第四章控制及其设计第三节　干扰和反馈 - 必修2文字2019版

一只老鹰在捉兔子，老鹰向着兔子的位置俯冲过去；兔子发现了老鹰，快速逃跑，老鹰调整方向继续追击。这是一个控制过程。老鹰的目标是缩小与兔子之间的距离，最终捉住兔子。兔子逃跑使距离加大了，对于老鹰捉兔子的控制过程来说就是一种干扰。老鹰看到兔子逃跑，及时调整方向就是对干扰的一种反馈。反馈的作用是消除干扰对控制的不利影响。

控制系统在运行的过程中会受到很多因素的影响。在控制系统中，除设定量以外，引起被控量变化的各种因素称为干扰因素。干扰会引起被控量发生意外变化，使控制精度下降，甚至达不到控制的目的。

导弹发射过程中，导弹受风的影响偏离目标，风就是导弹发射的干扰因素。另外，目标移动也是导弹的干扰因素。

在电冰箱（图4.38）温度控制系统中，改变设定的温度会引起被控量变化，这是设定量引起被控量的变化。你认为能引起电冰箱中实际温度变化的干扰因素都有哪些？当这些干扰因素发生作用时，电冰箱温度控制系统是如何工作的？

为了解决干扰因素对控制系统的影响，在很多控制系统中，人们采用反馈装置对干扰产生的偏差进行修正，从而提高控制的精度和可靠性。

反馈就是通过传感器检测出被控量的偏离量，把偏离量传递到控制装置，控制装置通过调整对偏差进行修正，使被控量逐渐接近设定值的过程。

开环控制系统没有反馈装置。例如，猎人用弓把箭射出去后，发现偏离了目标，但箭已经射出，他无法进行修正。

闭环控制系统带有反馈装置。闭环控制系统对经过控制系统调节后的被控量进行检测，如果测得结果与设定值有偏差，系统再次调节被控量，直至达到设定值。对被控量进行检测并将检测结果传回输入端的环节叫作反馈环节。

请同学们依照如下空调温度控制系统方框图（图4.39）和电热开水器温度控制系统方框图（图4.40），根据本节的学习内容，找出其中的反馈环节，并说明其起到的作用是什么。

开环控制系统没有反馈装置，不能对干扰因素作用在被控量上所产生的偏差进行调整，没有自动纠正的能力，系统会存在误差，控制精度低。开环控制系统适合干扰较小的情况。因其结构简单、功耗较小、速度较快、成本低等特点，仍被广泛采用。如自动售货机、自动洗衣机、十字路口的红绿灯等。

闭环控制系统带有反馈装置，对干扰因素具有较强的抵抗作用，当被控量偏离设定量，闭环控制系统会通过控制作用减少偏差，因此控制精度高。与开环控制系统相比，闭环控制系统结构较复杂，制作成本较高。在自动控制系统中，闭环控制系统因其控制精度高，应用极其广泛。

请同学们根据所学知识，设计并制作一个开环控制系统与闭环控制系统的对比表格。比较它们的相同点与不同点，优势与不足。

如果从发射一发炮弹来看，自行火炮（图4.41）是开环控制系统。虽然开炮也要经过瞄准、计算、调整，但炮弹打出去以后受到风的影响偏离目标，或者目标移动了，就无法再次进行纠正了。

如果在发射了一发炮弹后，可以根据弹着点的偏离度进行修正，使后面发射的炮弹更加接近目标，这时，整个火炮系统就是一个闭环控制系统了。

导弹控制系统控制的是导弹（图4.42）和目标之间的距离，目的是要击中目标（偏离为零）。导弹控制系统采用雷达、红外线、激光或图像跟踪装置，将检测到的导弹与目标的距离和方位误差值输入控制器（计算机）进行分析计算，然后向执行器（动力装置和飞行姿态调整装置）发出指令，不断修正导弹飞行姿态，直至击中目标。这也是一个闭环控制系统，其控制原理如图4.43所示。

无人驾驶汽车能够在无人驾驶的情况下选择恰当的行驶路线，避开路上的车辆、行人和其他障碍物，遵守交通规则，安全、快捷地到达目的地。

无人驾驶汽车的控制系统通过卫星导航和电子地图确定目的地并引导汽车的行驶（图4.44）。当汽车的位置发生偏离时，控制系统通过反馈环节自动予以纠正。

汽车控制系统可以代替人来控制汽车的油门和刹车。控制系统通过激光测距仪采集信号，识别出周围的固定物体和移动的物体，在车载雷达的辅助下实时监控，判断汽车与相邻物体的距离。一旦发现距离过近，控制系统会立即采取措施，预防碰撞发生。控制系统还可以通过前置视频摄像头识别出红绿灯交通信号和交通指示牌，使无人驾驶汽车遵守交通规则。

无人驾驶汽车的控制系统包含了若干个控制子系统，每个子系统控制汽车的某项功能，所有的子系统在主系统的统一协调控制之下运行，完成对无人驾驶汽车整体的控制功能。

表4.5中的控制系统都有哪些干扰因素？一般会发生怎样的反馈？

	老鹰捉兔子	电热开水器	空调	自行火炮
干扰
反馈