闭环控制系统的干扰与反馈素材课件

,*,Click To Edit Title Style,Click To Edit Title Style,*,*,Click To Edit Title Style,Click To Edit Title Style,*,第四章 控制与设计,第三节 闭环控制系统的干扰与反馈,回顾上节内容,:,任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节就构成了一个系统，称为控制系统。,控制器,被控对象,执行器,控制系统,输入,输出,1.,什么是控制系统？,回顾上节内容,:,2.,什么是开环控制系统？,控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统,输入量,输出量,控制器,被控对象,执行器,控制量,X,回顾上节内容,:,系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统,输出量,输入量,被控对象,控制器,执行器,控制量,检测装置,比较器,3.,什么是闭环控制系统？,干扰因素,出现杂色的线,干扰因素,外界光线对投影效果的干扰,干扰因素,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,称为干扰因素,控制系统,输入量,产生变化的输出量,一、什么是干扰（,interference,）？,干扰因素,干扰因素,自行车,应保持的速度,行车速度,骑自行车时所受到的干扰,风、雪,改变了的速度,干扰因素,机器人,直线向前行进,障碍物,保持直线行进,直线行进机器人受到的干扰,行进方向的改变,干扰因素,飞机导航系统,GPS,信号,在飞机上，我们能使用手机吗？,手机信号,原始航线,改变了的航线,干扰因素,电冰箱的温度控制系统，下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素,开电冰箱门,电冰箱所在房间的温度从,20,度变到,32,度,把热菜热饭放入电冰箱中,在电冰箱外放一盆冷水,是,是,是,否,马上行动,干扰因素,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,干扰因素,自动扶梯的升降控制系统,利用滑轮组提升重物的控制装置,蔬菜大棚的温度控制,扶梯承载的重量、电机输出电压的波动等,滑轮组的摩擦力等,棚外的温度变化、保温材料的保温性能改变等,干扰因素,我们在上课学习的过程中，,会受到哪些因素的干扰呢？,走廊里的脚步声、早自修包子的气味等,校外汽车的喇叭声、夏天,34,高温等,环境干扰因素：,人为干扰因素：,干扰因素,科学实验证明，如果人长时间处在没有声音，没有外界环境的干扰，人听觉会失常，饥渴，并可能造成人的失语状态，甚至会让人发疯，就像噪音能让人发狂一样。,思考：如果没有干扰，行不行？,思考,干扰因素,干扰的利用,干扰的利用,信息战中，利用电磁波对,敌方信息系统进行干扰,利用基因干扰疗法治疗顽固疾病,干扰因素,在一般控制系统中，干扰因素是需要克服的，而在有些情况下，却可以利用干扰因素实现某种目的。,电子干扰战,干扰因素,控制器,执行器,被控对象,给定值,被控量,干扰,反馈环节,控制器,执行器,被控对象,给定值,被控量,干扰,比较器,干扰对控制功能的影响,干扰因素,思考与分析,在出现干扰的情况下，开环控制系统和闭环控制系统哪种受干扰的影响小？为什么？,闭环控制系统受影响较小，因为闭环控制系统能不断修正控制效果。,雨天交通 病毒攻击 手机干扰飞机,干扰因素,综合分析,闭环控制系统比开环控制系统具有更好的抗干扰能力，那么是否都应该用闭环控制代替开环控制？,是否采用闭环控制主要看对控制系统的要求（如成本、控制要求）。,例子：空调和风扇的使用选择,干扰因素,克服的基本方法：,电视信号传输过程中往往采用,铁壳屏蔽的分支器,找出干扰源，切断干扰,1,、消除干扰,2,、减弱干扰,飞机导航系统,手机信号,GPS,信号,航线,X,干扰因素,3.,我们也可以加强控制系统的性能来提高抗干扰能力。比较常用的就是在控制系统中引入反馈。,控制系统,控制器,被控对象,执行器,输入,输出,检测装置,干扰的利用,什么是反馈呢？,克服的基本方法：,反馈,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,例如：投篮,工作过程：,给定量,（篮圈的位置）,控制器,（大脑）,执行器,（手）,被控对象,（篮球）,+,被控对象,（篮球实际投掷的位置）,检测装置,（眼睛）,-,二、反馈的含义,反馈,二、反馈的含义,反馈在我们控制系统中是普遍存在的，,闭环控制中必定存在反馈,思考：,还有哪些控制系统中存在反馈？,控制系统,有无反馈,定时红绿灯,无,电饭煲,恒温温室,有,有,反馈,马上行动,事 例,输 入,检测装置,输 出,投掷飞镖,线的位置,线与针孔对准,人的眼睛,人的眼睛,靶的位置,(,期望值,),人的眼睛,飞镖实际投掷的位置,篮圈的位置,篮球实际投掷的位置,投 篮,“穿针引线”,花房恒温,自动控制,设定的温度,温度检测,装置,花房温度,反馈,闭环控制系统的工作过程,闭环控制系统,是指在系统的输出端与输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生影响的控制系统,。,闭环控制系统的,核心,是通过,反馈,来减少被控量（输出量）的偏差。