資源簡介

(共16張PPT)
2023
第四節：控制中的干擾
學習目標
技術意識：知道控制在生產和生活中的廣泛應用，感受控制技術與生產、生活的密切聯系。
工程思維：能通過分析控制系統實例，了解不同類型控制系統的特點，會辨析手動控制、自動控制、智能控制、開環控制和閉環控制。
圖樣表達：會看簡單的控制系統結構圖，理解其工作原理和控制過程。
創新設計：能描述簡單控制系統的工作原理與工作過程。
物化能力：能對一個簡單控制實例(如電燈開關等)進行組款。
思考：自行車前進的時候會被什么因素影響？
思考：自行車前進的時候會被什么因素影響？
應保持的速度
自行車
行使的速度
風
給定量
被控量
逆風、順風、雨水、人……
干擾因素可能一個，也可能若干個。
一、干擾對控制功能的影響
在實際的控制系統中，常常會有一些變化不定的因素對系統的行為造成不良影響，這種有害的因素，我們稱其為“干擾”。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。
開環控制系統-干擾
給定值
控制器
執行器
被控對象
控制量
被控量
干擾
閉環控制系統-干擾
干擾
給定值
反饋環節
控制器
執行器
被控對象
控制量
比較器
被控量
電冰箱的溫度控制系統， 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
干擾會使被控對象產生錯誤動作。
二、克服干擾的基本方法
在控制系統中，干擾會使被控對象產生錯誤的動作，所以在多數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。
開環控制系統的控制精確度(或稱控制精度)相對比較低。但如果控制系統中各組成元件的特性比較穩定，而且外界的干擾相對較小，則開環控制系統也可以保證一定的精度。一般來說，開環控制系統的結構比較簡單，適用于控制精度要求不高而系統本身的元件又比較穩定的場合。
閉環控制系統的優點是控制精度高，不論何種原因造成系統的輸出量偏離給定量，閉環控制系統都會產生控制作用來減小這一偏差。與開環控制系統相比，閉環控制系統的設計比較麻煩，結構也相對復雜，構成控制系統的成本較高。閉環控制系統是自動控制中廣泛采用的一-種控制方式，用于要求高精度和高可靠性的場合。
閉環控制系統的核心是通過反饋來減少被控量（輸出量）的偏差。所以一個閉環控制系統，能夠克服外界干擾，使被控量控制在給定值附近。
干擾
給定值
反饋環節
控制器
執行器
被控對象
控制量
比較器
被控量
思考：干擾因素是否可以避免？
有些干擾可以避免或消除，而有些干擾不能避免。對于不能避免的額干擾，就只能提高控制系統的性能，閉環控制系統抗干擾能力比開環控制系統要強。
思考：干擾是否都是無用的，有害的？
干擾因素有時要克服，有時還可利用。在軍事中，可利用一定頻率的電磁波對對方的信息指揮系統進行干擾。
分析下列控制系統中可能存在哪些干擾？
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
認真學習（聽課的專注度、做作業的效率與效果、用于學習的時間長短等）
電機輸出電壓的波動等、齒輪間的摩擦力等
滑輪組的摩擦力等
課堂紀律、周圍環境、老師的態度與水平、家庭環境、朋友等
作業：
1.單次投擲籃球和射箭的過程都屬于開環控制，但兩者對風的抗干擾能力大不相同。你認為如何才能提高開環控制的抗干擾能力
2.人在騎自行車的過程中會受到路況、風力、噪聲、刺眼的陽光、突發的事件等各種干擾，人如何能克服這些干擾
3.交通法規禁止開車時撥打和接聽手機。從控制系統的角度分析撥打和接聽手機干擾了控制系統的哪個環節 為什么
4.如果將某人通過電話叫對方干某事的過程看作是-一個控制，那么線路中的噪聲及通話雙方所在的講話環境的嘈雜聲都有可能干擾雙方的通話。分析兩種干擾的性質，提出克服千擾的措施。
5.如果圖4- 36中的“干擾”對“被控對象”以外的部分進行干擾時，閉環控制系統還能克服干擾嗎

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