參加研究的美國科學家挨維納聯想起人與機器在控制自己的行為和動作上存在相似性和共同之處，進行了艱苦的努力和探索，突破了傳統思維的束縛，揭示了機器中的通信和控制機能與人的神經、感覺機能的共同規律，提出了功能模擬的方法，并在此基礎上創立了控制論，為現代科學技術研究提供了嶄新的科學方法。
功能模擬方法的提出
閱讀：P115
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。
西瓜
看、聽、拍
生或熟
控制系統
系統的輸入
系統的輸出
例如，通過輸入圖像、電或聲音信號，觀測、分析腦電波的輸出反應，研究人腦對視覺或聽覺信息的傳遞、變換和處理功能，得知人腦內部結構的細節，就是黑箱方法的運用。
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。黑箱方法提供了一種不必打開黑箱就可以研究其內部結構和功能的方法。
　　　生雞蛋里的蛋黃和蛋白是液體，當我們轉動雞蛋后，蛋殼開始旋轉，而雞蛋里面的液體由于慣性的作用，要保持原來的靜止狀態，所以生雞蛋旋轉起來比較慢。因此旋轉快的是熟雞蛋，旋轉慢的是生雞蛋。
搖、轉、看
系統的輸入
雞蛋
黑箱
生或熟
系統的輸出
案例：根據旋轉速度怎樣判斷生熟雞蛋？
　　　中醫中的“以象測臟”的方法就是原始的黑箱方法。象就是輸入＼輸出的信息；臟就是人體黑箱內部的規律性聯系。
　　　中醫看病主要通過“望、聞、問、切”等外部觀察作出診斷，開方抓藥，有時遇到疑難雜癥沒有把握時，可以先投以試探性的藥物，觀察病人的反應，并隨時增減藥物，觀其療效，一旦抓住病癥就大膽對癥下藥。這種從人體的輸入特征入手，實施“辯證論治”的方法正是黑箱方法的精髓所在。其中人的氣色、舌苔、脈搏等等都是人體內部付出的信息則人體是否健康的反映。
　　 中醫應用黑箱方法推導人體內部規律時，主要采用了演繹推理和類比推理。
案例： 中醫中黑箱方法的運用
列舉黑箱方法應用的例子，并填寫下表。
黑箱方法應用的例子 輸 入 輸 出 需要了解的情況
馬上行動：P116
判斷生熟雞蛋
搖、轉、看
生或熟
旋轉速度
中醫診斷病情
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
運行應用程序
計算機的反應
計算機基本性能的好壞
小 結：
1、干擾的概念
2、克服干擾的基本方法
3、反饋
4、功能模擬法
5、黑箱方法
練一練：
　　某花農正在籌建一個小型花房，花房的溫度冬季
一般控制在18℃左右，夏季一般控制在25℃左右。請
畫出花房的溫度控制系統的方框圖，簡要說明它的工
作過程。
給定量
＋
控制器
溫度調
控系統
花房
花房內溫度
檢測裝置
（反饋）
－
干擾
比較器

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