1、第四單元第四單元 控制與設計控制與設計 閉環控制系統的干擾與反饋閉環控制系統的干擾與反饋天臺育青中學天臺育青中學余昌浩余昌浩在飛機飛行過程中，為什么要關閉手機在飛機飛行過程中，為什么要關閉手機在控制系統中，除輸入量（給定值）在控制系統中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素以外，引起被控量變化的各種因素成為干擾因素成為干擾因素一干擾因素一干擾因素干擾因素干擾因素自行車在行駛過程中受哪些因素的影響自行車在行駛過程中受哪些因素的影響馬上行動馬上行動在電冰箱的溫度控制系統中，下列情況是否屬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？于影響其溫度控制的干擾因素？（1

2、 1）開電冰箱門）開電冰箱門（2 2）電冰箱所在房間的溫度）電冰箱所在房間的溫度 從從20C20C變到變到30C30C；（3 3）把熱菜或熱飯放入電冰箱中；）把熱菜或熱飯放入電冰箱中；（4 4）在電冰箱外放一盆冷水。）在電冰箱外放一盆冷水。 干擾因素的克服干擾因素的克服控制系統在工作過程中必須克服干擾，使被控量穩定。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

3、來克服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。這一干擾，使室溫保持穩定。干擾因素的利用干擾因素的利用飛標飛標實際實際投擲投擲的位的位置置飛標的工作過程可用下圖描述：飛標的工作過程可用下圖描述：控制器控制器（大腦）（大腦）執行器執行器（手）（手）被控對被控對象（飛象（飛標）標）檢測裝置檢測裝置（眼睛）（眼睛）靶心靶心的位的位置置干干擾擾駕駛工作過程形成了一個閉環：駕駛工作過程形成了一個閉環：檢測比較運算操作檢測檢測比較運算操作檢測控制器控制器（大腦）（大腦）執行器執行器（手）（手）被控對被控對象（汽象（汽車）車）檢測裝置檢測裝置（眼睛）（眼睛）給定給定的行的行駛

4、速駛速度度汽車汽車實際實際的速的速度度馬上行動馬上行動 分析分析投擲飛鏢投擲飛鏢和和定速駕駛定速駕駛動作過程動作過程事事 例例輸輸 入入檢測裝置檢測裝置輸輸 出出投擲飛鏢投擲飛鏢定速駕駛定速駕駛靶的位置靶的位置 人的眼睛人的眼睛 飛鏢實際投飛鏢實際投擲的位置擲的位置 給定的速度給定的速度 人的眼睛人的眼睛汽車實際的汽車實際的速度速度二、反饋1 反饋反饋 控制系統中，將輸出量通過適當的檢測裝控制系統中，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置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋（程，就是反饋（feedback）閉眼粘貼：閉眼粘貼：沒有反饋環節，屬于開環控制沒有反饋

5、環節，屬于開環控制人的大腦人的大腦手手粘貼汽車輪胎粘貼汽車輪胎睜眼粘貼：睜眼粘貼：眼睛檢測反饋大腦，屬眼睛檢測反饋大腦，屬于閉環控制于閉環控制人的大腦人的大腦手手粘貼汽車輪胎粘貼汽車輪胎眼睛眼睛2 閉環控制系統的工作過程閉環控制系統的工作過程在系統的輸出端與輸入端之間存在反饋回在系統的輸出端與輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過程產生影響路，輸出量對控制過程產生影響是通過反饋來減少被控量（輸出量）的偏差是通過反饋來減少被控量（輸出量）的偏差方框圖：方框圖：特點特點：核心：核心：被控被控量量控制器控制器執行器執行器被控被控對象對象檢測裝置檢測裝置給定給定量量閉環控制系統的工作過程：閉環控制系統

6、的工作過程：反饋環節反饋環節檢測出被檢測出被控量的值控量的值反饋反饋到輸到輸入端入端與給與給定值定值比較比較控制器根據控制器根據偏差信號進偏差信號進行調節行調節閉環控制系統的工作過程：閉環控制系統的工作過程：如普通電水壺將水加熱至沸騰時，需要如普通電水壺將水加熱至沸騰時，需要人工關閉電源，而自動電水壺具有當水人工關閉電源，而自動電水壺具有當水沸騰時自動切斷電源的功能，這就是運沸騰時自動切斷電源的功能，這就是運動反饋方法實現自動控制的結果。動反饋方法實現自動控制的結果。這兩種熱水壺有什么區別這兩種熱水壺有什么區別3 閉環控制系統與開環控制系統的比較閉環控制系統與開環控制系統的比較開環控制系統開環

7、控制系統閉環控制系統閉環控制系統有無有無反饋反饋糾正糾正功能功能控制的控制的精確度精確度結構結構系統的系統的理解理解簡單簡單復雜復雜干擾信號時，干擾信號時，沒有自動糾正沒有自動糾正干擾信號時，干擾信號時，能自動糾正能自動糾正精確度低精確度低精確度高精確度高無無有有單程的系統單程的系統循環的系統循環的系統案例分析案例分析供水水箱的水位自動控制系統供水水箱的水位自動控制系統目的是使水箱中的水位保持在給定的高度目的是使水箱中的水位保持在給定的高度控制閥門水位出水進水思考：思考：、分析控制系統的組成，被控對象、被控、分析控制系統的組成，被控對象、被控量、執行器、控制器檢測器量、執行器、控制器檢測器、水

8、位的自動調節過程和干擾因素、水位的自動調節過程和干擾因素、畫出水位自動控制系統工作的方框圖、畫出水位自動控制系統工作的方框圖控制系統有控制器、執行器、被控對象和檢測器等組控制系統有控制器、執行器、被控對象和檢測器等組成。成。被控對象：水箱被控對象：水箱被控量：水箱中的水位被控量：水箱中的水位執行器：閥門執行器：閥門控制器：機械或電氣控制裝置控制器：機械或電氣控制裝置檢測器：浮球或液位傳感器，是控制系統的反饋環節。檢測器：浮球或液位傳感器，是控制系統的反饋環節。水位的自動調整過程：水位的自動調整過程：水位下降，液位傳感器測出水位后與給定植比較水位下降，液位傳感器測出水位后與給定植比較,其偏差值進

9、入控制器，通過控制器的輸出信號調節閥其偏差值進入控制器，通過控制器的輸出信號調節閥門，將閥門開大，使水位回升到給定植門，將閥門開大，使水位回升到給定植當出水流量減小時，通過控制器調節閥門，將當出水流量減小時，通過控制器調節閥門，將閥門關小，使水位回到給定植的位置。閥門關小，使水位回到給定植的位置。給定給定量量控制器控制器閥門閥門水箱水箱水箱的水箱的水位水位檢測裝置（反饋）檢測裝置（反饋）比較器比較器干干擾擾水位自動控制系統工作的方框圖水位自動控制系統工作的方框圖影響水位控制的干擾因素主要是水箱的出水量影響水位控制的干擾因素主要是水箱的出水量（即用戶使用的水量）、水箱水面蒸發的水量等。（即用戶使用的水量）、水箱水面蒸發的水量等。小結：小結：、干擾因素：、干擾因素：在控制系統中，除輸入量（給定值）在控制系統中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素以外，引起被控量變化的各種因素、反饋：、反饋：控制系統中，將輸出量通過適當的檢測裝置控制系統中，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返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程反饋的作用：反饋的作用：3 、閉環控制系統與開環控制系統的區別、閉環控制系統與開環控制系統的區別閉環控制系統的工作過程閉環控制系統的工作過程能自動糾正精確度