控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和干擾

當(dāng)前1頁(yè)，總共28頁(yè)。當(dāng)前2頁(yè)，總共28頁(yè)。當(dāng)前3頁(yè)，總共28頁(yè)。第四章控制與設(shè)計(jì)第三節(jié)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)前4頁(yè)，總共28頁(yè)。555第三節(jié)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念p119控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)的一個(gè)特例，所以我們?cè)谇懊鎸W(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)基本原則仍然適用。第一步：確定控制的目的。

例如速度控制系統(tǒng)時(shí)為了達(dá)到一個(gè)理想的速度；溫度控制系統(tǒng)是為了獲得一個(gè)合適的溫度等第二步：確定系統(tǒng)的被控量，即控制系統(tǒng)要控制什么？

一般情況系統(tǒng)的控制目的就是這個(gè)系統(tǒng)的被控量，如速度控制系統(tǒng)的被控量就是速度。當(dāng)前5頁(yè)，總共28頁(yè)。666第三步：擬定設(shè)計(jì)規(guī)范，以明確系統(tǒng)被控量應(yīng)達(dá)到的精度指標(biāo)。如速度要多快、溫度要多高，允許的誤差是多少等。第四步：選定控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

我們知道控制系統(tǒng)有開環(huán)和閉環(huán)之分，系統(tǒng)的指標(biāo)（如控制的精度、造價(jià)等）將指導(dǎo)我們選擇控制系統(tǒng)的類型及閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)反饋環(huán)節(jié)的要求。

系統(tǒng)的執(zhí)行器一般在這時(shí)選定。被控對(duì)象確定后，就應(yīng)該選擇能有效調(diào)節(jié)被控對(duì)象工作的裝置作為執(zhí)行器。第五步：建立系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的模型。

大型、復(fù)雜控制系統(tǒng)的分析和仿真都依賴于模型的建立。當(dāng)前6頁(yè)，總共28頁(yè)。777第六步：確定待調(diào)參數(shù)。

不管是對(duì)模型進(jìn)行仿真還是進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)際實(shí)驗(yàn)，我們都要指出最能影響系統(tǒng)性能的一些參數(shù)作為仿真或?qū)嶒?yàn)時(shí)觀察、調(diào)整的對(duì)象，通過對(duì)它們的調(diào)整，使系統(tǒng)達(dá)到最佳的性能。最后一步：分析、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的性能。

如果通過調(diào)節(jié)待調(diào)參數(shù)系統(tǒng)達(dá)到了期望的性能，設(shè)計(jì)工作就告結(jié)束。否則，就要修改設(shè)計(jì)，包括改進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)甚至放寬指標(biāo)要求等。當(dāng)前7頁(yè)，總共28頁(yè)。888※

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本過程：確定控制目的確定被控量擬定控制要求（設(shè)計(jì)指標(biāo)）確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建立控制器、被控對(duì)象、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋環(huán)節(jié)的模型確定待調(diào)參數(shù)分析、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)性能若滿足規(guī)范要求，設(shè)計(jì)工作結(jié)束。若性能不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，重新確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、部件性能等指標(biāo)當(dāng)前8頁(yè)，總共28頁(yè)。999二、設(shè)計(jì)實(shí)例（一）明確設(shè)計(jì)目的

在很多大型運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的周邊，我們會(huì)經(jīng)?？吹綍?huì)定時(shí)翻轉(zhuǎn)的廣告牌（如圖4-27）。現(xiàn)在，來設(shè)計(jì)一個(gè)會(huì)翻轉(zhuǎn)的廣告牌。當(dāng)前9頁(yè)，總共28頁(yè)。10（二）確定被控量及設(shè)計(jì)指標(biāo)（三）確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)10當(dāng)前10頁(yè)，總共28頁(yè)。11（四）選擇實(shí)現(xiàn)方法11當(dāng)前11頁(yè)，總共28頁(yè)。12（五）部件模型及主要參數(shù)的確定（六）驗(yàn)證、完成你的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能做到：（1）用計(jì)算機(jī)繪制各部分的原理及安裝圖。（2）設(shè)計(jì)系統(tǒng)制作的工作流程。（3）協(xié)同工作，共同完成整個(gè)設(shè)計(jì)。12當(dāng)前12頁(yè)，總共28頁(yè)。13（七）評(píng)估你的設(shè)計(jì)

當(dāng)你完成設(shè)計(jì)后，它是否達(dá)到了你的預(yù)期目的，你可能要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估：1、系統(tǒng)是否安全、可靠？能否按設(shè)計(jì)的要求工作？2、其他人對(duì)你的設(shè)計(jì)有什么看法？3、整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)是多少？4、如果你有更多的時(shí)間，你將會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)做哪些改進(jìn)？5、為你的設(shè)計(jì)寫一份使用說明書。13當(dāng)前13頁(yè)，總共28頁(yè)。14第三節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的過程

小結(jié)：一、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念。

二、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的過程。

第一步：確定控制的目的。

第二步：確定系統(tǒng)的被控量，即控制系統(tǒng)要控制什么？

第三步：擬定設(shè)計(jì)規(guī)范，一明確系統(tǒng)被控量應(yīng)達(dá)到的精度指標(biāo)。

第四步：選定控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

第五步：建立系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的模型。

第六步：確定待調(diào)參數(shù)。

最后一步：分析、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的性能。當(dāng)前14頁(yè)，總共28頁(yè)。15一、干擾對(duì)控制功能的影響p125

在日常生活中，干擾是時(shí)常存在的。例如，人在逆風(fēng)中騎自行車，逆風(fēng)對(duì)自行車的速度構(gòu)成干擾，要保持速度不變，人就需要用力蹬車，以克服這一干擾.自行車風(fēng)應(yīng)保持的速度行車速度第四節(jié)

