技术与设计必修2第四章控制与设计.ppt

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1、1 112 2 21.理解控制的涵义及其在生产和生活中的应用理解控制的涵义及其在生产和生活中的应用2.了解控制系统的类型，熟悉简单控制系统的基本组了解控制系统的类型，熟悉简单控制系统的基本组成和工作过程。成和工作过程。3.了解并能确定控制系统的主要参数了解并能确定控制系统的主要参数4.能画出简单控制系统的方框图，理解其中各环节的能画出简单控制系统的方框图，理解其中各环节的作用作用5.能设计、制作、调试和改进简单的控制装置能设计、制作、调试和改进简单的控制装置3第一节第一节 了解控制了解控制第二节第二节 控制系统的组成和描述控制系统的组成和描述第三节第三节 简单控制系统的设计简单控制系统的设计第

2、四节第四节 控制中的干扰控制中的干扰34 4 4第一节第一节 了解控制了解控制一、控制一、控制我们常常会听到：我们常常会听到：控制疫情，控制情绪，控制温度控制疫情，控制情绪，控制温度控制存在于当今社会的各个方面：控制存在于当今社会的各个方面：现代化的汽车生产线，现代化的汽车生产线，城市中的交通指挥系统，城市中的交通指挥系统，恒温的蔬菜大棚等等。恒温的蔬菜大棚等等。5 5 56 6 67 7 7实际上，如果我们希望某一事物按照自己实际上，如果我们希望某一事物按照自己的意愿发展，就要对其进行干预，这种根的意愿发展，就要对其进行干预，这种根据自己的目的，通过一定的方法使事物沿据自己的目的，通过一定的

3、方法使事物沿着某一确定的方向发展，就形成了控制。着某一确定的方向发展，就形成了控制。p1088 8 8例例1.投掷飞镖投掷飞镖确定确定射中射中目标目标控制手控制手臂的投臂的投掷动作掷动作掷出掷出飞镖飞镖场地情况场地情况经验经验9 9 9例例2.瓦特式速度调节器。瓦特式速度调节器。101010例例3.电视制导导弹电视制导导弹111111二、开环控制和闭环控制二、开环控制和闭环控制p1111、闭环控制系统、闭环控制系统 能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并能将控制的结果反馈回来与希望值进行比较，并根据它们的误差及时调整控制作用的系统根据它们的误差及时调整控制作用的系统2、开环控制系统开环控制

4、系统 不将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统。不将控制的结果反馈回来影响控制作用的系统。3、反馈环节、反馈环节系统中将控制的结果反馈回来的部分系统中将控制的结果反馈回来的部分121212例例例例1.1.人工调节液面人工调节液面人工调节液面人工调节液面131313例例例例2.2.全球卫星定全球卫星定全球卫星定全球卫星定位系统（位系统（位系统（位系统（GPSGPS）14闭环控制系统的工作过程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闭环控制系统就是系统的输出端与输入端之间之间存在反馈回路存在反馈回路，输出量对控制过程产，输出量对控制过程产生影响的控制系统。生影响的控制系统。核心

5、：核心：通过反馈来减少被控量通过反馈来减少被控量(输出量输出量)的偏的偏差。差。1415闭环控制与开环控制系统的比较闭环控制与开环控制系统的比较开环系统本身不能对被控量的偏差进行调开环系统本身不能对被控量的偏差进行调整和补偿整和补偿,故故控制精确度低控制精确度低.闭环系统不论何种原因造成系统的输出量闭环系统不论何种原因造成系统的输出量偏离给定量偏离给定量,都会产生控制作用来减少这一都会产生控制作用来减少这一偏差偏差,故故控制精确度高控制精确度高.15161616开环控制和闭环控制开环控制和闭环控制开环控制和闭环控制开环控制和闭环控制1 1、当系统的输入量能预先知道，并且系统不存在任何、当系统的

6、输入量能预先知道，并且系统不存在任何、当系统的输入量能预先知道，并且系统不存在任何、当系统的输入量能预先知道，并且系统不存在任何扰动（或对扰动影响不敏感）时，采用开环控制。扰动（或对扰动影响不敏感）时，采用开环控制。扰动（或对扰动影响不敏感）时，采用开环控制。扰动（或对扰动影响不敏感）时，采用开环控制。p113p1132 2、当存在着无法预计的扰动和（或）系统中元件的参、当存在着无法预计的扰动和（或）系统中元件的参、当存在着无法预计的扰动和（或）系统中元件的参、当存在着无法预计的扰动和（或）系统中元件的参数存在着无法预计的变化时，选择闭环控制。数存在着无法预计的变化时，选择闭环控制。数存在着无

