在电冰箱外放一盆冷水
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 利用滑轮组提升重物的控 制装置 蔬菜大棚的温度控制 干扰因素 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？
给定值
执行器
反馈环节
被控 对象
被控量
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
给定 水位
比较器
电气 控制
水流量
阀门
水箱
水箱中 的水位
浮球
反馈
案例分析：
②加热炉的温 度自动控制系 统 炉温的调节过程： 干扰 给定 温度
比较器
微机 控制
加热 器 热电偶
热量
加热炉
炉内 温度
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。 干扰 比较器
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:
1. 什么是控制系统？
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。
控制系统
输入
控制器
执行器 被控对象
输出
回顾上节内容:
2. 什么是开环控制系统？ 控 制 器 执 行 器
控制量
输入量
被 控 对 象
设定位移值 伺服装置 检测装置 机床
• （2）实际位移量与设定位移量的 比较是由 ▲② 完成的(从①检测 装置；②数控装置；③输入装置； ④伺服装置中选择一项，将序号 填在“ ▲”处)。
练习
• （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
系统的输入
控制 系统
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 中医诊断病情
B超探测胎儿性别
了解计算机的基本性能
摇、转、看
望、闻、问、切
生或熟
是否健康
旋转速度
气色、舌苔、 脉搏等
B型超声波 胎儿性别
运行应用 程序 计算机的 反应
超声图象
障碍物 直线向前行进
机器人
行进方向的改变 保持直线行进
干扰因素
在飞机上，我们能使用 手机吗？
手机信号 GPS信号 改变了的航线 原始航线
飞机导航系统
干扰因素
马上行动
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
是
是 是 否
把热菜热饭放入电冰箱中
总结：
闭环控制系统与开环控制系统的比较
开环控制系统
能否自动调 整和补偿 控制精度
不能 相对低 相对简单
闭环控制系 统
能 高 相对复杂
结构
适用场合
控制精度要求不高 而系统本身的元件 要求高精度和 又比较稳定的场合 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。
• 功能模拟方法和黑箱方法：
– ⑴ 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。 – ⑵ 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。
输出
什么是反馈呢？ 干扰的利用
反馈
二、反馈的含义
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）
反馈
二、反馈的含义
思考：
还有哪些控制系统中存在反馈？
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？
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。
小结：
• 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
输出量
X
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
回顾上节内容:
3. 什么是闭环控制系统？ 输入量 比较器 控 × 制 器 执 行 器 控制量 被 输出量 控 对 象
检测装置
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
干扰因素
出现杂 色的线
人的眼睛 人的眼睛 人的眼睛
篮圈的位置
靶的位置 (期望值)
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 水位自动调节过程：
干扰因素
外界光线对投影效果的干扰
干扰因素
一、什么是干扰（interference） ？
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
干扰因素
输入量
产生变化的输出量
控制系统
干扰因素
骑自行车时所受到的干扰
风、雪
应保持的速度
自行车
改变了的速度 行车速度
干扰因素
直线行进机器人受到的干扰
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
干扰对控制功能的影响
干扰
给定值
控制器 比较器 控制器
执行器
被控 对象
干扰
被控量
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
练习
• （2012年3月浙江高考）下列选项中 不属于功能摸拟法的是
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
干扰因素
克服的基本方法：
1、消除干扰
手机信号 找出干扰源，切断干扰 GPS信号
X
航线
飞机导航系统
2、减弱干扰
电视信号传输过程中往往采用 铁壳屏蔽的分支器
干扰因素
克服的基本方法：
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
输入
控制器 执行器 被控对象 检测装置
练习
• （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 答案：A
练习
2011年9月浙江省高考
• 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。 实际位移值
– 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。
控制系统
定时红绿灯 电饭煲 恒温温室
有无反馈
无 有 有
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
反馈
马上行动
事 例 输 入 检测装置 温度检测 装置 输 出