三、教学建议

（一）教学策略

对干扰因素是否有反馈是开环控制系统和闭环控制系统的本质区别。掌握干扰和反馈概念，有助于加深对开环控制系统和闭环控制系统的认识；让学生能结合案例，找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素，并对干扰因素对控制对象及控制量的影响做分析，了解反馈环节在闭环控制系统工作过程中的作用。

（二）教学过程

1．情景导入

老鹰是怎么捉住兔子的

一只老鹰在捉兔子（图4.21），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。[通用技术网]

图4.21 老鹰捉兔子

2．课堂小试验

向杯子里放乒乓球

把一个杯子放在距离1m远的地方。拿一根能通过乒乓球的管子（直径大约0.6m）调整好方位、角度，让乒乓球沿着管子落入杯子；如果乒乓球没有落入杯子，调整管子的方位、角度，直到乒乓球可以准确地落入杯子；移动杯子的位置再次调整管子，让乒乓球落入杯子。

分析：用管子调整好方位、角度，让乒乓球沿着管子落入杯子。在这个过程中，一旦管子调整好并且固定，乒乓球的运动就不再受控，可能落入杯子、有可能偏出，这是开环控制。如果乒乓球没有落入杯子，调整管子的方位、角度，直到乒乓球可以准确地落入杯子；这个过程有检测、有反馈，所以是闭环控制系统。移动杯子的位置，相当于受到了干扰，通过再次调整管子，可以让乒乓球落入杯子。

单次地把乒乓球放入杯子的过程是开环控制过程，受到干扰后乒乓球可能偏离杯子：多次可调整地把乒乓球放入杯子的过程是闭环控制过程，可以逐渐减小偏差，并最终把乒乓球放入杯子。受到干扰时，通过调整也可以再次把乒乓球放入杯子。

组织学生讨论、分析试验过程，启发学生找出试验过程中的控制要素（干扰、反馈），让学生了解和体会什么是开环控制，什么是闭环控制，比较开环控制和闭环控制的控制系统组成、控制过程和控制效果有什么不同。

四、参考资料

（一）军事上的干扰与反干扰[通用技术网]

在现代战争中，战场上的双方进行着殊死对抗，先进的技术越来越多地应用于战场上，其中也有很多自动控制的武器，如各种导弹、自动追踪雷达。进攻方想方设法搜索对方的目标，追踪并摧毁目标；防御方用尽各种手段躲避攻击。

导弹发射后，在飞行过程中，制导系统不断测量、计算目标与导弹的相对位置，由偏差形成控制信号，操纵舵面偏转，控制导弹飞向目标。当导弹接近目标时，引信引爆，毁伤目标。

导弹的制导方式不同，控制信号的形成方式也有所不同。红外寻的制导是跟踪目标的热辐射，例如飞机发动机喷出的火焰。雷达寻的制导是导弹上的雷达接收目标回波信号，进行追踪的。[通用技术网]

干扰：被攻击一方则会有针对性地采取干扰措施，避免被攻击。比如采取规避动作，改变运动轨迹逃离；释放干扰信号，影响敌方的追踪。例如，针对雷达寻的制导导弹，施放金属箔，或者采用减少回波的隐身技术；针对红外寻的制导导弹，施放饵弹。

反干扰技术：针对施放金属箔干扰，利用目标回波和干扰的各自特性，从干扰背景中提取目标信息。针对隐身技术雷达采取反隐身技术，探测、跟踪、定位隐身目标。可通过采取扩展雷达的工作频段、改进雷达的探测性能、发展新技术体制雷达等，提高雷达的反隐身能力。

（二）正反馈和负反馈

在闭环控制系统中，当来自输出端被控量的反馈信号与设定量出现偏差时，控制系统对执行机构发出指令，逐渐修正偏差，使输出端的被控量逐渐趋近设定量，这就是负反馈；如果控制系统对执行机构发出指令，逐渐扩大偏差，被控量越来越大，这就是正反馈。

一般的控制系统都是负反馈的。因为控制系统的目标就是把被控量控制在人们的希望值，也就是设定量。

常见的正反馈的例子是扩音器的啸叫。扩音器是个信号放大器，它把麦克风接收到的声音信号转换为电信号，再把电信号放大，再通过音箱把放大后的电信号转换成声音，达到了“扩音”的效果。当麦克风离音箱过近时，音箱发出的声音会进入麦克风，并再次被放大。这样，经过多次循环放大，声音越来越大，超出了扩音器的工作范围，产生啸叫。

激光器和核反应都是正反馈的作用。

激光器的正反馈是有极限的，受到激光器输入功率、器件的材料、散热等的限制，不会无限放大。

核反应可以放大到无法控制的程度。但是核裂变是可以控制的，像核反应堆就是在控制下进行核反应的是“受控核反应”。铀-235、钚-239这类重原子核在中子轰击下，通常会产生两个中等质子数的核，并放出2～3个中子和200MeV能量。如果每一个核裂变后能引起下一次核裂变的中子数平均多于1个，裂变系统就会形成自持的链式裂变反应，中子总数将随时间按指数规律增长。这样反应堆中越来越多的核子发生裂变，释放出更多的能量，如果不控制会使系统中的作用越来越剧烈，最后就产生爆炸。在受控核反应堆中，是通过控制反应堆内的中子吸收棒（硼、碳化硼、镉、银铟镉等可以吸收中子的材料）与反应物接触的面积，来控制中子是数量，从而控制核反应的剧烈程度，使核反应的程度可控。

一旦失去控制就会导致灾难性的后果。如切尔诺贝利核电站事故和日本福岛核电站事故就是核反应失控的例子。

五、教学准备

（1）向杯子里放乒乓球实验，需要一个杯子、一个乒乓球，和一个长度约0.6m的可以

让乒乓球通过的管子，一个固定管子用的可调整角度的支架。

（2）实验前可以让学生做一些试验、测量和计算，以便确定管子调整的初始值。初始值和每次调整的参数都要做记录。也可以用一个小风扇作为干扰。

——完——