7、法预计的变化时，选择闭环控制。数存在着无法预计的变化时，选择闭环控制。p113p113开环控制系统成本低，在可能的情况下，应该采用开环开环控制系统成本低，在可能的情况下，应该采用开环开环控制系统成本低，在可能的情况下，应该采用开环开环控制系统成本低，在可能的情况下，应该采用开环控制。控制。控制。控制。p113p113注：注：注：注：171717讨论与讨论与讨论与讨论与分析分析分析分析根据开环控制和闭环控制的定义，指出瓦特式速度调根据开环控制和闭环控制的定义，指出瓦特式速度调根据开环控制和闭环控制的定义，指出瓦特式速度调根据开环控制和闭环控制的定义，指出瓦特式速度调节器、电视制导导弹的控制系统以

8、及投掷飞镖分别属于节器、电视制导导弹的控制系统以及投掷飞镖分别属于节器、电视制导导弹的控制系统以及投掷飞镖分别属于节器、电视制导导弹的控制系统以及投掷飞镖分别属于哪类控制？它们的反馈环节是由什么组成的？哪类控制？它们的反馈环节是由什么组成的？哪类控制？它们的反馈环节是由什么组成的？哪类控制？它们的反馈环节是由什么组成的？分析当控制的效果发生变化时，控制系统能否做出相应分析当控制的效果发生变化时，控制系统能否做出相应分析当控制的效果发生变化时，控制系统能否做出相应分析当控制的效果发生变化时，控制系统能否做出相应的调整去改变控制的效果，如果能，则为闭环系统，否的调整去改变控制的效果，如果能，则为闭

9、环系统，否的调整去改变控制的效果，如果能，则为闭环系统，否的调整去改变控制的效果，如果能，则为闭环系统，否则时开环系统。则时开环系统。则时开环系统。则时开环系统。181818三、手动控制和自动控制三、手动控制和自动控制p1141 1、手动控制系统、手动控制系统、手动控制系统、手动控制系统2 2、自动控制系统、自动控制系统、自动控制系统、自动控制系统在控制的过程中不需要人的干预，就可按期望规律或在控制的过程中不需要人的干预，就可按期望规律或在控制的过程中不需要人的干预，就可按期望规律或在控制的过程中不需要人的干预，就可按期望规律或预定程序运行的控制系统。预定程序运行的控制系统。预定程序运行的控制

10、系统。预定程序运行的控制系统。控制系统必须在控制系统必须在人的直接干预人的直接干预人的直接干预人的直接干预下才能完成控制任务的控制系下才能完成控制任务的控制系统（如图统（如图4-11的液面调节）。的液面调节）。如全自动洗衣机。如全自动洗衣机。如全自动洗衣机。如全自动洗衣机。19191920202121222222讨论与分讨论与分析析1、自动路灯的控制系统（电路）能根据光线的明暗控、自动路灯的控制系统（电路）能根据光线的明暗控制电灯的开关。自动路灯控制系统是闭环系统吗？为制电灯的开关。自动路灯控制系统是闭环系统吗？为什么？什么？2、闭环控制系统都是自动控制系统吗？举例说明。、闭环控制系统都是自动

11、控制系统吗？举例说明。3、手动控制系统都是开环控制系统吗？举例说明。、手动控制系统都是开环控制系统吗？举例说明。2323第二节第二节 控制系统的组成和描述控制系统的组成和描述2424一、控制系统的组成一、控制系统的组成以投掷飞镖和速度控制为例，它们的控制过程：以投掷飞镖和速度控制为例，它们的控制过程：期望值期望值大脑大脑大脑大脑肢体肢体肢体肢体飞镖飞镖飞镖飞镖落点落点图图4-19 投掷飞镖的控制过程投掷飞镖的控制过程期望值期望值离心调节器离心调节器离心调节器离心调节器控制阀控制阀控制阀控制阀发动机发动机发动机发动机转速转速齿轮组齿轮组齿轮组齿轮组图图4-20 速度调节的控制过程速度调节的控制过

