開環(huán)控制和閉環(huán)控制

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1、 1.1 開 環(huán) 控 制 和 閉 環(huán) 控 制 1.1.1 開 環(huán) 控 制 控 制 系 統(tǒng) 的 輸 出 量 不 對 系 統(tǒng) 的 控 制 產(chǎn) 生 任 何 影響 ， 這 種 控 制 系 統(tǒng) 稱 為 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 。 游 泳 池 定 時 注 水 自 動 控 制 系 統(tǒng)怎 么 叫 ： 輸 出 量 沒 有 對 系 統(tǒng) 的 控 制 產(chǎn) 生 任 何 影 響 設(shè) 定注 水 時 間(輸 入 ) 游 泳 池的 水 位（ 輸 出 ）定時器 進(jìn) 水閥 門 水 流 量 游泳池供 水 壓 力 變 大 ， 單 位 時 間 進(jìn) 水 量 增 加 （ 水 位 超 過 ）供 水 壓 力 變 小 ， 單 位 時 間 進(jìn) 水

2、量 減 少 （ 水 位 不 足 ）供 水 壓 力 雖 沒 變 ， 管 道 、 水 池 漏 水 （ 水 位 不 足 ）前 提 變 化 了 ， 但 是 控 制 系 統(tǒng) 沒 法 精 確 控 制 水 位 自 動 門 的 控 制 系 統(tǒng)當(dāng) 人 走 近 自 動 門 時 ， 門上 方 的 紅 外 裝 置 檢 測 到人 體 熱 輻 射 發(fā) 出 的 紅 外信 息 ， 控 制 電 路 接 收 到該 信 號 后 ， 便 會 啟 動 電動 機(jī) 開 門 或 關(guān) 門紅 外 裝 置 是 否 檢 測 到人 體 熱 輻 射 發(fā) 出 的 信號 (輸 入 ) 門 的 開 或 關(guān)（ 輸 出 ）控 制電 路 電機(jī) 自動門轉(zhuǎn) 動 量 干

3、 手 器 自 動 控 制 系 統(tǒng)感 知 物 體 靠近(輸 入 ) 加 熱 的 空 氣（ 輸 出 ）延 時電 路 風(fēng) 機(jī) 、電 熱 絲 風(fēng) 量 出風(fēng)口 居 民 樓 道 里 使 用 的 自 動 聲 控 燈十 字 路 口 的 紅 綠 燈 定 時 控 制 系 統(tǒng)聲 音 信 號(輸 入 ) 燈 亮 /滅（ 輸 出 ）控 制電 路 延 時開 關(guān) 電 流 樓 道燈設(shè) 定 時 序(輸 入 ) 燈 亮 /滅（ 輸 出 ）電腦 時 序 控制 裝 置 電 流 紅 綠燈開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 的 輸 出 量 沒 有 對 系 統(tǒng) 的 控 制 產(chǎn) 生 任 何影 響 ， 因 此 對 控 制 系 統(tǒng) 不 能 進(jìn) 行 精 確

4、控 制 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 圖 水 罐（ 1， 2）祭 壇 點 火 廟 門 開 或關(guān)轉(zhuǎn) 動 軸（ 3） 廟 門旋 轉(zhuǎn) 量 希羅的自動門（希臘）思 考 ： 是 開 環(huán) 還 是 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) ？輸 入 ？ 輸 出 ？輸 出 值 有 沒 有 影 響 控 制 ？ 列 舉 你 所 知 道 的 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng)游 泳 池 定 時 注 水 自 動 控 制 系 統(tǒng) 窗 簾 （ 涼 衣 架 ） 自 動 控 制 系 統(tǒng)紅 外 線 自 動 門 控 制 系 統(tǒng) 水 泵 自 動 抽 水 控 制 系 統(tǒng)電 子 警 察 車 輛 超 速 自 動 檢 測拍 照 控 制 系 統(tǒng) 電 扇 （ 電 吹

5、 風(fēng) ） 自 動 送 風(fēng) 控 制系 統(tǒng)公 共 汽 車 車 門 自 動 控 制 系 統(tǒng) 升 旗 （ 人 工 ） 自 動 控 制 系 統(tǒng)干 手 器 自 動 控 制 系 統(tǒng) 學(xué) 校 作 息 鈴 聲 自 動 控 制 系 統(tǒng)賓 館 （ 酒 店 ） 自 動 叫 醒 控 制 系統(tǒng) 防 盜 （ 火 災(zāi) ） 自 動 報 警 控 制系 統(tǒng) 音 樂 噴 泉 自 動 控 制 系 統(tǒng)一 次 性 投 籃 人 工 控 制 系 統(tǒng)聲 控 （ 光 控 ） 燈 自 動 控 制 系 統(tǒng) 電 水 壺 自 動 燒 水 控 制 系 統(tǒng)十 字 路 口 紅 綠 燈 自 動 控 制 系 統(tǒng) 電 梯 自 動 升 降 控 制 系 統(tǒng)希 羅 廟 門

