《閉環控制中的干擾與反饋》教學設計

閉環控制中的干擾與反饋

一、教學目標：

　　1、了解控制中存在干擾，學生能理解干擾的概念，掌握克服干擾的基本方法。

　　2、熟悉閉環控制系統中反饋環節的作用。
　　3 、了解功能模擬方法和黑箱方法。

　　4、通過內化干擾的知識，形成正確的對系統中干擾的認識，并建立穩定的控制系統認識態度。

二、教學重點與難點

教學重點：
　　1、了解實際控制系統中會存在干擾影響控制；
　　2、讓學生能夠分析簡單控制系統中的干擾，理解克服干擾的基本原則，分析克服干擾的具體方法，并結合開環和閉環控制進行對比；

教學難點：
　　1、分析克服干擾的具體方法；
　　2、綜合理解開環與閉環的優劣只是相對的，理解干擾不是全有害的。

三、教學過程：
引入：

一、復習與回顧

1、控制系統的組成部分是什么？

畫出開環控制系統的框圖。

提問學生，讓學生在這基礎上將框圖補充為閉環控制系統圖。

二、引出反饋的概念
1.什么是反饋？

•控制系統中，講輸出量通過適當的檢測裝置返回到輸入端并與輸入量進行比較的過程，就是反饋（feedback）。

•2.反饋方法

•利用反饋來分析和處理被控對象，通過系統的輸出來調整系統的行為，使系統沿著預期的目標運行的方法。

事例

輸入

檢測裝置

輸出

“穿針引線”

線的位置

人的眼睛

線與針孔對準

投擲飛鏢

靶的位置

(期望值)

眼睛

飛鏢實際投擲的位置

三、 閉環控制系統的工作過程

     閉環控制系統就是系統的輸出端與輸入端之間存在反饋回路，輸出量對控制過程產生影響的控制系統。

核心：通過反饋來減少被控量(輸出量)的偏差。

四、干擾因素
【游戲引入】 真正的控制系統在運行的過程中還會存在很多的因素影響：
控制羽毛球降落游戲：
1、在正常條件下降落。
2、在有側風的條件下降落。
問題：如果不按正常條件下的降落方式還能正中目標嗎？為什么？
對比兩種情況的異同：受外界影響，控制的行為受到影響。

（1）、干擾的概念
【涵義】：干擾就是對控制系統的行為造成影響的有害的信號及擾動，即除給定量外，引起被控量量值變化的各種因素。
要點：系統行為、被控量量值變化；引起變化的各種因素。

（2）、干擾對控制功能的影響
1、現實生活中的干擾的例子
a、外界光線對投影效果的干擾
（對周圍的控制系統的分析，就近對課室投影的干擾分析，學生更有體驗）
b、輪船行使中的干擾
（錄像演示波浪對輪船的干擾）
c、汽車駕駛的干擾（錄像演示干擾的一個方面）
（汽車行使中的干擾，比較常見，引導學生引發對交通控制的進一步思考，為后面的內容拓展到社會大環境設下伏筆）
2、思考與分析
（1）在出現干擾的情況下，開環控制系統和閉環控制系統哪種受干擾的影響小？為什么？
閉環控制系統受影響較小，因為閉環控制系統能不斷修正控制效果。
（2）舉出一些由于干擾而使控制系統受到影響的例子。
雨天交通 病毒攻擊 手機干擾飛機

（3）、克服干擾的基本方法
如何消除側風對羽毛球下落的干擾？（呼應前面舉的干擾，進一步思考克服干擾的方法）
（一）克服的基本方法：
1、消除干擾
2、減弱干擾
3、提高控制系統性能
（二）小組討論
分析下列控制中的干擾，請同學們以小組為單位，討論如何克服該控制系統中的干擾并對對方組的抗干擾方法發表自己的看法：