12、程2525输入输入输出输出反馈环节反馈环节 由于反馈环节的存在，使图由于反馈环节的存在，使图4.2-2在信号流动上形在信号流动上形成了如图成了如图4.2-3所示的闭合回路，这也是为什么我们把所示的闭合回路，这也是为什么我们把这类控制系统称为闭环系统的原因。这类控制系统称为闭环系统的原因。图图4-21 闭合的信息回路闭合的信息回路2626讨论与分析讨论与分析讨论与分析讨论与分析 如果将我们的身体看成是一个控制系统，在你从书如果将我们的身体看成是一个控制系统，在你从书如果将我们的身体看成是一个控制系统，在你从书如果将我们的身体看成是一个控制系统，在你从书架上拿出一本你想要看的书的过程中，身体各部分

13、分别架上拿出一本你想要看的书的过程中，身体各部分分别架上拿出一本你想要看的书的过程中，身体各部分分别架上拿出一本你想要看的书的过程中，身体各部分分别完成什么功能？完成什么功能？完成什么功能？完成什么功能？P116P116（同学们可以记下答案）（同学们可以记下答案）（同学们可以记下答案）（同学们可以记下答案）发出命令的部分是：发出命令的部分是：发出命令的部分是：发出命令的部分是：执行命令的部分是：执行命令的部分是：执行命令的部分是：执行命令的部分是：控制的作用对象是：控制的作用对象是：控制的作用对象是：控制的作用对象是：反馈环节是：反馈环节是：反馈环节是：反馈环节是：大脑大脑大脑大脑肢体肢体肢体

14、肢体想看的书想看的书想看的书想看的书眼睛眼睛眼睛眼睛2727271 1、控制器：控制器：控制器：控制器：控制命令（信号）的发出部分控制命令（信号）的发出部分2 2、被控量：、被控量：、被控量：、被控量：一般情况，一个控制系统的控制目的一般情况，一个控制系统的控制目的例如：在图例如：在图4-19和图和图4-20中的中的离心调节器离心调节器和和人的大脑人的大脑。例如：例如：发动机的转速发动机的转速和和飞镖的落点飞镖的落点。3 3、被控对象：、被控对象：、被控对象：、被控对象：在速度控制的例子中，是通过对发动机的控制实在速度控制的例子中，是通过对发动机的控制实现的，而在投掷飞镖的例子中，是通过对飞镖

15、控制实现的。现的，而在投掷飞镖的例子中，是通过对飞镖控制实现的。发动机发动机发动机发动机和和和和飞镖飞镖飞镖飞镖就是这两个系统的被控对象就是这两个系统的被控对象就是这两个系统的被控对象就是这两个系统的被控对象4 4、执行器：、执行器：、执行器：、执行器：将控制器的信号转换成能影响被控对象的信将控制器的信号转换成能影响被控对象的信号的装置。号的装置。例如：刚才的两个例子中的例如：刚才的两个例子中的控制阀控制阀和和人的肢体人的肢体。5 5、控制量：、控制量：、控制量：、控制量：能对控制被控对象产生作用，从而使被能对控制被控对象产生作用，从而使被控量发生变化的量。控量发生变化的量。例如：速度调节器例

16、如：速度调节器燃油量燃油量投掷飞镖投掷飞镖对飞镖施加的力对飞镖施加的力p1162828实例实例可注在书上相应位可注在书上相应位置置p1102929二、控制系统的框图表示二、控制系统的框图表示将图将图4-19和图和图4-20用更具一般性的方式表示为：用更具一般性的方式表示为：给定值给定值控制器控制器控制器控制器执行器执行器执行器执行器被控对象被控对象被控对象被控对象被控量被控量图图4-23 投掷飞镖的控制过程投掷飞镖的控制过程控制量控制量给定值给定值控制器控制器控制器控制器执行器执行器执行器执行器被控对象被控对象被控对象被控对象被控量被控量反馈环节反馈环节反馈环节反馈环节图图4-24 速度调节的

17、控制过程速度调节的控制过程控制量控制量比较器比较器30加热炉的温度自动控制系统加热炉的温度自动控制系统加热炉的温度自动控制系统是闭环控制系统。加热炉的温度自动控制系统是闭环控制系统。控制系统有控制器、执行器、被控对象和检测器等组成。控制系统有控制器、执行器、被控对象和检测器等组成。被控对象被控对象：加热炉；：加热炉；被控量被控量：炉内温度；：炉内温度；执行器执行器：炉内的加热器；：炉内的加热器；控制器控制器：一种电子或微机控：一种电子或微机控制装置，它根据输入给定值制装置，它根据输入给定值与检测反馈值的比较信号控与检测反馈值的比较信号控制执行器的动作；制执行器的动作；检测器检测器：热电偶（具有