6、 自 動 蒸 汽 控 制 系 統(tǒng) 信 號 由 給 定 值 至 被 控 量 單 向 傳 遞 。 這 種 控 制較 簡 單 ,但 有 較 大 的 缺 陷 ,即 對 象 或 控 制 裝 置 受 到 干擾 ,或 工 作 中 特 性 參 數(shù) 發(fā) 生 變 化 ,會 直 接 影 響 被 控 量 ,而 無 法 自 動 補 償 。 因 此 ,系 統(tǒng) 的 控 制 精 度 難 以 保 證 。從 另 一 種 意 義 理 解 ,意 味 著 對 受 控 對 象 和 其 它 控 制元 件 的 技 術(shù) 要 求 較 高 。 如 數(shù) 控 線 切 割 機(jī) 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 、包 裝 機(jī) 等 多 為 開 環(huán) 控 制 。 1.1.2 閉

7、 環(huán) 控 制 (反 饋 控 制 ) 閉 環(huán) 控 制 的 定 義 是 有 被 控 制 量 反 饋 的 控 制 ,其原 理 框 如 圖 所 示 。 從 系 統(tǒng) 中 信 號 流 向 看 ,系 統(tǒng) 的 輸出 信 號 沿 反 饋 通 道 又 回 到 系 統(tǒng) 的 輸 入 端 ,構(gòu) 成 閉 合通 道 ,故 稱 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) ,或 反 饋 控 制 系 統(tǒng) 。 比 較 器 檢 測 裝 置+ -設(shè) 定水 位(輸 入 ) 游 泳 池的 水 位（ 輸 出 ）控制器 進(jìn) 水閥 門 水 流 量 游泳池閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 可 以 對 控 制 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 精 確 控 制 自 動 糾正 （ 調(diào) 控 ）檢 測

8、裝 置 在 不 斷 地 檢 測 游 泳 池 的 實 際 水 位并 返 回 到 輸 入 端 與 設(shè) 定 水 位 進(jìn) 行 比 較水 位 沒 達(dá) 到 ， 注 水 繼 續(xù)水 位 已 達(dá) 到 ， 注 水 停 止設(shè) 定注 水 時 間(輸 入 ) 游 泳 池的 水 位（ 輸 出 ）定時器 進(jìn) 水閥 門 水 流 量 游泳池 水 箱 的 水 位 自 動 控 制 示 意 圖 設(shè) 定水 位(輸 入 ) 游 泳 池的 水 位（ 輸 出 ）電 氣 控 制(控 制 器 ) 閥 門(執(zhí) 行 器 ) 水 箱(被 控 對 象 )比 較 器 浮 球 （ 檢 測裝 置 ）+- 連 桿 裝 置 1、 家 用 壓 力 鍋 的 壓 力

9、控 制 系 統(tǒng) 是 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 還 是閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) ？ 它 是 通 過 那 些 裝 置 實 現(xiàn) 壓 力 控 制 的 ？說 出 其 控 制 過 程 。 家 用 壓 力 鍋 的 壓 力 控 制 系 統(tǒng) 是 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) ，通 過 安 全 閥 和 排 氣 孔 實 現(xiàn) 壓 力 控 制 。 安 全 閥 上有 一 個 重 錘 壓 在 高 壓 鍋 的 排 氣 孔 上 作 檢 測 裝 置 ，當(dāng) 鍋 內(nèi) 溫 度 升 高 時 壓 力 增 大 ， 重 錘 被 抬 起 蒸 汽排 出 ， 壓 力 降 到 設(shè) 定 范 圍設(shè) 定 壓 力（ 輸 入 量 ） 控 制 裝 置（ 控 制 器 ） 出

10、 氣 孔（ 執(zhí) 行 器 ） 出 氣 量（ 控 制 量 ） 壓 力 鍋（ 被 控 對 象 ） 鍋 內(nèi) 壓 力（ 輸 出 量 ）重 錘（ 檢 測 裝 置 ）比 較 器+ - 2、 工 業(yè) 鍋 爐 是 利 用 重 錘 實 現(xiàn) 壓 力 控 制 的 ， 重 錘 掛 在 橫桿 上 ， 桿 的 支 點 在 最 左 端 ， 中 間 是 鍋 爐 的 排 氣 孔 。鍋 爐 如 何 實 現(xiàn) 壓 力 控 制 ， 橫 桿 的 作 用 是 什 么 。壓 力 過 高 ， 蒸 汽 把 橫 桿 連 同重 錘 頂 起 來 ， 蒸 汽 從 排 氣 孔排 出 ， 使 壓 力 降 到 限 定 值 。橫 桿 的 作 用 使 重 錘 的

