功能模拟的思想方法在ppt课件.ppt

控制系统的设计与实施1 控制系统设计的一般思路2 控制系统的设计与实施案例 1 2课时 2课时 2 3课时 2 3课时 建议课时 课程目标 1 了解设计的基本知识 初步掌握技术设计的一般规律和基本技能 了解他们在日常生活和生产中的应用 能对技术设计过程 方案和成果作出比较全面地评价 2 能从设计的角度理解 控制的一般概念 了解简单的 控制设计的基本知识 以及这些知识与日常生活和工农业生产的内在联系和广泛应用 3 经历将 控制的基本知识应用于技术实践的过程 初步掌握 控制的基本思想方法 并能综合运用所学知识和技能解决一些实际问题 发展创新精神和理论运用于实践的能力 内容标准 1 理解控制的涵义及其在生产和生活中的应用 2 分析典型的案例 了解手动控制 组动控制 熟悉简单的开环控制和闭环控制的基本组成和简单的工作过程 3 能画出一个简单的闭环控制系统的方框图 理解其中的控制器 执行器等环节的作用 熟悉反馈环节的作用 4 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 5 了解简单的被控制对象的基本特性 能确定被控量 控制量 画出控制系统的方框图 并形成初步的控制设计的方案 6 能根据开环控制系统的设计方案 制作一个控制装置 或者能根据简单闭环控制系统的设计方案 进行实施 学会调试运行 提出改进方案 本单元总的设计思路 控制的手段控制系统控制系统的设计 控制的手段与应用 内容 控制系统的工作过程与方式 闭环控制系统的干扰与反馈 控制系统的设计与实施 控制系统的主要思想方法 功能模拟方法 功能模拟方法是以功能和行为的相似性为基础 用模型来实现一定功能和行为的方法 例如猎手瞄准猎物的过程与自动火炮系统瞄准射击目标的功能行为是相似的 但二者的内部结构和物理过程是不同的 又如在国际象棋人机对弈中 计算机具有与人脑相似的逻判断功能 故能模拟棋手的思维与人下棋 功能模拟方法是美国数学家维纳提出的 他在此基础上创立了控制论 为现代科学技术 如仿生学 人工智能等 提供了崭新的科学方法 黑箱方法 把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 此方法提供了一种不必打开黑箱 即不能打开又不能从外部直接观察其内部状态的复杂系统 就可以研究其内部结构和功能的方法 它提供了一条从综合角度认识事物的重要途径 例如 在中医看病 买西瓜 作脑电图或心电图等事物中就用这种方法 控制系统的主要思想方法 反馈 将输出量通过适当装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程叫反馈 反馈方法 利用反馈来分析和处理被控对象 对系统生成的偏差进行调整和补偿 使系统沿着预期的目标运行的方法 闭环控制系统一定要用反馈方法 常用的检测与反馈装置 传感器是检测被控量并把检测结果转变成控制器能识别的信号的转换装置 故它在控制系统中又称为检测器 常用的传感器有光 声 电 温度 压力 位移 湿度等传感器 它们相当于人体的眼 耳 鼻 皮肤 手等器官 许多传感器都把所需要检测的信号转换成电信号 以便于识别和传输 关于 功能模拟法的理解 功能模拟法是一种不要求系统结构相同而只要求系统的行为和功能相似的方法 它的特点是撇开系统的物质基础 能量状态和内部结构 只通过系统的行为来研究其功能 只研究系统与环境之间的动态平衡关系 要求模型表现与原型相似的合目的性行为 也就是说 功能模拟法就是以功能和行为的相似性为基础 用 模型 模拟 原型 的功能与行为地方法 4 这种功能模拟的思想方法突破了无机界 生命界与思维现象之间的界限 把不同物质结构的系统都视为一个具有信息变换和反馈的功能系统 特别是将人的行为 目的和大脑神经活动与电子的 机械的运动联系起来 发现了其功能的相似性和统一性 得出了与传统科学完全不同的重要结论 它也为当代科学研究开辟了一条崭新的途径 在对人工智能和仿生学等的研究中正日益发挥着重要作用 5 功能模拟的思想方法在系统工程学中属于系统的建模范畴 建模方法的基础是 不同事物或想象之间的相似性 或外形的相似 或结构的相似 或行为的相似 或逻辑关系的相似等 如果两个事物是相似的 就可以把其中较为简单的 易于描述和处理的一方作为模型 较为复杂的 难于描述和处理的一方作为原型 这种方法可以 借助描述和处理模型来获取对原型的知识和处理方法 