资源简介

(共15张PPT)
三 闭环控制系统的
干扰和反馈
学习目标
能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素，并作分析。
熟悉闭环控制系统中反馈环节的作用。
熟悉闭环控制系统的工作过程。
了解功能模拟方法和黑箱方法在控制系统中的应用。
1 干扰因素
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，要保持速度不变，人就需要用力蹬车，以克服这一干扰；在飞机飞行过程中，手机信号对导航信号构成干扰，直接影响飞行安全，所以乘客必须关闭手机。
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。
有的干扰因素是由于环境造成的，有的干扰因素是人为原因所致。
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克服这一干扰，使室温保持稳定。
在电冰箱的温度控制系统中，下列情况是否属于影响其温度控制的干扰因素？
控制系统 干扰因素
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
扶梯承载的重量、电机输入电压的波动等
重物的重量、滑轮组的摩擦力等
大棚外的环境温度变化、大棚保温材料的保温性能改变等
电视机
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、严谨的态度对待干扰因素的利用。
生活中哪些干扰因素是可以利用的？如何进行利用？
如何看待控制系统中的干扰因素，请进行一下辩论。
正方：干扰因素都是需要克服的。
反方：干扰因素有时也可以被利用。
问题思考：
在控制系统中怎么克服或利用干扰因素？
需要通过什么过程来克服或利用？
2 反馈
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。
投篮
×
控制器（大脑）
执行器（手）
被控对象（篮球）
篮球实际投掷的位置
监测装置（眼睛）
篮圈的位置
+
-
（1）什么是反馈
人在驾车时，要使运行中的骑车保持40km/h的速度不变，司机需要目视速度计（监测装置），然后与给定值（40km/h）进行比较、运算，若与给定值有偏差，就通过调节加速器或制动器（即踩油门或踩刹车）来增减速度。因此，反馈使驾驶工作过程形成了一个闭环：检测－－比较－－运算－－操作－－监测，如此反复，直到被控量的值与给定值一致为止。
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。
自
动
电
水
壶
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
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
视力保护提醒器报警试验
试验目的：
试验准备：
试验过程：
试验总结：
从反馈来看，闭环控制系统就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。
由于某种干扰因素的存在，系统的被控量偏离给定值时，闭环控制系统中的反馈环节能及时检测出被控量的值，并迅速反馈到输入端，与给定值进行比较，控制器根据比较得到的偏差信号进行调节，从而使系统的被控量接近给定值，达到精确控制的目的。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。
（2）闭环控制系统的工作过程
供水水箱的水位自动控制系统
加热炉的温度自动控制系统
（3）闭环控制系统与开环控制系统的比较
优、特点 抗干扰因
素的能力 适用场合
开环
控制系统
闭环
控制系统
结构简单，但控制精确度相对比较低
控制精度高,但设计较麻烦，结构较复杂，成本较高
较弱，没有自动纠正的能力
较强，能对被控量的偏差进行调整和补偿
控制精度要求不高而系统本身的元件又比较稳定的场合
要求高精度和高可靠性的场合
3 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。
模拟医院
历史上曾经有过能模拟人的动作行为的各种模型，却没有解决从结构上模拟人的大脑进行思考的问题，因为人的大脑太复杂了。在没有彻底弄清人脑内部结构和机理的情况下，必须另辟一条新的模拟途径，这条途径不要求从结构上去模拟人脑，而是只要求模型在功能行为上与人脑相似。也就是说，仅仅根据模型和人脑在功能行为上的相似，实现对人脑的模拟。
功能模拟方法的提出
功能模拟方法对技术设计有何意义？
4 黑箱方法
在生活中，有时我们需要认识的对象的内部无法打开或不便打开，这时，可以通过观测和考察它的输入和输出的关系来推测其内部的特性和功能。例如，中医看病通过“望、闻、问、切”来了解病人的病况，最后对病情作出判断；夏天买西瓜，可以通过“看瓜形、看瓜色、听瓜声、测弹性”来判断西瓜的成熟。这些事例都没有打开事物直接观看内部结构，而是通过观察外部或试验等方法来认识事物的。
这种把将要研究的系统作为黑箱，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，就是黑箱方法。
黑箱方法就是通过观测黑箱外部输入信息（外部对黑箱的影响）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。
列举黑箱方法应用的例子
P116练习1、2、3荷兰国际象棋人机对抗赛
艾尔文与Zap!Chess战平
http:// 2007年03月09日17:52 新浪体育
　　新浪体育讯　在美国新泽西人机对抗赛进行的同时，在荷兰东南部城市马斯特里希特也上演了一场人机大战。比赛的双方是22岁的荷兰特级大师拉米-艾尔文和曾获2005计算机国际象棋世锦赛冠军的美国计算机程序Zap!Chess。
　　和新泽西人机大赛相同的是，这个比赛的条件也稍稍向人类倾斜。但不同的是，荷兰人机大赛中，双方的子力相同，但拥有的思考时间不同。计算机程序Zap!Chess只有30分钟，而且在轮到人类走棋时，不允许进行“思考”。而荷兰特级大师艾尔文则有四个半小时的思考时间(前两小时走30步棋，后面两小时再走30步棋。此后15分钟包干，但每步棋加15秒)。
　　比赛在当地时间3月7日和8日举行。在首盘棋中，执白先行的Zap!Chess拿出了苏格兰开局。艾尔文选择了较为稳健的变化。对局前20回合，计算机一直稍占主动。此后，艾尔文兑象将局面带入车兵残局。Zap!Chess在残局中表现得不是很好，艾尔文曾一度拥有胜机，但遗憾的是艾尔文也出现了失误，没能赢下来，双方在第68回合战平。
　　第二盘棋中，双方走成了后翼弃兵布局。最终经过45回合在车马兵残局中下和。艾尔文赛后表示自己这盘棋开局走得不理想，中局也出现了失误，但残局阶段表现得不错，能够取得和棋还是比较满意的。
　　Zap!Chess曾在2005年计算机国际象棋世锦赛上以11战10.5分获得冠军。窗体顶端窗体底端
但在2006年都灵举行的计算机窗体底端
国际象棋 ( http: / / www. / n k=%B9%FA%BC%CA%CF%F3%C6%E5" \o "国际象棋" \t "_blank )世锦赛则表现不佳。它的开发者今年又推出了新版本，据说比原版本等级分高出将近100分。据介绍，Zap!Chess沿用了当年“深蓝”的“单步延伸”搜索算法，其战术能力相当强。但局面对弈能力相对弱一些。
　　荷兰特级大师艾尔文1985年出生，目前等级分为2594。为荷兰的五号棋手。(塔尔）

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