《闭环控制系统的干扰与反馈》教学设计

《闭环控制系统的干扰与反馈》教学设计

闭环控制中的干扰与反馈

教学目标：

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。

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、分析克服十扰的具体方法；

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、控制系统有哪儿部分组成？

【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、干扰因素

1、干扰的概念

【涵义工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。

2、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卜伏笔）

（2）、思考与分析

（a）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。

（b）举出一些由于干扰而使控制系统受到影响的例子c

雨天交通病毒攻击手机干扰飞机

3、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，进一步思考克服下一扰

的方法）

（1）克服的基本方法：

a、消除干扰

b、减弱干扰

c、提高控制系统性能

（2）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、船设计；

（3）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"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

二、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

靶的位置

投掷飞镖眼睛飞镖实际投掷的位置

（期望值）

三、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

输入输出需要了解的情况

子

观察计算机的基本计算机的基本性

运行应用程序计算机的反应

性能能

测定钢材的硬度技术试验钢的性能情况钢的硬度

图像、声音、外清晰度