,反馈,案例分析：,水位自动调节过程：,水箱,水箱中,的水位,给定,水位,电气,控制,阀门,水流量,浮球,比较器,干扰,供水水箱的水位自动控制系统,反馈,案例分析：,炉温的调节过程：,加热炉,炉内,温度,给定,温度,微机,控制,加热,器,热量,热电偶,比较器,干扰,加热炉的温度自动控制系统,反馈,闭环控制系统的工作过程,闭环控制系统的核心是通过反馈来减少被控量（输出量）的偏差。所以一个闭环控制系统，能够克服外界干扰，使被控量控制在给定值附近。,反馈环节,控制器,执行器,被控对象,给定值,被控量,干扰,比较器,总结：,开环控制系统与闭环控制系统区别,1,、信号传输通道的差别：,开环控制系统：只有正向传输通道，,闭环控制系统：有正向通道和反馈通道。,2,、系统结构的差别：,开环控制系统：给定环节,闭环控制系统：给定环节、比较环节、检测环节。,3,、控制方式的差别,:,开环控制系统：有偏差靠人工控制,闭环控制系统：对被控对象进行自动控制。,总结：,闭环控制系统与开环控制系统的比较,开环控制系统,闭环控制系统,能否自动调整和补偿,控制精度,结构,适用场合,不能,能,相对低,高,相对简单,相对复杂,控制精度要求不高,而系统本身的元件,又比较稳定的场合,要求高精度和,可靠性的场合,功能模拟方法,功能模拟法：,以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟“原型”的功能和行为的方法。,功能模拟方法,以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟“原型”的功能和行为的方法，就是功能模拟法。,功能模拟方法是由美国数学家维纳提出的，他揭示了机器中的通信和控制机能与人的神经、感觉机能的共同规律。功能模拟法为仿生学、人工智能等学科提供了科学方法。,黑箱方法,你是怎样挑选西瓜的？,西瓜,看、听、拍,生或熟,黑箱方法,在,生活,中，有时我们需要认识对象的内部无法打开或不便打开，这时，可以通过观测和考察它的输入与输出的关系来推测其内部的特性和功能。,黑箱方法,就是通过观测黑箱外部输入信息（外界对黑箱的影响）和输出信息（黑箱对外界的反应），以研究和认识其功能、特性、结构、机理的科学方法。,控制系统,系统的输入,系统的输出,黑箱方法,列举黑箱方法应用的例子，并填写下表。,黑箱方法应用的例子,输 入,输 出,需要了解的情况,判断生熟鸡蛋,摇、转、看,生或熟,旋转速度,中医诊断病情,望、闻、问、切,是否健康,气色、舌苔、脉搏等,B,超探测胎儿性别,B,型超声波,超声图象,胎儿性别,了解计算机的基本性能,运行应用程序,计算机的反应,计算机基本性能的好坏,黑箱方法,黑箱方法便于研究那些既不能打开又不能从外部直接观察其内部状态的系统；便于研究规模庞大，结构复杂，因素繁多，功能错综的系统。如生态系统，经济系统，社会系统等。,黑箱方法从综合的角度为人们提供了一条认识事物的重要途径。,干扰因素：除输入量（给定量）以外，引起被控量变化的各种因素,干扰,有坏处,，也,有好处,。干扰来自,环境,，也可能来自,人为,；系统的,各个环节,都可能被干扰；开环、闭环系统,都存在干扰,。,反馈：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。闭环控制系统存在反馈，开环控制系统没有反馈。,闭环控制系统的工作过程,闭环控制系统的核心闭环控制系统的核心是：通过反馈来减少被控量（输出量）的偏差。,一个闭环控制系统，能够克服外界干扰，使控制量控制在给定值附近。,功能模拟方法和黑箱方法：,功能模拟法：以功能和行为的相似性为基础，用“模型”模拟“原型”的功能和行为的方法。闭环控制系统设计就是一种功能模拟法，模拟人的控制功能。,黑箱方法：把系统看作黑箱，通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法。例如：医学,B,超检测。,小结：,（,2011,年,3,月浙江高考）监控摄像系统（如图所示）被广泛用于记录道路交通实时图像信息。对于监控摄像系统，下列环境因素中不属于干扰因素的是 （）,A,噪声,B,浓雾,C,闪电,D,沙尘,练习,答案：,A,如图所示是数控机床的位置控制系统示意图。检测装置检测机床工作台的实际位移，并将该位移值传输给数控装置与设定位移量进行比较，数控装置根据比较的偏差值控制伺服装置运动，驱动机床工作台到达指定的位置。,（,1,）根据示意图及其描述，在控制系统框图中“”处填写相应的内容。,（,2,）实际位移量与设定位移量的,比较是由 完成的,(,从检测,装置；数控装置；输入装置；,伺服装置中选择一项，将序号,填在“”处,),。,练习,设定位移值,伺服装置,机床,实际位移值,2011,年,9,月浙江省高考,检测装置,（,2012,年,3,月浙江高考）下列方法中不属于黑箱方法的是,A,、用仪器测试集成电路输出信号判断集成电路的功能,B,、通过脑电波检查诊断病人大脑的状况,C,、列车司机用锤子敲击车轮，通过声音判断有无故障,D,、通过胃镜检查诊断病人的胃部疾病,练习,答案：,D,黑箱方法是通过对系统输入与输出关系的研究，,进而推断出系统内部结构及其功能的方法，,不,需要直接考查其内部结构,（,2012,年,3,月浙江高考）下列选项中不属于功能摸拟法的是,练习,答案：,D,功能模拟法是以功能和行为的相似性为基础，用,“模型”模拟“原型”的功能和行为的方法。,谢谢,