13闭环控制中的干扰与反馈

闭环控制中的干扰与反馈

教学目标：

知识与技能目标：

1、了解控制中存在干扰；

2、学生能理解干扰的概念，掌握克服干扰的基本方法；

3、综合所学的有关控制的知识，了解不同控制系统克服干扰的方法的优劣。

过程与方法目标：

1、学生能分析简单控制系统中的干扰，归纳出克服干扰的基本方法；

2、运用所学知识，激发出学生对于克服控制中的干扰的创新思维；

3、能综合各种控制系统的有关知识，独立分析简单的克服干扰的方法。

情感与价值观目标：

1、通过对干扰实验的体验和观察，获得对干扰的感性认识；

2、在体验干扰的基础上，能进一步讨论控制中的干扰；

3、通过内化干扰的知识，形成正确的对系统中干扰的认识，并建立稳定的控制系统认识态度。

教学重点：

1、了解实际控制系统中会存在干扰影响控制；

2、让学生能够分析简单控制系统中的干扰，理解克服干扰的基本原则，分析克服干扰的具体方法，并结合开环和闭环控制进行对比；

教学难点：

1、分析克服干扰的具体方法；

2、综合理解开环与闭环的优劣只是相对的，理解干扰不是全有害的。

教学过程：

引入：

复习与回顾

【课件演示】简单回顾控制的分类和组成：

1、控制系统的分类是什么？

2、控制系统有哪几部分组成？

【游戏引入】真正的控制系统在运行的过程中还会存在很多的因素影响：

控制羽毛球降落游戏：

1、在正常条件下降落。

2、在有侧风的条件下降落。

问题：如果不按正常条件下的降落方式还能正中目标吗？为什么？

对比两种情况的异同：受外界影响，控制的行为受到影响。

新课教学：

一、干扰的概念

【涵义】：干扰就是对控制系统的行为造成影响的有害的信号及扰动，即除给定量外，引起被控量量值变化的各种因素。

要点：系统行为、被控量量值变化；引起变化的各种因素。

二、干扰对控制功能的影响

1、现实生活中的干扰的例子

A、外界光线对投影效果的干扰

（对周围的控制系统的分析，就近对课室投影的干扰分析，学生更有体验）

B、轮船行使中的干扰

（录像演示波浪对轮船的干扰）

C、汽车驾驶的干扰（录像演示干扰的一个方面）

（汽车行使中的干扰，比较常见，引导学生引发对交通控制的进一步思考，为后面的内容拓展到社会大环境设下伏笔）

2、思考与分析

（1）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。

（2）举出一些由于干扰而使控制系统受到影响的例子。

雨天交通病毒攻击手机干扰飞机

三、克服干扰的基本方法

如何消除侧风对羽毛球下落的干扰？（呼应前面举的干扰，进一步思考克服干扰的方法）（一）克服的基本方法：

1、消除干扰

2、减弱干扰

3、提高控制系统性能

（二）小组讨论

分析下列控制中的干扰，请同学们以小组为单位，讨论如何克服该控制系统中的干扰并对对方组的抗干扰方法发表自己的看法：

第1、2大组：汽车驾驶

第3、4大组：轮船行使

（在学生讲解的同时演示教师对问题的解释）

汽车驾驶：

1、控制系统的克服措施：

刹车、转向、鸣喇叭；

2、针对干扰源的措施：

加强国民交通意识；

3、管理措施：

交通部门设立道路隔离带、交通法加重对违章的处罚；

轮船行使：

1、环境因素：

选择风平浪静的天气；

2、轮船本身设计：

改变轮船的长宽比、增加减摇鳍、船艏设计；

（三）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）

如空调和风扇的使用选择

四、反馈

?1.什么是反馈？

?控制系统中，讲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）。

?2.反馈方法

?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。

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

投掷飞镖靶的位置

(期望值)

眼睛

飞镖实际投掷的位

置

五、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。

?核心：通过反馈来减少被控量(输出量)的偏差。

?在加热锅炉的温度控制系统中，可能有干扰因素：加热炉外的环境温度变化、加热器的电压波动等

?系统如何克服干扰使炉温稳定在给定范围内？通过热电偶检测炉内的温度值，并与给定的温度值进行比较，将偏差传给控制器进行控制。

六、控制系统的分析方法

1. 功能模型法

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。

2.黑箱方法

通过对系统的输入与输出的关系的研究推断系统内部结构和功能的方法，通过观测黑箱外部的输入信息(外界对黑箱的影响)和输出信息(黑箱对外界的反应)研究和认识其功能、特性、结构、机理。

黑箱方法应用的例子输入输出

需要了解的情

况

观察计算机的基本性能运行应用程序计算机的反应

计算机的基本

性能

测定钢材的硬度技术试验钢的性能情况钢的硬度

选购电视机图像、声音、

外壳

清晰度、散热的

情况

电视好坏

小结与练习：

1、干扰的概念

2、克服干扰的基本方法

3、反馈

4、功能模拟法

5、黑箱方法