初中物理論文:如何判斷控制系統(tǒng)中的“干擾”因素
論文導(dǎo)讀:：控制包括三個(gè)基本步驟：1）確立標(biāo)準(zhǔn)。造成這種偏差的主要原因就是干擾。
論文關(guān)鍵詞：控制，干擾
“控制包括三個(gè)基本步驟：1）確立標(biāo)準(zhǔn)；2）衡量成效；3）糾正偏差。為了實(shí)施控制，均需在事先確立控制標(biāo)準(zhǔn)，然后將輸出的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較；若現(xiàn)有偏差，則采取必要的糾正措施，使偏差保持在容許的范圍內(nèi)�！�1】”造成這種偏差的主要原因就是干擾，所以，要設(shè)計(jì)一個(gè)優(yōu)良的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者首先要能夠?qū)?shí)現(xiàn)該控制系統(tǒng)可能受到的干擾因素進(jìn)行全面而準(zhǔn)確的判斷，然后才能想辦法“采取必要的糾正措施”。如何全面而準(zhǔn)確的判斷出一個(gè)控制系統(tǒng)可能受到的干擾因素就尤為重要。實(shí)際上，“什么才是干擾因素”這一問(wèn)題在通用技術(shù)課程教學(xué)中老師們還存在著很多疑惑，例如，在一次公開(kāi)課上，授課教師讓學(xué)生把一張紙折疊后，用吸管吹向天花板，課堂上有的學(xué)生吹的高，有的學(xué)生吹的低。老師在總結(jié)時(shí)說(shuō)，“疊紙的形狀、吹力的大小和方向、空氣的阻力等都是影響疊紙吹高要考慮的主要因素，這些就是干擾因素”。這一說(shuō)法在聽(tīng)課老師中引起了很大的反響，大家都在議論紛紛。這一說(shuō)法是對(duì)是錯(cuò)呢？再如教材中出現(xiàn)的：電冰箱、空調(diào)等電器在使用過(guò)程中的干擾因素有那些；熱水器水溫控制系統(tǒng)中的干擾因素有哪些；干擾因素都是有害的嗎等問(wèn)題初中物理論文，對(duì)于我們這些非本專(zhuān)業(yè)的老師來(lái)說(shuō)，解釋起來(lái)都具有一定的困難。要從根本上解決這一問(wèn)題，就得先要來(lái)了解什么是“干擾”的問(wèn)題。
關(guān)于什么是控制系統(tǒng)中的干擾因素的問(wèn)題的界定有多種說(shuō)法：如：在控制系統(tǒng)中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量發(fā)生變化的各種因素稱(chēng)為干擾因素【2】；在實(shí)際的控制系統(tǒng)中，常常會(huì)有一些變化不定的因素對(duì)系統(tǒng)的行為造成不利的影響，這種有害的因素我們稱(chēng)其為干擾【3】；對(duì)于一般的控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，多余的、不需要的、強(qiáng)制的“輸入”便稱(chēng)為系統(tǒng)的干擾。另一方面，如果削減系統(tǒng)生存所必需的輸入也是干擾；對(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不僅輸入端有干擾，輸出端同樣有干擾，如制約輸出或強(qiáng)制作過(guò)量的輸出等都是干擾，制約輸出，如企業(yè)的產(chǎn)品受市場(chǎng)制約而減少了銷(xiāo)量，強(qiáng)制過(guò)量輸出如“竭澤而漁”，系統(tǒng)的輸入和輸出的“過(guò)與不及”都是干擾；對(duì)于復(fù)雜控制系統(tǒng)而言，干擾是不可避免的，因?yàn)閺?fù)雜系統(tǒng)由多層次、多品種的諸多子系統(tǒng)構(gòu)成，各子系統(tǒng)都有其自由度和相對(duì)獨(dú)立性，各子系統(tǒng)間的輸入和輸出不可能配合得盡善盡美，必有多余和不足的輸入和輸出，這些多余和不足的輸入和輸出就成了系統(tǒng)的干擾；對(duì)于社會(huì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其輸入是自然界給予的一切，人們從自然界獲取空氣、陽(yáng)光、雨露，及生產(chǎn)生活所需要的一切資源，這是社會(huì)系統(tǒng)“輸入”的需要，但自然界會(huì)“發(fā)威”，各種自然災(zāi)害是社會(huì)系統(tǒng)所不需要的，但生活在地球上的人們不得不接受自然災(zāi)害的干擾，而社會(huì)系統(tǒng)對(duì)自然界的“輸出”，一方面是人們對(duì)自然界的“改造”，另一方面是廢物的排放，廢氣、廢水、廢渣、垃圾排向自然界，這是自然界所不需要的，但人類(lèi)強(qiáng)迫自然界接受這些廢物，就是對(duì)自然界生態(tài)平衡的干擾【4】。
由以上的論述可知，判斷什么是干擾要從兩方面來(lái)看，一方面初中物理論文，對(duì)于控制系統(tǒng)的整體而言，屬于系統(tǒng)之外的，是多余的、不需要的、強(qiáng)制的“輸入”便稱(chēng)為系統(tǒng)的干擾；另一方面，對(duì)于控制系統(tǒng)的部分而言，如果前一子系統(tǒng)的輸出與下一子系統(tǒng)所需要的輸入不匹配，就會(huì)造成下一子系統(tǒng)的輸入的多余和不足，這種多余和不足的輸入和輸出就成了系統(tǒng)的干擾中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)。由此可見(jiàn)，疊紙的形狀是物體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，通過(guò)改變疊紙的形狀可以減少疊紙飛行時(shí)的阻力，吹力的大小和方向是控制的輸入問(wèn)題，這兩個(gè)因素雖然是影響疊紙飛行高度的主要因素，但不屬于我們的干擾的界定范圍。所以不是干擾因素，把系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題和對(duì)系統(tǒng)所產(chǎn)生的干擾混淆的案例還很多，如：。對(duì)于電冰箱、空調(diào)等電器在使用過(guò)程中的干擾因素分析，門(mén)的開(kāi)啟、環(huán)境溫度的變化、電壓的變化等都是屬于系統(tǒng)之外的可能引起被控量發(fā)生變化的因素，所以這些因素就是這兩個(gè)控制系統(tǒng)的`干擾因素。