18、检测：热电偶（具有检测和传感的作用），它将信号和传感的作用），它将信号返回到输入端，构成反馈环返回到输入端，构成反馈环节。节。30案例分析案例分析131炉温的调节过程：炉温的调节过程：温度检测装置测出加热炉内的温度，并随时与温度检测装置测出加热炉内的温度，并随时与给定的温度值进行比较，若加热炉内的温度高于给给定的温度值进行比较，若加热炉内的温度高于给定的温度，则通过控制器调整调压器的电压，使通定的温度，则通过控制器调整调压器的电压，使通过电阻丝的电流减小，加热炉的温度下降；若加热过电阻丝的电流减小，加热炉的温度下降；若加热炉内的温度低于给定的温度，则通过控制器调整调炉内的温度低于给定的温度，则

19、通过控制器调整调压器的电压，使通过电阻丝的电流增大，炉内温度压器的电压，使通过电阻丝的电流增大，炉内温度上升，并维持在正常值的范围内，从而使加热炉的上升，并维持在正常值的范围内，从而使加热炉的温度基本稳定在给定的温度值上。温度基本稳定在给定的温度值上。313232（开环控制）举例（开环控制）举例1：开关开关 灯的亮与不亮灯的亮与不亮一个输入信号（手拔开关）对应着一个输出信一个输入信号（手拔开关）对应着一个输出信号（灯亮）号（灯亮）3333开关开关落地灯落地灯输入信号输入信号输出信号输出信号开环控制系统特征开环控制系统特征 系统的输出量仅受输入量控制，输入量到系统的输出量仅受输入量控制，输入量到

20、输出量之间的输出量之间的信号是单向传递信号是单向传递3434连杆机构连杆机构阀门阀门水箱水箱浮子浮子反馈环节反馈环节输入输入输出输出实际水位实际水位设定水位设定水位（闭环控制）（闭环控制）（闭环控制）（闭环控制）举例举例2：抽水马桶中的水位控制抽水马桶中的水位控制3535人工人工控制控制自动自动控制控制水位的两种控制方式水位的两种控制方式方式方式环节环节传感器传感器人眼人眼人眼人眼浮子浮子浮子浮子控制器控制器人脑和手人脑和手人脑和手人脑和手连杆机构连杆机构连杆机构连杆机构执行器执行器阀门阀门阀门阀门阀门阀门阀门阀门对象对象水箱水箱水箱水箱水箱水箱水箱水箱3636解决解决“闭环控制系统闭环控制系

21、统”相关问题：相关问题：实例：实例：鹰发现猎物后，马上用眼睛估计它与猎物相距鹰发现猎物后，马上用眼睛估计它与猎物相距的距离和猎物的方位，并向猎物飞行去。在飞的距离和猎物的方位，并向猎物飞行去。在飞行的过程中，鹰的眼睛不断测出自己与猎物的行的过程中，鹰的眼睛不断测出自己与猎物的差距，大脑不断作出判断，通过调整翅和尾的差距，大脑不断作出判断，通过调整翅和尾的飞行状态，以缩小差距，使自己的位置越来越飞行状态，以缩小差距，使自己的位置越来越接近猎物，直到捕获到它为止，这一过程就是接近猎物，直到捕获到它为止，这一过程就是鹰的飞行控制过程，是闭环控制过程。鹰的飞行控制过程，是闭环控制过程。3737过程分析

22、：过程分析：目测位置目测位置目测位置目测位置-大脑判断大脑判断大脑判断大脑判断飞行飞行飞行飞行捕猎物捕猎物捕猎物捕猎物猎物位置猎物位置实际位置实际位置+反馈环节反馈环节3838闭环控制系统的特征闭环控制系统的特征 在系统的输入量和输出量之间，还有一条从输出量返回到输入端的反还有一条从输出量返回到输入端的反馈环节馈环节，它们形成了一条闭合回路，反馈环节使得输出量的改变对控制的过程产生直接影响。3939闭环系统与开环控制系统对比闭环系统与开环控制系统对比（可记在书上）（可记在书上）1、闭环控制系统有反馈闭环控制系统有反馈2、开环控制系统信号单向传递、开环控制系统信号单向传递控制器控制器执行器执行器

