凤凰高中通用技术教学参考书配套教学软件_教学设计
闭环控制系统的干扰与反馈
教 材：（凤凰国标教材）普通高中课程标准实验教科书 通用技术（必修2）
文档内容：闭环控制系统的干扰与反馈
章 节：第四单元 控制与设计 第三节 闭环控制系统的干扰与反馈
课 时：第1课时
作 者：叶朝晖（海南省海南中学）
一、教学目标
1. 知识与技能目标
（1）能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素，并作分析。
（2）熟悉闭环控系统中反馈环节的作用。
（3）能识读和画出简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器的作用。
2. 过程与方法目标
（1）通过课堂小试验亲身体验“反馈”的作用。
（2）通过典型闭环控制系统的分析，熟悉闭环控制系统的基本组成及工作过程。
（3）逐步形成理解和分析闭环控制系统的一般方法，学会使用逆推法分析问题。
3. 情感态度与价值观目标
（1）通过“神奇”的自动控制装置，感受科技的魅力，形成和保持探究控制系统的兴趣与热情。
（2）通过对闭环控制系统的探究，形成勇于探索敢于创造优良品质。
二、教学重点
本节学习重点偏重于对闭环控制系统反馈环节的作用的体会，及学会用系统框图来帮助分析和理解闭环控制系统。
三、教学难点
分析闭环控系统的基本组成及工作过程
四、教学方法
演示法、逆推分析法、游戏法
五、设计思想：
1. 教材分析
本节是“控制与设计”第三节的内容，其内容包括“干扰因素”、“反馈”、“功能模拟方法”和“黑箱方法”。闭环控制系统相对于开环控系统要复杂些，但闭环控制系统因其控制准，自动化程度高，有着“神奇”的控制效果，对学生来说也同样具有一定的吸引力，成为学生进一步学习的动力。本节学习重点偏重于对闭环控制系统反馈环节的作用的体会，及学会用系统框图来帮助分析和理解闭环控制系统。 凤凰高中通用技术教学参考书配套教学软件_教学设计
2. 学情分析
工业自动化控制系统的干扰及预防措施
摘要：分析了工业自动化控制系统在现场施工、生产中产生干扰的各种原因，并找出了解决的方法。
关键词：工业自动化控制系统；抗干扰；措施
1工业自动化控制系统中的干扰及来源
1.1干扰源及一般分类
影响自控系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。
干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、接地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。
1.2干扰的主要来源及途径
1.2.1 来自空间的辐射干扰
空间的辐射电磁场（EM I）主要是由电网、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布极为复杂。
1.2.2 来自系统外引线的干扰
主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。 ⑴ 来自电源的干扰。自控系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电流。尤其是电网内部的变化，开关操作浪涌、大型电力设备启停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，绝对隔离是不可能的。
⑵ 来自信号线引入的干扰。与自控系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽
石油天然．＿【学报（江汉石油学院学报） ２０１１年６月第３３卷第６期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ０１１ ａｎｄ Ｇａｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｊ．ＪＰＩ） Ｊｕｎ．２０１ １ Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．６
电动钻机控制系统及顶驱控制系统的
谐波干扰及其抑制
童红雷 （中石化江汉石油管理局钻井二公司，湖北潜江４３３１ ２３）
［摘要］在电动钻机控制系统及顶驱控制系统运行过程中出现的谐波干扰现象，轻者干扰ＳＣＲ房和顶驱电 控系统的正常运转，重者会烧毁ＳＣＲ房和顶驱电控系统内重要的控制模块。通过对各种工况下的６ｏｏｖ （２２０Ｖ）电压波形拍照，找出了产生谐波干扰的根源。由此提出了减少和消除谐波干扰的具体方案。 ［关键词］电动钻机；顶驱；控制系统；谐波干扰；消除 ［中图分类号］ＴＥ９２８．０７ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１０００—９７５２（２０１１）０６—０３６７—０２
１谐波干扰的出现
江汉钻井７０１３０队的电控房是２００２年从ＳＩＥＭＥＮＳ原装进口的全数字化控制的ＳＣＲ（直流可控硅）
房，因这个硅房的设计实际上是照搬海上平台的设计，故电控房内每组晶闸管的进线上均加装了进线电
抗。柴油机是底特律的，发电机是马拉松的，每台的单机容量是１７１４ｋＷ，功率是１２００ｋＷ，电压是６００Ｖ，
频率是５０Ｈｚ。考虑到将来使用自备发电机的可能性，在试用高压电的１个月后开始使用自备发电机。
当将全井场的用电从高压电倒成自备发电机后，发现顶驱电控房内ＰＬＣ／ＭＣＣ柜内的隔离变压器
发出较明显的低沉的嗡嗡声，ＯＴ３０ＯＯ型ＵＰＳ（不间断电源）的控制面板上频繁的发出“电压低”报警
（用万用表测得当时的电压为５９８Ｖ），其内部也频繁发出开关切换的声音。而由ＵＰＳ直接供电的指示灯
也随着ＵＰＳ内部开关的切换出现明显的闪烁。没多久，绝大多数的指示灯均被烧毁。用示波器测得隔
离变压器输出端和ＵＰＳ的输出端的电压波形，发现在１个周期内出现数处电压波型的尖峰跌落。由此
长沙市中学教师统一备课用纸
科目 通用技术 年级 高二 班级 时间 2011 年11 月
课题： 控制系统的干扰
教
学
目
的 1、 理解干扰的概念，了解控制中存在干扰；
2、 能列举控制系统受干扰的案例，准确分析干扰因素是什么；
3、 熟悉干扰对控制系统的影响了解克服干扰的基本方法；
4、 通过内化干扰的知识，形成正确的对控制系统干扰的认识，建立稳定的控制系统设计的理念。
教学重点与难点 重点：干扰及干扰因素的概念、具体控制系统干扰因素的分析；
难点：分析抑制干扰的基本方法。
实
施
教
学
过
程
设
计
一、 案例+问题导入
展示 7．23动车事故的图片，事故原因是受到雷电干扰，干扰是一个不容被忽视的问题，今天我们就来学习一下控制系统的干扰。
导入新课：什么是控制系统的干扰呢？
1、预备知识
什么是控制？
什么是控制系统？
2、试验探究：通过三个直观又有技术含量的干扰的试验探究干扰的概念，由学生思考老师归纳干扰和干扰因素的定义。
演示试验一：用磁铁靠近电视机屏幕，电视机的屏幕颜色会受到磁场的干扰颜色错乱；
演示试验二：用遥控器靠近收音机，收音机受到电磁波的干扰发出“嘟嘟”的干扰声；
全员参与试验：用磁铁靠近石英钟，石英钟受磁场影响停摆。
（1）干扰、干扰因素的定义
干扰对控制系统而言是会影响控制系统工作的准确性“多余的，不需要的、强加于控制系统”的信号。
凡影响控制系统工作准确性的信号或因素称为干扰因素。
提问：一个控制系统受到的干扰是单一的吗？
学生回答：不是
（2）PPT展示：干扰因素在控制系统的具体情况
所有的控制系统工作运行时都会受到干扰因素的影响，干扰因素可能是一个也可能是多个。
二、马上行动（列举案例分析干扰因素，找寻干扰对控制的影响）
1、将学生分成4-6人一组，在规定的时间（8分钟）内以组为单位列举控制系统受干扰的案例添在统计表上，并分析干扰因素。
2、展示学生案例，每组展示一个组内选出的最好的最有特色的案例，其他组学生一起分析展示的案例中干扰因素是什么。