11、位 置 可以 調(diào) 節(jié) ， 從 而 改 變 限 制 的 壓力 值 設(shè) 定 壓 力（ 輸 入 量 ） 控 制 裝 置（ 控 制 器 ） 出 氣 孔（ 執(zhí) 行 器 ） 出 氣 量（ 控 制 量 ） 鍋 爐（ 被 控 對 象 ） 鍋 內(nèi) 壓 力（ 輸 出 量 ）重 錘（ 檢 測 裝 置 ）比 較 器+ - 常 見 的 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 有 哪 些水 塔 水 位 自 動 控 制 系 統(tǒng) （ 閉 環(huán) ）游 泳 池 設(shè) 定 水 位 自 動 控 制 系 統(tǒng) （ 閉 環(huán) ）抽 水 馬 桶 水 箱 水 位 自 動 控 制 系 統(tǒng) （ 閉 環(huán) ）空 調(diào) （ 室 內(nèi) 溫 度 ） 自 動 控 制 系 統(tǒng) （ 閉

12、環(huán) ）冰 箱 （ 箱 內(nèi) 溫 度 ） 自 動 控 制 系 統(tǒng) （ 閉 環(huán) ）恒 溫 大 棚 （ 棚 內(nèi) 溫 度 ） 自 動 控 制 系 統(tǒng) （ 閉 環(huán) ）飲 水 機(jī) 燒 水 保 溫 自 動 控 制 系 統(tǒng) （ 閉 環(huán) ）電 飯 煲 熱 飯 保 溫 自 動 控 制 系 統(tǒng) （ 閉 環(huán) ）高 壓 鍋 鍋 內(nèi) 壓 力 自 動 控 制 系 統(tǒng) （ 閉 環(huán) ）鍋 爐 爐 內(nèi) 壓 力 自 動 控 制 系 統(tǒng) （ 閉 環(huán) ）多 次 投 籃 人 工 控 制 系 統(tǒng) （ 閉 環(huán) ）門 衛(wèi) 人 員 （ 時 刻 注 視 狀 況 ） 大 門 人 工 控 制 系 統(tǒng) （ 閉 環(huán) ） 游 泳 池 水 位 （ 時 刻 注

13、視 狀 況 ） 人 工 控 制 系 統(tǒng) （ 閉 環(huán) ） 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 圖 這 種 控 制 方 式 ， 無 論 是 由 于 干 擾 造 成 ,還 是 由于 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 的 變 化 引 起 被 控 量 出 現(xiàn) 偏 差 ,系 統(tǒng) 就 利用 偏 差 去 糾 正 偏 差 ， 故 這 種 控 制 方 式 為 按 偏 差 調(diào)節(jié) 。 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 的 突 出 優(yōu) 點 是 利 用 偏 差 來 糾 正偏 差 ,使 系 統(tǒng) 達(dá) 到 較 高 的 控 制 精 度 。 但 與 開 環(huán) 控 制系 統(tǒng) 比 較 ,閉 環(huán) 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 比 較 復(fù) 雜 ,構(gòu) 造 比 較 困 難 。需 要

14、 指 出 的 是 ,由 于 閉 環(huán) 控 制 存 在 反 饋 信 號 ,利 用 偏差 進(jìn) 行 控 制 ,如 果 設(shè) 計 得 不 好 ,將 會 使 系 統(tǒng) 無 法 正 常和 穩(wěn) 定 地 工 作 。 另 外 ,控 制 系 統(tǒng) 的 精 度 與 系 統(tǒng) 的 穩(wěn)定 性 之 間 也 常 常 存 在 矛 盾 。 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 和 閉 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 的 聯(lián) 系 和 區(qū) 別系 統(tǒng) 基本 要 素 輸 入 輸 出量 控 制裝 置 執(zhí) 行裝 置 控 制對 象 比 較器 反 饋裝 置開 環(huán) 有 有 有 有 有 沒 有 沒 有閉 環(huán) 有 有 有 有 有 有 有 開 環(huán) 控 制 和 閉 環(huán) 控 制 方 式 各

15、 有 優(yōu) 缺 點 ， 在 實 際工 程 中 應(yīng) 根 據(jù) 工 程 要 求 及 具 體 情 況 來 決 定 。 如 果事 先 預(yù) 知 輸 入 量 的 變 化 規(guī) 律 ， 又 不 存 在 外 部 和 內(nèi)部 參 數(shù) 的 變 化 ,則 采 用 開 環(huán) 控 制 較 好 。 如 果 對 系 統(tǒng)外 部 干 擾 無 法 預(yù) 測 ， 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 參 數(shù) 又 經(jīng) 常 變 化 ,為保 證 控 制 精 度 ， 采 用 閉 環(huán) 控 制 則 更 為 合 適 。 如 果對 系 統(tǒng) 的 性 能 要 求 比 較 高 ， 為 了 解 決 閉 環(huán) 控 制 精度 與 穩(wěn) 定 性 之 間 的 矛 盾 ， 可 以 采 用 開 環(huán) 控 制 與 閉環(huán) 控 制 相 結(jié) 合 的 復(fù) 合 控 制 系 統(tǒng) 。 返 回