《闭环控制系统的干扰与反馈》教学课件2.pptVIP

2.在可调光台灯中，人手调节台灯旋钮实际上是在改变台灯内部可变电阻的阻值。根据电路原理，电压一定，改变电阻，电路中的电流也随之改变，因此灯泡的亮暗也随之变化。 如果人调节旋钮是为了获得某一认定的合适的亮度，这时“人”作为某些环节加入到了控制过程之中，那么这时的控制就是一个人工控制。 其控制过程是：人眼检测台灯的实际亮度反馈到大脑，与认定的合适亮度进行比较，如果台灯亮度较暗，大脑就会发出指令，让手旋动旋钮，使灯泡亮度增大；反之，就减小亮度。这种控制可能会反复进行，直至台灯亮度满意为止。方框图如下： 期望亮度 + 手 眼睛 旋钮 灯泡 实际亮度 － 大脑 当人感觉灯光暗时，通过调节台灯的旋钮使其变亮；当感觉灯光过强时，通过调节台灯的旋钮使其变暗。人眼的观察相当于检测环节。 3.帆板是靠风推动帆来行驶的，要使帆板速度最快，必须转动风帆，使之具有最大的迎风面积。由于风向是不定的，因此这是一个随动控制。人对风向的观察相当于这一控制系统中的检测环节。 其控制过程为：人同时观测风向（由风标显示）和风帆的角度，经过大脑的判断，如果风帆的角度不符合风力最大的要求，则大脑指挥运动员转动风帆，使之达到要求。在这个系统中，风帆是控制对象，风帆角度是被控量，风向是输入量。只不过这个输入量是一个随时间而变化的未知函数。 如果要将帆板的控制构建成成一个闭环自动控制系统，则既要安装风向测量装置，又要安装风帆角度测量装置，并使二者同步。两个测量装置将测得的结果同时输入到计算控制装置中，在这里得到误差信号，还得增加一个根据误差信号去转动风帆的执行机构，以实现帆船的自动控制。 2.睁着眼睛画： 人脑控制手画眼睛，在此过程中，眼睛可以把手的位置及画的效果及时反馈给大脑，使得大脑准确精细的控制手去画好眼睛。控制过程中有反馈环节可以把控制结果反馈给人脑，控制流向形成了闭合回路。这是闭环控制。 利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法，称为反馈方法。 马上行动：分析“穿针引线”的动作过程，并补充一个适当的事例填写下表。 事例 输入 检测装置 输出 “穿针引线” 线的位置 人的眼睛 线与针孔对准 靶的位置 (期望值) 眼睛 飞镖实际投掷的位置 投掷飞镖 能扑灭蜡烛的机器人 打开机器人的开关 光敏、力敏传感器 找到蜡烛、并将其扑灭 电冰箱 温控器设定温度 温度传感器 制冷后冰箱内温度 反馈的工作过程：当人打算要拿桌子上的水杯时，人首先要看到自己的手与杯子之间的距离，然后确定自己手的移动方向，手始向水杯移动。同时人的眼睛不停观察手与杯子的距离（该距离就是输入与输出的差值），而人脑（控制器）的作用就是不停控制手移动，以消除这个差值。直到手拿到杯子为止，整个过程也就结束了。从上面的例子可以看出，由（负）反馈形成的偏差是人准确完成拿杯子动作的关键。如果这个差值不能得到的话，整个动作也就没有办法完成了。这就是眼睛失明的人不能拿到杯子的缘故。 [演示]： 3.闭环控制系统的工作过程 闭环控制系统就是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。 闭环控制系统是通过反馈环节克服干扰因素而使系统达到稳定。 [核心]：通过反馈来减少被控量(输出量)的偏差。 被控对象 给定值 干扰 反馈环节 控制器 执行器 比较器 干扰 干扰 干扰 被控量 [案例分析]：阅读书上案例p112 供水水箱的水位自动控制系统。 P112 思考： 在水箱的水位控制系统中，控制量还可以有其他选择吗？为什么？ 不能，因为我们主要为了实现水位的自动控制，那么控制量只能是水量。 [思考设计]：家用抽水马桶是一个典型的闭环控制系统的水位控制。 闭环控制系统的特点: 1）系统输出量对控制作用有直接影响。 2）有反馈环节，并应用反馈减小误差。 3）当出现干扰时，可以自动减弱其影响。 在加热锅炉的温度控制系统中，可能有那些干扰因素，系统如何克服干扰使炉温稳定在给定范围内？ 干扰因素有加热炉外的环境温度变化、加热器的电压波动、炉壁自身温度、炉内空气温度等。 [图片展示]： 烘箱（饮水机） P113 思考： 首先用热电偶来代替温度计来测量温度的值，然后对温度的比较，当小于恒温箱给定时，就增大加热装置的电流；相反当大于恒温箱给定时，就减小电流。这样恒温箱就能保持给定的温度。 加热炉的温度自动控制系统的结构图： 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。 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？ 4.闭环与开环控制系统的比较： 闭环控制：反馈控制， 偏差控制，可以抑制内、