23、被控对象被控对象给定值给定值被控量被控量干扰信号干扰信号+反馈环节反馈环节-404040第三节第三节 简单控制系统的设计简单控制系统的设计一、控制系统的设计概念一、控制系统的设计概念p119控制系统设计是工程设计的一个特例，所以我们在控制系统设计是工程设计的一个特例，所以我们在控制系统设计是工程设计的一个特例，所以我们在控制系统设计是工程设计的一个特例，所以我们在前面学习的设计基本原则仍然适用。前面学习的设计基本原则仍然适用。前面学习的设计基本原则仍然适用。前面学习的设计基本原则仍然适用。第一步：确定控制的目的。第一步：确定控制的目的。第一步：确定控制的目的。第一步：确定控制的目的。例如速度控

24、制系统时为了达到一个理想的速度；温例如速度控制系统时为了达到一个理想的速度；温度控制系统是为了获得一个合适的温度等度控制系统是为了获得一个合适的温度等第二步：确定系统的被控量，即控制系统要控制什么？第二步：确定系统的被控量，即控制系统要控制什么？第二步：确定系统的被控量，即控制系统要控制什么？第二步：确定系统的被控量，即控制系统要控制什么？一般情况系统的控制目的就是这个系统的被控量，一般情况系统的控制目的就是这个系统的被控量，如速度控制系统的被控量就是速度。如速度控制系统的被控量就是速度。414141第三步：拟定设计规范，一明确系统被控量应达到的第三步：拟定设计规范，一明确系统被控量应达到的第

25、三步：拟定设计规范，一明确系统被控量应达到的第三步：拟定设计规范，一明确系统被控量应达到的精度指标。精度指标。精度指标。精度指标。如速度要多快、温度要多高，允许的误差时多少等。如速度要多快、温度要多高，允许的误差时多少等。第四步：选定控制系统的结构。第四步：选定控制系统的结构。第四步：选定控制系统的结构。第四步：选定控制系统的结构。我们知道控制系统有开环和闭环之分，系统的指标我们知道控制系统有开环和闭环之分，系统的指标（如控制的精度、造价等）将指导我们选择控制系统的（如控制的精度、造价等）将指导我们选择控制系统的类型及闭环控制系统中对反馈环节的要求。类型及闭环控制系统中对反馈环节的要求。系统的

26、执行器一般在这时选定。系统的执行器一般在这时选定。系统的执行器一般在这时选定。系统的执行器一般在这时选定。被控对象确定后，被控对象确定后，就应该选择能有效调节被控对象工作的装置作为执行器。就应该选择能有效调节被控对象工作的装置作为执行器。第五步：建立系统各环节的模型。第五步：建立系统各环节的模型。第五步：建立系统各环节的模型。第五步：建立系统各环节的模型。大型、复杂控制系统的分析和仿真都依赖于模型大型、复杂控制系统的分析和仿真都依赖于模型大型、复杂控制系统的分析和仿真都依赖于模型大型、复杂控制系统的分析和仿真都依赖于模型的建立。的建立。的建立。的建立。424242第六步：确定待调参数。第六步：

27、确定待调参数。第六步：确定待调参数。第六步：确定待调参数。不管时对模型进行仿真还是进行系统实际实验，我不管时对模型进行仿真还是进行系统实际实验，我们都要指出最能影响系统性能的一些参数作为仿真或实们都要指出最能影响系统性能的一些参数作为仿真或实验时观察、调整的对象，通过对它们的调整，使系统达验时观察、调整的对象，通过对它们的调整，使系统达到最佳的性能。到最佳的性能。最后一步：分析、实验系统的性能。最后一步：分析、实验系统的性能。最后一步：分析、实验系统的性能。最后一步：分析、实验系统的性能。如果通过调节待调参数系统达到了期望的性能，如果通过调节待调参数系统达到了期望的性能，设计工作就告结束。否则

28、，就要修改设计，包括改进设计工作就告结束。否则，就要修改设计，包括改进系统结构甚至放宽指标要求等。系统结构甚至放宽指标要求等。434343 控制系统设计的基本过程：控制系统设计的基本过程：确定控制目的确定控制目的确定控制目的确定控制目的确定被控量确定被控量确定被控量确定被控量拟定控制要求拟定控制要求拟定控制要求拟定控制要求（设计指标）（设计指标）（设计指标）（设计指标）确定系统结构确定系统结构确定系统结构确定系统结构建立控制器、被控对象、执建立控制器、被控对象、执建立控制器、被控对象、执建立控制器、被控对象、执行机构和反馈环节的模型行机构和反馈环节的模型行机构和反馈环节的模型行机构和反馈环节的

