闭环控制系统的干扰与反馈

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？

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。

第四单元 控制与设计 第三节 闭环控制系统的干扰与反馈

长安一中

蒋建波

什么是干扰因素： 一)什么是干扰因素： 1.干扰因素的概念： 1.干扰因素的概念： 干扰因素的概念

在控制系统中，除输入量( 在控制系统中，除输入量(给定 以外， 值)以外，引起被控量变化的各种因 素称为干扰 interference)因素。 干扰( 素称为干扰(interference)因素。

案例一：逆风中骑自行车。 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 逆风、顺风、上坡路……

案例二：飞机飞行。 案例二：飞机飞行。

结论：在控制系统中， 结论：在控制系统中，干扰因素一定 可能有一个，也可能有若干个。 有，可能有一个，也可能有若干个。

扩展讨论： 扩展讨论：

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

马上行动： 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。

(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。

(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。

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 扶梯承载的重力、 波动、齿轮间的摩擦力等。 波动、齿轮间的摩擦力等。

滑轮组的摩擦力、电机电源的波动等、 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。 绳子和滑轮，重物的重力。 重物的控制系统 外部环境温度的变化、 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、 的保温性能产生变化等、植物排放的 二氧化碳，温室效应。 二氧化碳，温室效应。

蔬菜大棚的温度 控制

案例分析： 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。

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

3.干扰因素的特点： 3.干扰因素的特点： 干扰因素的特点 干扰既存在于闭环控制中， (1)干扰既存在于闭环控制中，也存 在于开环控制中。 在于开环控制中。 声控灯开环控制，除输入的声音 声控灯开环控制， 其他声音就是其干扰因素； 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， 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。 境温度的变化就是它的干扰因素。

通常， (2)通常，干扰因素都是作用在控 制对象上， 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。 使被控量偏离平衡值。 的平衡 使被控量偏离平衡值 (3)通常，干扰因素不止一个。如 通常，干扰因素不止一个。 自行车速度控制的干扰因素除逆风 还可能有路面状况(斜坡、 外，还可能有路面状况(斜坡、粗 糙度)。 糙度)。

(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。

(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。

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？

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。

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？

(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。

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)。

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