控制中的干擾15當(dāng)前15頁(yè)，總共28頁(yè)。16在控制系統(tǒng)中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量變化的各種因素成為干擾因素

有的干擾因素是由于環(huán)境造成的，如影響自行車行駛速度的變化的自然風(fēng)、雨水等；有的干擾因素是人為原因所致，如影響飛機(jī)導(dǎo)航信號(hào)的手機(jī)信號(hào)等。16要點(diǎn)：系統(tǒng)行為、被控量量值變化；引起變化的各種因素。當(dāng)前16頁(yè)，總共28頁(yè)。17

控制系統(tǒng)中，干擾因素可能有一個(gè)，也可能有若干個(gè)。如戰(zhàn)士在大風(fēng)大雨中進(jìn)行射擊練習(xí)，風(fēng)和雨都是子彈命中準(zhǔn)確度的干擾因素。

控制系統(tǒng)在工作過程中必須克服干擾，使被控量穩(wěn)定。空調(diào)器的溫度控制系統(tǒng)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，它能克服室外溫度變化這一干擾，當(dāng)室外溫度升高時(shí)，空調(diào)器監(jiān)測(cè)出干擾引起的室內(nèi)溫度變化，通過啟動(dòng)壓縮機(jī)降溫來克服這一干擾，使室溫保持穩(wěn)定。17當(dāng)前17頁(yè)，總共28頁(yè)。1818

在大海中航行的輪船，由于波浪的影響會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)（如圖4-44）。據(jù)資料介紹，如果不采取措施，即使在正常的海浪下，搖晃的幅度也可高達(dá)18°。波浪的影響就是作用在船上的干擾。

軋鋼廠的軋輥機(jī)的速度控制系統(tǒng)，如圖4-45所示，當(dāng)鋼板通過軋輥機(jī)時(shí)，將產(chǎn)生巨大的負(fù)載變化或干擾，使軋輥的速度變慢。當(dāng)前18頁(yè)，總共28頁(yè)。19思考在下表所列控制系統(tǒng)中，可能存在哪些干擾因素？載人的多少摩擦力，重物的質(zhì)量外界溫度19當(dāng)前19頁(yè)，總共28頁(yè)。20

電視機(jī)有時(shí)在正常工作時(shí)，突然出現(xiàn)圖像閃爍厲害或畫面紊亂等情況，這是由于它受到外界磁場(chǎng)干擾所導(dǎo)致的現(xiàn)象。如果在電視機(jī)周圍放置一臺(tái)電冰箱，當(dāng)電冰箱啟動(dòng)工作時(shí)，會(huì)形成一定范圍的磁場(chǎng)，將對(duì)電視機(jī)的圖像造成干擾，使其畫面紊亂。又如，空調(diào)器在工作時(shí)也會(huì)向周圍空間發(fā)射大量的電磁波，如果電視機(jī)與空調(diào)器的距離很近，電磁波將對(duì)電視機(jī)圖像造成干擾。此外，電風(fēng)扇、日光燈等電器也會(huì)對(duì)電視機(jī)產(chǎn)生不同程度的磁場(chǎng)干擾，從而導(dǎo)致電視機(jī)的圖像出現(xiàn)抖動(dòng)，波紋等現(xiàn)象。

案例分析

電視機(jī)最忌磁場(chǎng)干擾，這些近距離的家用電器所形成的磁場(chǎng)，就是電視機(jī)正常工作時(shí)的干擾因素。克服這些干擾因素的辦法就是將家用電器遠(yuǎn)離電視機(jī)放置。20當(dāng)前20頁(yè)，總共28頁(yè)。21

在一般控制系統(tǒng)中，干擾因素是需要克服的。而在有些情況下，卻可以利用干擾因素實(shí)現(xiàn)某種目的。如在軍事演習(xí)中，紅方利用一定頻率的電磁波對(duì)藍(lán)方的信息指揮系統(tǒng)進(jìn)行干擾，使之不能正常工作。但在生產(chǎn)生活中，我們需要以謹(jǐn)慎、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對(duì)待干擾因素的利用。21當(dāng)前21頁(yè)，總共28頁(yè)。22（2）舉出一些由于干擾而使控制系統(tǒng)受到影響的例子。思考與分析（1）在出現(xiàn)干擾的情況下，開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)哪種受干擾的影響?。繛槭裁?？答案：閉環(huán)控制系統(tǒng)受影響較小，因?yàn)殚]環(huán)控制系統(tǒng)能不斷修正控制效果。答案：雨天交通病毒攻擊手機(jī)干擾飛機(jī)恭喜答對(duì)了！當(dāng)前22頁(yè)，總共28頁(yè)。2323二、克服干擾的基本方法p126

就干擾的性質(zhì)來說，有些干擾是可以避免的，而有些干擾是不可以避免的。例如：風(fēng)對(duì)飛行中的飛機(jī)、導(dǎo)彈的干擾是不可避免的。對(duì)于這類干擾，我們只能在提高控制系統(tǒng)的性能上多下功夫。

對(duì)于有些干擾，可以采取消除、減弱的辦法。如在室內(nèi)進(jìn)行投擲飛鏢活動(dòng)，就可消除或減弱風(fēng)對(duì)飛鏢飛行的干擾。

一些化學(xué)反應(yīng)容易受到溫度變化的影響，我們可以使它們?cè)诤銣丨h(huán)境中進(jìn)行。當(dāng)前23頁(yè)，總共28頁(yè)。243、提高控制系統(tǒng)性能克服干擾的基本方法：就是要分析干擾的性質(zhì)，然后對(duì)癥下藥。1、消除干擾