29、模型确定待调参数确定待调参数确定待调参数确定待调参数分析、实验系统性能分析、实验系统性能分析、实验系统性能分析、实验系统性能若满足规范要求，若满足规范要求，若满足规范要求，若满足规范要求，设计工作结束。设计工作结束。设计工作结束。设计工作结束。若性能不若性能不若性能不若性能不能满足设能满足设能满足设能满足设计规范要计规范要计规范要计规范要求，重新求，重新求，重新求，重新确定系统确定系统确定系统确定系统结构、部结构、部结构、部结构、部件性能等件性能等件性能等件性能等指标指标指标指标444444二、设计实例二、设计实例（一）明确设计目的（一）明确设计目的（一）明确设计目的（一）明确设计目的在很多大

30、型运动场的周边，我们会经常看到会定时翻在很多大型运动场的周边，我们会经常看到会定时翻转的广告牌（如图转的广告牌（如图4-27）。现在，来）。现在，来设计一个会翻转设计一个会翻转设计一个会翻转设计一个会翻转的广告牌的广告牌的广告牌的广告牌。45（二）确定被控量及设计指标（二）确定被控量及设计指标（二）确定被控量及设计指标（二）确定被控量及设计指标（三）确定系统结构（三）确定系统结构4546（四）选择实现方法（四）选择实现方法（四）选择实现方法（四）选择实现方法4647（五）部件模型及主要参数的确定（五）部件模型及主要参数的确定（六）验证、完成你的设计（六）验证、完成你的设计应尽可能做到：应尽可能

31、做到：（1）用计算机绘制各部分的原理）用计算机绘制各部分的原理及安装图及安装图（2）设计系统制作的工作流程）设计系统制作的工作流程（3）协同工作，共同完成整个设计。）协同工作，共同完成整个设计。4748（七）评估你的设计（七）评估你的设计 当你完成设计后，它是否达到了你的预期目的，你当你完成设计后，它是否达到了你的预期目的，你当你完成设计后，它是否达到了你的预期目的，你当你完成设计后，它是否达到了你的预期目的，你可能要从以下几个方面进行评估：可能要从以下几个方面进行评估：可能要从以下几个方面进行评估：可能要从以下几个方面进行评估：1、系统是否安全、可靠？能否按设计的要求工作？、系统是否安全、可

32、靠？能否按设计的要求工作？2、其他人对你的设计有什么看法？、其他人对你的设计有什么看法？3、整个系统的造价使多少？、整个系统的造价使多少？4、如果你有更多的时间，你将会对设计做哪些改进？、如果你有更多的时间，你将会对设计做哪些改进？5、为你的设计写一份使用说明书。、为你的设计写一份使用说明书。4849第三节第三节 简单控制系统的设计简单控制系统的设计 小结小结一、控制系统的设计概念一、控制系统的设计概念一、控制系统的设计概念一、控制系统的设计概念二二二二 、控制系统的设计的过程控制系统的设计的过程控制系统的设计的过程控制系统的设计的过程 第一步：确定控制的目的。第一步：确定控制的目的。第一步：

33、确定控制的目的。第一步：确定控制的目的。第二步：确定系统的被控量，即控制系统要控制什么？第二步：确定系统的被控量，即控制系统要控制什么？第二步：确定系统的被控量，即控制系统要控制什么？第二步：确定系统的被控量，即控制系统要控制什么？第三步：拟定设计规范，一明确系统被控量应达到的精度指标。第三步：拟定设计规范，一明确系统被控量应达到的精度指标。第三步：拟定设计规范，一明确系统被控量应达到的精度指标。第三步：拟定设计规范，一明确系统被控量应达到的精度指标。第四步：选定控制系统的结构。第四步：选定控制系统的结构。第四步：选定控制系统的结构。第四步：选定控制系统的结构。第五步：建立系统各环节的模型。第

