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通用技术
（地质版）《技术与设计2》课文内容
第四章 控制与设计
第四节 控制系统的干扰
2010年7月第二版 2011年7月第二次印刷
《本课文文字资源由通用技术网www.tyjs.org独家提供》
控制系统的问题很复杂。现在，再来分析另两个典型控制案例，以便把对控制系统的认识引向深入，并且了解控制系统的又一个重要问题—干扰。
一、 典型控制系统案例分析（二）
【案例4—3】人体温度控制系统分析
功能
维持人体体温的正常范围内，如37℃左右（这类控制叫恒值控制）。
系统组成
人体（包括皮肤）；有关的系统；大脑中枢（图4—16）。
工作过程
（1）皮肤（相当于传感器）感知环境温度，并将此信息通过神经系统传给大脑中枢。
（2）大脑中枢经判断，给人体（被控对象）的有关的系统（如心血管系统等）发出工作指令（如多或少输送热量）。
（3）有关的系统（执行器）根据指令，加速供给热量或相反，紧闭汗毛孔或出汗。
（4）反复上述过程，人体体温得以维持在一个正常的范围内。
干扰
很显然，外界环境温度的变化对人体体温控制系统的运行，会带来影响。这种环境温度的变化叫做干扰因素，这类影响叫做干扰作用。环境温度的变化是人体温度及控制系统的一种主要干扰因素。
夏季酷热、冬季严寒。然而，人体的正常体温总保持在37℃左右。为什么能做的这样呢？原来人体拥有一个高级的体温控制（调节）系统。
人体温度控制系统的系统框图如图4—17所示。
正常体温→⊙→温度差→大脑中枢→有关的系统→人体（包括皮肤）环境温度→实际体温←反馈
图4—17 人体温度控制系统框图
与前面学过的控制系统不同的是，人体温度控制系统中的皮肤有着双重作用。它既是被控对象（人体）的一个部分（参与了循环系统的体温调节作用，如排汗等）；又是传感器（感知环境温度变化，并将此信号反传给大脑中枢，还起到反馈作用）。另外，还要注意到，图4—17中的“比较环节”和“正常体温”实际上都包含在大脑中枢之中。
【案例4—4】飞机起飞时俯仰姿态（角）控制系统初探
观察与思考：你注意过飞机在蓝天是怎样飞翔的吗？你了解飞机在机场上是怎样起飞升空的吗？
其实，它们都在昂首飞行，只是昂首的程度是随着时间和飞机要求的不同而有所不同罢了。图4—18表示飞机起飞过程中持有的飞行姿态。
图4—19表示飞机昂（仰）首飞行时的姿态。其中，
ξ(t)——俯仰角，表示飞机的x轴相对于水平参考的夹角。当飞机仰首时，取ξ(t)＞0；当飞机俯首时，取ξ(t)＜0．
δ(t)——尾舵偏转角，表示舵状态。
功能
实际的仰俯角ξ(t)按照飞行指令ξ0(t)的要求而变化，即系统输出要跟随着系统指令输入的变化规律而变化，称之为随动控制。
系统组成
飞机（体）；舵机构，舵面；控制器；测角元件（传感器）。
工作过程
（1）指令信号ξ0(t)（要求飞机的实际俯仰姿态角ξ(t)趋于ξ0(t)）传送给控制器。
（2）控制器将信号放大、变换后再传送给舵机构。
（3）舵机构偏转尾舵面δ(t)。
（4）偏转的舵面上产生的气动力，驱动飞机绕y轴或-y轴仰（俯）首旋转运动，得到实际的俯仰姿态角ξ(t)。
（5）测角元件感知实际俯仰姿态角ξ(t)，反馈回来与指令ξ0(t)相比较后，得出偏差
e（t）=ξ0(t) -ξ(t) （4-1）
此后，重复（2）→（3）→（4）→（5）,经过如此不断地控制调整，直到满足ξ(t)趋近ξ0(t)的状态，即飞机进入新的平稳飞行状态。
干扰
如果突然有一阵风对着飞机头部自下而上地吹过来，飞机的姿态会怎样变化呢？显然，飞机的头部会因此向上抬起，即机体将作仰首的旋转运动，可能还会使机体产生颠簸。这就是说，飞机的飞行姿态受到了外来阵风的影响。阵风就是机体姿态的干扰因素。
飞机俯仰姿态控制系统框图，如图4-20所示。图中，指令ξ0(t)是时间的函数，通过姿态控制系统的控制，可以确保实际俯仰角ξ(t)很好地跟随ξ0(t)变化。这里的闭环控制系统实际上是通过反馈，实现了按角偏差对俯仰角的自动控制。
输入指令/ξ0(t)→角偏差/ -e（t）→控制器→舵机构→/δ(t) →阵风/飞机→俯仰角输出→
←测角元件←反馈
图4-20 飞机俯仰姿态控制系统框图
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