一般情況下，對(duì)于簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)較為規(guī)范和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呐袛喾椒ㄊ牵合纫_定所要設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，然后對(duì)所設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)本身的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行具體分析，找出各環(huán)節(jié)可能受到的干擾因素（屬于系統(tǒng)之外的，是多余的、不需要的、強(qiáng)制的“輸入”），再分析這些干擾可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)的輸出造成什么樣的影響，哪些是必須考慮的，那些是可以忽略的，那些是要綜合考慮的，那些事要獨(dú)立考慮的，最后整理出系統(tǒng)設(shè)計(jì)所要考慮的主要的干擾因素，這樣的分析才會(huì)針對(duì)性更強(qiáng)，對(duì)控制系統(tǒng)如何克服這些干擾的設(shè)計(jì)幫助更大。以下對(duì)熱水器水溫控制系統(tǒng)的干擾因素的分析過(guò)程為例進(jìn)行說(shuō)明，第一、根據(jù)設(shè)計(jì)目的畫(huà)出控制分析方框圖（圖一），分析方框圖并不是最終的控制方框圖，控制方框圖是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)果，控制分析方框圖是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程，就像設(shè)計(jì)草圖一樣，是用來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析用的。
第二，對(duì)控制系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)進(jìn)行分析。在這個(gè)控制系統(tǒng)中，可能受到的干擾因素有，在輸入端，電源電壓的波動(dòng)、由于開(kāi)關(guān)燈元件的原因輸入電壓可能降低；在控制器和執(zhí)行器部分初中物理論文，隨著使用時(shí)間的變化，控制裝置的不穩(wěn)定、各種元件、加熱裝置的老化等；熱水箱的大小、保溫性能的好壞、熱水箱深淺、水的散熱面大小、水箱裝水的多少等；在輸出部分，周?chē)諝獾牧鲃?dòng)、氣溫的高低、用水量的快慢等。以上這些因素都是影響溫度的干擾因素。第三，根據(jù)對(duì)干擾因素的分析，選擇合適的控制方法來(lái)克服這些干擾對(duì)輸出的影響（比如最簡(jiǎn)單的方法就是采取終端反饋的方式，當(dāng)然，如果對(duì)水加溫的時(shí)間有要求的話，這種控制方法就不能完全克服所有的干擾了，如圖二）。
對(duì)于“在有些情況下，卻可以[i]利用干擾因素實(shí)現(xiàn)某種目的【1】”這一說(shuō)法也沒(méi)有錯(cuò)，因?yàn)檫@種“干擾”是我們所要設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的輸出量，這一輸出的最終目的是想使另一控制系統(tǒng)的目標(biāo)不能實(shí)現(xiàn)，這種“干擾”對(duì)于第一個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)不是干擾而是輸出，對(duì)于第二個(gè)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)這是系統(tǒng)需要克服的干擾。通過(guò)分析可以看出，就控制系統(tǒng)而言，干擾一定是有害的，它是控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)控制的最終目標(biāo)需要考慮和克服的
分析和判斷控制系統(tǒng)可能存在的干擾因素的最終目的，是為了使我們?cè)O(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)“在干擾影響控制之前就進(jìn)行必要的防范和修正，”使得控制系統(tǒng)能夠“對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行有效控制以減小乃至消除偏差�！薄�5】所以要準(zhǔn)確判斷一個(gè)控制系統(tǒng)所存在的干擾因素，還要結(jié)合系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的最終目標(biāo)進(jìn)行綜合考量，搞清楚這種干擾產(chǎn)生的原因、可能對(duì)控制系統(tǒng)所造成的后果和它將對(duì)控制系統(tǒng)的哪個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響等，這種干擾因素的分析才對(duì)我們進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有所幫助。
參考文獻(xiàn)：
【1】《控制論》（美）維納著；赫季仁譯；北京；北京大學(xué)出版社
【2】《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》主編：顧建軍江蘇教育出版社
【3】《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》主編：劉瓊發(fā)廣東科技出版社
【4】《系統(tǒng)論信息論控制論》馬麗揚(yáng)河北：河北人民出版社
【5】《機(jī)械控制入門(mén)》雨宮好文（日）著王獻(xiàn)平譯科學(xué)出版社
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