34、五步：建立系统各环节的模型。第五步：建立系统各环节的模型。第五步：建立系统各环节的模型。第六步：确定待调参数。第六步：确定待调参数。第六步：确定待调参数。第六步：确定待调参数。最后一步：分析、实验系统的性能。最后一步：分析、实验系统的性能。最后一步：分析、实验系统的性能。最后一步：分析、实验系统的性能。50一、干扰对控制功能的影响一、干扰对控制功能的影响p125 在日常生活中，干扰是时常存在的。例如，人在逆在日常生活中，干扰是时常存在的。例如，人在逆风中骑自行车，逆风对自行车的速度构成干扰，要保持风中骑自行车，逆风对自行车的速度构成干扰，要保持速度不变，人就需要用力蹬车，以克服这一干扰速度不变

35、，人就需要用力蹬车，以克服这一干扰.自行车自行车风风应保持的速度应保持的速度行车速度行车速度第四节第四节 控制控制中的干扰中的干扰5051在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引在控制系统中，除输入量（给定值）以外，引起被控量变化的各种因素成为干扰因素起被控量变化的各种因素成为干扰因素 有的干扰因素是由于环境造成的，如影响自行车有的干扰因素是由于环境造成的，如影响自行车行驶速度的变化的自然风、雨水等；行驶速度的变化的自然风、雨水等；有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航有的干扰因素是人为原因所致，如影响飞机导航信号的手机信号等。信号的手机信号等。51要点：系统行为、被控量量值变化；引起变化

36、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。要点：系统行为、被控量量值变化；引起变化的各种因素。要点：系统行为、被控量量值变化；引起变化的各种因素。52 控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干控制系统中，干扰因素可能有一个，也可能有若干个。如战士在大风大雨中进行射击练习，风和雨都是子个。如战士在大风大雨中进行射击练习，风和雨都是子弹命中准确度的干扰因素。弹命中准确度的干扰因素。控制系统在工作过程中必须克服干扰，使被控量稳控制系统在工作过程中必须克服干扰，使被控量稳定。空调器的温度控制系统是闭环控制系统，它能克服定。空调器的温度控制系统是闭环控制系统，它能克服室外温度变

37、化这一干扰，当室外温度升高时，空调器监室外温度变化这一干扰，当室外温度升高时，空调器监测出干扰引起的室内温度变化，通过启动压缩机降温来测出干扰引起的室内温度变化，通过启动压缩机降温来克服这一干扰，使室温保持稳定。克服这一干扰，使室温保持稳定。525353 在大海中航行的轮船，由于波浪的影响会产生晃动（如图在大海中航行的轮船，由于波浪的影响会产生晃动（如图4-44）。据资料介绍，如果不采取措施，即使在正常的海浪下，摇）。据资料介绍，如果不采取措施，即使在正常的海浪下，摇晃的幅度也可高达晃的幅度也可高达18。波浪的影响就是作用在船上的干扰。波浪的影响就是作用在船上的干扰。轧钢厂的轧辊机的速度控制系

38、统，如图轧钢厂的轧辊机的速度控制系统，如图4-45所示，当钢板通所示，当钢板通过轧辊机时，将产生巨大的负载变化或干扰，使轧辊的速度变慢。过轧辊机时，将产生巨大的负载变化或干扰，使轧辊的速度变慢。54思考思考在下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？在下表所列控制系统中，可能存在哪些干扰因素？控制系统控制系统干扰因素干扰因素自动扶梯的升降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利用滑轮组提升重物的控制装置制装置蔬菜大棚的温度控制蔬菜大棚的温度控制载人的多少载人的多少载人的多少载人的多少摩擦力，重物的质量摩擦力，重物的质量摩擦力，重物的质量摩擦力，重物的质量外界温度外界温度外界温度外

39、界温度5455 电视机有时在正常工作时，突然出现图像闪烁厉害或画面电视机有时在正常工作时，突然出现图像闪烁厉害或画面紊乱等情况，这是由于它受到外界磁场干扰所导致的现象。紊乱等情况，这是由于它受到外界磁场干扰所导致的现象。如果在电视机周围放置一台电冰箱，当电冰箱启动工作时，如果在电视机周围放置一台电冰箱，当电冰箱启动工作时，会形成一定范围的磁场，将对电视机的图像造成干扰，使其画面会形成一定范围的磁场，将对电视机的图像造成干扰，使其画面紊乱。又如，空调器在工作时也会向周围空间发射大量的电磁波，紊乱。又如，空调器在工作时也会向周围空间发射大量的电磁波，如果电视机与空调器的距离很近，电磁波将对电视机图