控制器实际上就是代替了人工控制系统中人的大脑的作用 它根据输入信号和反馈信号来确定控制信号 传感器的作用就像是控制系统的眼睛和皮肤 感知控制系统中的各种变化 配合系统的其他部分共同完成控制任务 如果把传感器比喻成人的感觉器官的话 那么执行器在自动控制系统中的作用就是相当于人的四肢 它接受调节器的控制信号 改变操纵变量 使生产过程按预定要求正常执行 摘自 劳动与技术 第三期 刘海林撰写的 功能模拟的思想方法在 控制与设计 教学中的应用 一文 关于干扰的理解 关于什么是控制系统中的干扰因素的问题的界定有多种说法 如 在控制系统中 除输入量 给定值 以外 引起被控量发生变化的各种因素称为干扰因素 2 在实际的控制系统中 常常会有一些变化不定的因素对系统的行为造成不利的影响 这种有害的因素我们称其为干扰 3 对于一般的控制系统来说 多余的 不需要的 强制的 输入 便称为系统的干扰 另一方面 如果削减系统生存所必需的输入也是干扰 对系统来说 不仅输入端有干扰 输出端同样有干扰 如制约输出或强制作过量的输出等都是干扰 制约输出 如企业的产品受市场制约而减少了销量 强制过量输出如 竭泽而渔 系统的输入和输出的 过与不及 都是干扰 对于复杂控制系统而言 干扰是不可避免的 因为复杂系统由多层次 多品种的诸多子系统构成 各子系统都有其自由度和相对独立性 各子系统间的输入和输出不可能配合得尽善尽美 必有多余和不足的输入和输出 这些多余和不足的输入和输出就成了系统的干扰 对于社会系统来说 其输入是自然界给予的一切 人们从自然界获取空气 阳光 雨露 及生产生活所需要的一切资源 这是社会系统 输入 的需要 但自然界会 发威 各种自然灾害是社会系统所不需要的 但生活在地球上的人们不得不接受自然灾害的干扰 而社会系统对自然界的 输出 一方面是人们对自然界的 改造 另一方面是废物的排放 废气 废水 废渣 垃圾排向自然界 这是自然界所不需要的 但人类强迫自然界接受这些废物 就是对自然界生态平衡的干扰 4 由以上的论述可知 判断什么是干扰要从两方面来看 一方面 对于控制系统的整体而言 属于系统之外的 是多余的 不需要的 强制的 输入 便称为系统的干扰 另一方面 对于控制系统的部分而言 如果前一子系统的输出与下一子系统所需要的输入不匹配 就会造成下一子系统的输入的多余和不足 这种多余和不足的输入和输出就成了系统的干扰 一般情况下 对于简单控制系统较为规范和严谨的判断方法是 先要确定所要设计的控制系统 然后对所设计控制系统本身的各个环节进行具体分析 找出各环节可能受到的干扰因素 属于系统之外的 是多余的 不需要的 强制的 输入 再分析这些干扰可能会对系统的输出造成什么样的影响 哪些是必须考虑的 那些是可以忽略的 那些是要综合考虑的 那些事要独立考虑的 最后整理出系统设计所要考虑的主要的干扰因素 这样的分析才会针对性更强 对控制系统如何克服这些干扰的设计帮助更大 分析和判断控制系统可能存在的干扰因素的最终目的 是为了使我们设计的控制系统 在干扰影响控制之前就进行必要的防范和修正 使得控制系统能够 对控制对象进行有效控制以减小乃至消除偏差 5 所以要准确判断一个控制系统所存在的干扰因素 还要结合系统所要实现的最终目标进行综合考量 搞清楚这种干扰产生的原因 可能对控制系统所造成的后果和它将对控制系统的哪个环节产生影响等 这种干扰因素的分析才对我们进行控制系统的设计有所帮助 摘自 教育教学 杂志第六期 刘海林撰写的 如何判断控制系统中的 干扰 因素 一文 第一节控制的手段与应用 教材给出的学习目标 1 理解控制的含义 2 了解控制的手段 3 理解控制在生活和生产中的应用 教材的编写脉络 控制的手段控制的应用 教材的知识内容 教材给出的学习目标 1 理解控制的含义 2 了解控制的手段 3 理解控制在生活和生产中的应用 一 控制的含义 人们根据自己的意愿或目的 通过一定的方法和手段 使事物沿着某一确定的方向发展就形成了控制 控制技术在近现代得到迅速发展 在工业 农业 服务行业等几乎生产 生活中的各个领域 都得到了广泛的应用 使人们从繁重或危险的体力劳动中解放出来 提高了产品的质量和生产率 也给人们的生活带来了高效 方便和舒适 控制的方式有人工控制 又称手动控制 自动控制 是指在无人直接参与的情况下运行的控制 它是用控制装置来代替 人 的作用的控制系统 是现代科学与技术的一个重要分支 按照执行部件的不同 还可分为机械控制 电子控制 计算机控制 液压控制