40、像造成干如果电视机与空调器的距离很近，电磁波将对电视机图像造成干扰。此外，电风扇、日光灯等电器也会对电视机产生不同程度的扰。此外，电风扇、日光灯等电器也会对电视机产生不同程度的磁场干扰，从而导致电视机的图像出现抖动，波纹等现象。磁场干扰，从而导致电视机的图像出现抖动，波纹等现象。案例分析案例分析 电视机最忌磁场干扰，这些近距离的家电视机最忌磁场干扰，这些近距离的家用电器所形成的磁场，就是电视机正常工作用电器所形成的磁场，就是电视机正常工作时的干扰因素。克服这些干扰因素的办法就时的干扰因素。克服这些干扰因素的办法就是将家用电器远离电视机放置。是将家用电器远离电视机放置。5556 在一般控制系统中

41、，干扰因素是需要克服的。而在有些情况在一般控制系统中，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。如在军事演习中，红方下，却可以利用干扰因素实现某种目的。如在军事演习中，红方利用一定频率的电磁波对蓝方的信息指挥系统进行干扰，使之不利用一定频率的电磁波对蓝方的信息指挥系统进行干扰，使之不能正常工作。但在生产生活中，我们需要以谨慎、严谨的态度对能正常工作。但在生产生活中，我们需要以谨慎、严谨的态度对待干扰因素的利用。待干扰因素的利用。5657（2）举出一些由于干扰而使控制系统受到影响的例子。）举出一些由于干扰而使控制系统受到影响的例子。（1）在出现干扰的情况下，开环控制系

42、统和闭环控制系）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？统哪种受干扰的影响小？为什么？答案：答案：闭环控制系统受影响较小，因为闭环控制系闭环控制系统受影响较小，因为闭环控制系闭环控制系统受影响较小，因为闭环控制系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。统能不断修正控制效果。统能不断修正控制效果。统能不断修正控制效果。答案：答案：雨天交通雨天交通雨天交通雨天交通 病毒攻击病毒攻击病毒攻击病毒攻击 手机干扰飞机手机干扰飞机手机干扰飞机手机干扰飞机恭喜答对了恭喜答对了恭喜答对了恭喜答对了5858二、克服干扰的基本方法二、克服干扰的基本方法p126

43、 就干扰的性质来说，有些干扰是可以避免的，而有就干扰的性质来说，有些干扰是可以避免的，而有些干扰是不可以避免的。些干扰是不可以避免的。例如：风对飞行中的飞机、导弹的干扰是不可避免的。例如：风对飞行中的飞机、导弹的干扰是不可避免的。对于这类干扰，我们只能在提高控制系统的性能上多下对于这类干扰，我们只能在提高控制系统的性能上多下功夫。功夫。对于有些干扰，可以采取消除、减弱的办法。如在室内对于有些干扰，可以采取消除、减弱的办法。如在室内进行投掷飞镖活动，就可消除或减弱风对飞镖飞行的干进行投掷飞镖活动，就可消除或减弱风对飞镖飞行的干扰。扰。一些化学反应容易受到温度变化的影响，我们可以使它一些化学反应容

44、易受到温度变化的影响，我们可以使它们在恒温环境中进行。们在恒温环境中进行。593 3、提高控制系统性能、提高控制系统性能、提高控制系统性能、提高控制系统性能克服干扰的基本方法克服干扰的基本方法就是要分析干扰的性质，然就是要分析干扰的性质，然就是要分析干扰的性质，然就是要分析干扰的性质，然后对症下药。后对症下药。后对症下药。后对症下药。1 1、消除干扰、消除干扰、消除干扰、消除干扰2 2、减弱干扰、减弱干扰、减弱干扰、减弱干扰60第四节 小结一一 干扰对控制功能的影响干扰对控制功能的影响二二 克服干扰的基本方法克服干扰的基本方法就是要分析干扰的性就是要分析干扰的性质，然后对症下药。质，然后对症下药。1 1、消除干扰、消除干扰、消除干扰、消除干扰2 2、减弱干扰、减弱干扰、减弱干扰、减弱干扰3 3、提高控制系统性能、提高控制系统性能、提高控制系统性能、提高控制系统性能本章总结见课本本章总结见课本本章总结见课本本章总结见课本p131p13161全全剧剧终终2010-6-4